某水利工程圍堰防滲技術(shù)研究

趙威

（中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司，浙江杭州 310000）

1 工程概況

夾巖水利樞紐水源工程位于七星關(guān)區(qū)與納雍縣界河六沖河中游潘家?guī)r處。夾巖水庫(kù)正常蓄水位高程1323.0m，死水位高程1305.0m。本工程導(dǎo)流采用河床一次斷流、上游土石圍堰擋水、導(dǎo)流洞泄流、主體工程全年施工的導(dǎo)流方式。

2 工程地質(zhì)

上游圍堰河床高程1210.6m，河床寬58m。河床沖洪積深度10～13m，主要由礫（卵）石組成，呈現(xiàn)松散-稍密狀態(tài)，顆粒級(jí)配差，差異性大，透水性強(qiáng)。下伏基巖為T1f2-4薄至中厚層泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖，為中硬巖夾軟質(zhì)巖類；右岸1222m高程以上出露為T1yn1-1薄層泥質(zhì)灰?guī)r，屬軟質(zhì)巖類。強(qiáng)風(fēng)化下限河床為基巖面以下5～8m，兩岸坡基巖面以下法向厚8～12m，巖層傾上游，傾角21°～29°，為橫向河谷[1]。

3 圍堰基礎(chǔ)防滲技術(shù)分析

圍堰基礎(chǔ)防滲技術(shù)有灌漿技術(shù)、防滲墻施工技術(shù)、高壓噴射灌漿技術(shù)等和其他施工技術(shù)。當(dāng)前防滲墻施工技術(shù)及灌漿施工技術(shù)是在圍堰工程中較為常用的防滲技術(shù)[2]。

3.1 防滲墻技術(shù)

防滲墻是一種修建在松散透水層或土石壩（堰）中起防滲作用的地連續(xù)墻。防滲墻技術(shù)在20世紀(jì)50年代起源于歐洲，因其結(jié)構(gòu)可靠、防滲效果好、適應(yīng)各類地層條件、施工簡(jiǎn)便以及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在處理壩基滲漏、壩后“流土”“管涌”等滲透變形隱患問題上效果良好，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用[3]。我國(guó)水利水電覆蓋層及土石圍堰等有防滲壓力的防滲處理一般首選防滲墻。

防滲墻施工有多種成墻工藝。防滲墻常見的5種施工工藝如下。

多頭攪拌水泥土防滲墻主要有“五頭”“三頭”兩種類型，主要的原理是將水泥漿通過鉆機(jī)噴入基礎(chǔ)土體內(nèi)，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，將水泥漿和土固結(jié)在一起，最終形成一道防滲墻。成墻后的墻體整體性好，墻體密實(shí)均勻，具有較好的抗?jié)B性。一次性成墻深度最大可達(dá)30m，成墻深度大，墻體的厚度能夠達(dá)到15～64cm，強(qiáng)度厚度可控范圍大。該工藝施工質(zhì)量好，環(huán)境影響較小，而且具有低能耗、低成本、高功效特點(diǎn)。該工藝主要使用于壤土、砂壤土、砂土、砂質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、黏土和含粒徑小于10cm的卵碎石土層。

3.1.2 鋸槽法成墻工藝

先進(jìn)行先導(dǎo)孔施工，然后將鋸槽機(jī)的刀桿保持傾斜狀態(tài)，并在先導(dǎo)孔內(nèi)進(jìn)行上下切割施工，同時(shí)保持一定的速度前進(jìn)。施工過程中進(jìn)行泥漿固壁，最后施工混凝土防滲墻。該工藝施工效率高，能夠連續(xù)開挖槽體，最終形成的防滲墻連續(xù)性、抗?jié)B性較好，而且防滲墻深度較深。主要適用于黏土、砂土和卵石粒徑小于100mm的砂礫石地層，為了混凝土防滲墻達(dá)到不同強(qiáng)度和抗?jié)B效果，可以通過采用自凝灰漿或者固化灰漿。

3.1.3 鏈斗法成墻工藝

鏈斗法成墻工藝主要適用于土質(zhì)為粘土、沙土、砂礫石含量在30%以內(nèi)的土層中。采用鏈斗法成墻工藝，取土施工作業(yè)主要是通過鏈斗式開槽機(jī)排樁上方的旋轉(zhuǎn)鏈斗進(jìn)行，同時(shí)將斜置的排樁下放至防滲墻設(shè)計(jì)深度，最后利用開槽機(jī)進(jìn)行槽體的開挖施工作業(yè)，同時(shí)采用泥漿進(jìn)行固壁處理。鏈斗法成墻技術(shù)中澆筑方式與鋸槽法幾乎一樣。其槽的寬度一般控制在16～50cm之間，深度控制在10～15m。

考試分析功能以判斷題正確率為例，通過jquesCorrectPercent方法重載3次，分別為只傳題目id的全部正確率，傳入題目id及考試id的該場(chǎng)考試正確率，傳入題目id及學(xué)生id的個(gè)人單體正確率。通過查詢答題表，得到答題對(duì)象的集合，遍歷集合，在答題對(duì)象正確否屬性中，如果正確則計(jì)數(shù)加一，然后除以集合大小得到正確率。

3.1.4薄型抓斗成墻工藝

薄型抓斗的寬度通常在30cm左右，槽體開挖施工過程中，進(jìn)行泥漿固壁，最后進(jìn)行混凝土澆筑施工，形成一道混凝土防滲墻。這種工藝主要適用于粘土、砂土和砂礫含量、粒徑等都要控制在一定的范圍中的地質(zhì)條件。

3.1.5 射水法成墻工藝

應(yīng)用帶有高壓射水設(shè)備和刀刃的機(jī)械造孔成槽。施工過程中，不斷地輸入沖洗泥漿液，經(jīng)噴射器形成強(qiáng)大射流，破碎土層，形成槽孔。最后進(jìn)行防滲墻體混凝土澆筑施工，形成薄壁防滲墻。成墻厚度為0.22~0.45m，深度可達(dá)30m，成墻垂直精度可達(dá)1/300。對(duì)于粒徑小于100mm的砂礫石地層、黏土和砂土較為適用。

3.2 灌漿技術(shù)

在土石壩或者土石圍堰基礎(chǔ)和壩（堰）體防滲施工過程中，常見的灌漿施工方法主要有劈裂灌漿施工技術(shù)、防滲帷幕灌漿施工技術(shù)及高壓噴射灌漿施工技術(shù)[4]。

（1）劈裂式灌漿施工技術(shù)。根據(jù)土壩壩體內(nèi)應(yīng)力的分布規(guī)律布孔，利用水力劈裂原理，有控制地劈裂壩體，并灌入黏土泥漿，形成防滲泥墻。同時(shí)也使與泥墻連通的其他裂縫、洞穴、軟弱夾層等壩體隱患，得到漿液的充填和擠壓密實(shí)，使壩體達(dá)到防滲和加固目的的一種施工方法。主要應(yīng)用于土壩壩體防滲施工。

（2）防滲帷幕灌漿施工技術(shù)。是將漿液（主要為粘土加適量水泥）灌入巖體或土層的裂隙、孔隙，形成連續(xù)的阻水帷幕，以減小滲流量和降低滲透壓力的灌漿工程。主要用于卵礫石層防滲施工。

（3）高壓噴射灌漿施工技術(shù)。采用高壓水泵或高壓泥漿泵將水泥漿液噴射出來，沖擊破壞土體，等水泥漿液凝固，在土內(nèi)形成一道防滲體。主要適用于軟弱土層。此技術(shù)效率較高，機(jī)械選型容易，成本低等特點(diǎn)。

（4）控制性灌漿施工技術(shù)?？刂菩怨酀{施工技術(shù)，主要是防止灌入基層的漿液漏漿量過大或者讓漿液比較容易灌入基礎(chǔ)的改進(jìn)型灌漿工藝，此技術(shù)能夠比較容易處理基礎(chǔ)防滲灌漿施工中壓力不穩(wěn)定、冒漿、串漿等情況。

水利工程在進(jìn)行圍堰防滲方案選擇時(shí)必須對(duì)具體工程目的要求和地質(zhì)條件進(jìn)行分析，需進(jìn)行詳細(xì)的分析比較，而高壓噴射灌漿施工技術(shù)具有效率較高，機(jī)械選型容易，成本低，施工工程量少，對(duì)周邊環(huán)境影響較小等特點(diǎn)，是比較常用的方法。

4 本工程圍堰防滲體系選擇

根據(jù)招投標(biāo)文件，圍堰基礎(chǔ)防滲采用C20W4混凝土防滲墻厚0.6m，圍堰堰體采用土工膜心墻防滲，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，考慮到河床砂礫（卵）石層成份復(fù)雜，均一性差，透水性強(qiáng)，易產(chǎn)生不均勻變形和滲透破壞，且堰體承受水壓高（30m水頭），因此對(duì)防滲體系進(jìn)行進(jìn)一步的研究，選取更為合適的防滲體系。

該項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜，河床覆蓋層顆粒級(jí)配差，差異性大，透水性強(qiáng)，且圍堰防滲墻施工期短，不足40d，施工強(qiáng)度高，需要投入的施工設(shè)備多，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配組織要求高。

4.1 兩種方案的對(duì)比

混凝土防滲墻與高噴灌漿防滲墻對(duì)比如下。

4.1.1 混凝土防滲墻

砂礫層滲透性較大，固壁成槽難度大；兩岸陡坡巖體成槽難度大；對(duì)孤、漂石的處理需采用預(yù)爆措施；對(duì)強(qiáng)風(fēng)化巖基及圍堰兩岸繞滲還需結(jié)合灌漿措施，才能達(dá)到防滲效果?；炷练罎B墻施工各個(gè)環(huán)節(jié)點(diǎn)多，過程控制難度大。成槽前需進(jìn)行導(dǎo)向槽的施工及混凝土等強(qiáng)時(shí)間；砂礫石層與巖層成槽方式不同，采用的設(shè)備也不同；工期為35～45d。評(píng)價(jià)：一般。

4.1.2 高噴防滲墻

對(duì)滲透性大的防滲平臺(tái)填筑層，在高噴孔起拔外管后，孔口塌陷或噴漿過程孔內(nèi)坍塌，使PVC管碎裂，噴漿中斷。孤、漂石部位的高噴防滲采取雙排高噴防滲措施，通過壓力、壓水試驗(yàn)，可快速得到灌漿參數(shù)，防滲墻質(zhì)量控制較簡(jiǎn)捷[5]。采用潛孔跟管鉆進(jìn)技術(shù)施工效率高，因巖屑過多來不及返出而造成卡鉆，影響鉆孔工效；工期為30～35d。評(píng)價(jià)：好。

4.2 方案的確定

根據(jù)對(duì)比分析，圍堰堰基采用高噴防滲墻防滲效果優(yōu)于混凝土防滲墻，且施工工期有保證，便于機(jī)械化施工，且施工質(zhì)量可控性好。同時(shí)據(jù)調(diào)查在貴州地區(qū)喀斯特地貌地質(zhì)條件下，圍堰基礎(chǔ)防滲成功使用混凝土防滲墻施工技術(shù)的工程很少，而成功的采用高噴灌漿防滲墻施工技術(shù)的工程較多[6]。

綜上所述，通過對(duì)圍堰防滲技術(shù)研究，并結(jié)合本工程的地質(zhì)、水文情況及工程施工進(jìn)度節(jié)點(diǎn)目標(biāo)要求，確定本工程圍堰堰基采用“雙排振動(dòng)高噴+單排帷幕灌漿”防滲結(jié)構(gòu)體，即施工平臺(tái)與河床沖積層采用雙排振動(dòng)高噴，間排距按1.0×0.5m設(shè)置，其中下排孔結(jié)合帷幕孔，對(duì)河床基面以下的強(qiáng)風(fēng)化透水層進(jìn)行帷幕封閉，同時(shí)對(duì)兩岸基巖面的法向巖層進(jìn)行帷幕灌漿，以防堰體兩岸外繞滲。圍堰基礎(chǔ)防滲如圖1所示。

圖1 上游圍堰標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：m）

5 基礎(chǔ)防滲施工工藝

5.1 雙排高噴灌漿孔鉆孔

覆蓋層及填筑體采用XZJ-100跟管鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，設(shè)備移至灌漿孔上，調(diào)好設(shè)備的角度，保證成孔的垂直度，鉆孔孔徑為φ127mm，鉆至設(shè)計(jì)要求的底層后結(jié)束鉆孔，根據(jù)鉆孔時(shí)返出的巖渣了解工作區(qū)的地質(zhì)情況，鉆孔結(jié)束后保護(hù)好口以待高噴灌漿。采用跟管鉆進(jìn)，套管在孔內(nèi)進(jìn)行護(hù)壁。鉆進(jìn)暫?；蚪K孔待噴時(shí)，孔口加蓋保護(hù)。灌漿孔鉆入基巖1m為止。

5.2 單排帷幕灌漿孔鉆孔

基巖上部的覆蓋層采用跟管鉆機(jī)鉆至入巖100cm后，換φ89mm的鉆具進(jìn)行帷幕灌漿鉆孔，孔深入基巖8.0m。灌漿孔鉆孔位置偏離設(shè)計(jì)位置小于5cm，鉆孔結(jié)束后，對(duì)孔深和孔底殘留物等進(jìn)行檢查。

5.3 帷幕灌漿施工

沖洗孔并經(jīng)壓水試驗(yàn)合格后進(jìn)行帷幕灌漿施工。

施工過程中可分兩段進(jìn)行施工，第一段段長(zhǎng)為2m，該段為高噴體與基巖接觸層層，第二段段長(zhǎng)為5m。

采用自下而上分段，孔內(nèi)封閉循環(huán)灌漿方法，孔內(nèi)下φ80mm的氣嚷塞至第二段灌漿段的頂端，第二段灌漿結(jié)束后，氣嚷塞卡到鋼套與基巖接處段，然后進(jìn)行帷幕灌漿?？變?nèi)封閉循環(huán)式灌漿，灌漿時(shí)，保證一泵一孔。

帷幕灌漿分Ⅲ序進(jìn)行施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔，灌漿壓力根據(jù)帷幕灌漿壓力而定，第1段灌漿壓力Ⅰ序孔位0.2MPa、Ⅱ序孔為0.3MPa、Ⅲ序孔為0.5MPa，第2段灌漿壓力Ⅰ序孔位0.3MPa、Ⅱ序孔為0.4MPa、Ⅲ序孔為0.6MPa。

5.4 高噴灌漿施工

雙排高噴灌漿施工先將套管拔出，邊拔邊采用泥漿自下而上對(duì)覆蓋層及填筑體進(jìn)行初灌，將鉆孔周邊覆蓋層及填筑體較大縫隙進(jìn)行封堵，最后再采用雙管法旋噴灌漿施工。高噴灌漿先噴射Ⅰ序孔，后噴射Ⅱ序孔。

6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

混凝土防滲墻技術(shù)由于砂礫層滲透性較大，固壁成槽難度大，且兩岸陡坡巖體成槽難度大，需對(duì)孤、漂石采用預(yù)爆措施，并對(duì)強(qiáng)風(fēng)化巖基及圍堰兩岸繞滲還需結(jié)合灌漿措施，才能達(dá)到防滲效果，其工期為35～45d。但在孤、漂石部位采用“雙排振動(dòng)高噴+單排帷幕灌漿”防滲措施，通過壓力、壓水試驗(yàn)，可快速得到灌漿參數(shù)，防滲墻質(zhì)量控制較簡(jiǎn)捷，并采用潛孔跟管鉆進(jìn)技術(shù)施工效率高，防滲效果顯著，可節(jié)約工期約15d，節(jié)約成本約80萬元。

7 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于防滲墻施工，采用高壓旋噴工藝具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，縮短施工進(jìn)度，成本低，場(chǎng)地布置面積少，能夠很好的控制灌漿施工質(zhì)量。鉆孔機(jī)械設(shè)備比較容易運(yùn)輸，安拆簡(jiǎn)單。灌漿噴頭和鉆桿一體，操作簡(jiǎn)單。

高噴灌漿施工對(duì)圍堰基礎(chǔ)、圍堰堰體能同時(shí)起到防滲作用。在灌漿孔鉆孔施工過程中，采用泥漿進(jìn)行固壁。此時(shí)泥漿除了起固壁作用，還能同時(shí)將灌漿孔周圍的空隙進(jìn)行灌填，起到加固堰體作用，增加了防滲墻的整體性。

高壓旋噴灌漿能夠滿足多種地基的防滲需求。當(dāng)基礎(chǔ)為漂卵石時(shí)，一般采用控制鉆管提升速度或者噴管的旋轉(zhuǎn)速度，以及控制灌漿壓力來達(dá)到設(shè)計(jì)的防滲墻厚度。國(guó)內(nèi)多個(gè)工程成功應(yīng)用了此施工技術(shù)。

雖然高壓旋噴灌漿施工技術(shù)優(yōu)點(diǎn)明顯，但它也有一定的使用要求，一般對(duì)施工設(shè)備性能和施工作業(yè)人員要求都較高，固要從施工技術(shù)及經(jīng)濟(jì)等多方面綜合考慮施工方案的可行性。當(dāng)基礎(chǔ)漂塊石含量較多時(shí)，通常進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)高壓噴射灌漿試驗(yàn)來論證可行性。

綜上所述，高壓旋噴灌漿施工技術(shù)適用范圍大，造價(jià)低，施工進(jìn)度快，防滲墻墻體強(qiáng)度高，整體性穩(wěn)定，對(duì)水利工程圍堰基礎(chǔ)防滲施工能得到很好的應(yīng)用。夾巖水利工程圍堰防滲采用高壓旋噴灌漿施工技術(shù)更為適用。