關(guān)州電站圍堰防滲工程應(yīng)用三管法高壓旋噴灌漿技術(shù)的實(shí)例研究

摘 要：該文以關(guān)州電站廠房圍堰基礎(chǔ)防滲處理為例，介紹在漂塊卵石夾砂地層中三管法高壓旋噴灌漿防滲技術(shù)的施工工藝及取得的效果。

關(guān)鍵詞：關(guān)州電站；圍堰；防滲；三管法；高壓旋噴

1 工程概況

關(guān)州電站位于四川省甘孜州丹巴縣境內(nèi)的大渡河一級支流——小金河干流上，電站為低閘壩引水式電站，正常蓄水位2124.0m，電站設(shè)計水頭229.0m，電站裝機(jī)3臺，總裝機(jī)容量240MW。

關(guān)州電站廠房圍堰處河床覆蓋層厚度20～35m，堰基為漂塊卵石夾砂層，其滲透系數(shù)K值為（2.1～4.1）×10-2cm/s，屬強(qiáng)透水層。根據(jù)關(guān)州電站廠址處地形及地質(zhì)條件，廠房圍堰設(shè)計為土石圍堰型式，圍堰全長338m，堰頂高程為1858.5m，圍堰1851高程以上采用復(fù)合土工膜防滲，1851高程以下采用懸掛式高噴防滲墻防滲，防滲墻底部高程1824m，墻高27m。

2 高壓噴射灌漿概述

高壓噴射灌漿是一種采用高壓水或高壓漿液形成高速射流束，沖擊、切割、破碎地層土體，以水泥基質(zhì)漿液在噴射范圍內(nèi)擴(kuò)散、填充和置換，并與原地層摻混攪和后形成凝結(jié)體，從而改變原地層的結(jié)構(gòu)和組成，用于提高地基防滲或承載能力的施工技術(shù)。

高噴防滲墻是指采用高噴灌漿技術(shù)構(gòu)筑的，以防滲為主要目的，形成的地下連續(xù)防滲墻；其高噴灌漿的方法有單管法、雙管法、三管法，其中單管法是指噴射管路為單一管路、噴射介質(zhì)為單一水泥基質(zhì)漿液的高噴方法；雙管法是指高速射流束為水泥基質(zhì)漿液，其外側(cè)同時環(huán)繞壓縮空氣的高噴方法；三管法是指高速射流束為清水，其外側(cè)同時環(huán)繞壓縮空氣，而水泥基質(zhì)漿液以較低壓力灌注的高噴方法。高噴灌漿有定噴、擺噴和旋噴三種方法：使噴射管向某一方向定向噴射，同時軸向提升，在地層中形成一道薄板墻的高噴灌漿施工方法，稱為定噴；使噴射管做一定角度的擺動和提升運(yùn)動，在地層中形成扇形斷面的樁柱體，稱為擺噴；噴射管邊提升，邊旋轉(zhuǎn)，單孔形成似圓柱體的凝結(jié)體，稱為旋噴。而本工程圍堰基礎(chǔ)采用的是三管法高壓旋噴灌漿施工技術(shù)。

3 高壓噴射灌漿施工

3.1 施工布置

高噴灌漿孔中心線置于圍堰軸線，共布置一排，合計376個灌漿孔，根據(jù)高噴灌漿試驗，高噴孔距定為90cm，采用旋噴套接成墻，灌漿時分兩序施工，施工采用三管法。

3.2 施工工藝及施工參數(shù)

造孔采用2臺哈邁-90履帶式鉆機(jī)，采用1套三管法高噴灌漿設(shè)備進(jìn)行高壓旋噴灌漿。在孔造好后下高噴管，高壓噴射以水、氣、漿為介質(zhì)，高壓噴頭使用一對水平噴嘴噴出34～38MPa的高壓水射流切割破壞被灌地層，出漿口垂直于高壓水嘴，在高噴管的底部灌入比重在1.5～1.59g/m3的水泥漿充填被高壓水切開的空間，并使地層中的泥、砂等細(xì)小顆粒排出地表，從而形成高噴板墻，主要施工流程為：測量放樣→鉆孔及下套管→下PVC管護(hù)壁→下噴射管→噴射→回灌→成樁→結(jié)束。

3.2.1 造孔

孔位放樣每隔50m由全站儀測設(shè)一軸線控制點(diǎn)，控制點(diǎn)之間由鋼卷尺丈量出灌漿孔位。開孔孔位偏差不大于10cm；鉆孔孔徑φ150mm，孔距0.9m，鉆機(jī)就位時采用水準(zhǔn)尺或吊線墜定位，確?？仔甭什淮笥?%。鉆孔采用套管護(hù)壁法鉆進(jìn)成孔，鉆孔完畢后在起拔鋼套管前首先向孔內(nèi)下入特制的φ146mmPVC花管護(hù)壁。

3.2.2 下噴射管

將高噴液壓臺車（無極調(diào)速）移至成孔處，按需要配好噴射管，先進(jìn)行地面試驗（水、氣、漿），檢查各項技術(shù)參數(shù)符合技術(shù)要求之后，將噴頭用塑料膠帶包好，以防止在下管過程中噴嘴被堵，然后下入設(shè)計位置，現(xiàn)場技術(shù)人員檢查認(rèn)可后，方可開始高噴施工。

3.2.3 制漿

高噴灌漿漿液使用水泥漿，水泥采用強(qiáng)度等級為P.O42.5（R）級普通硅酸鹽水泥，漿液的水灰比為1.1∶1～0.8∶1，其相應(yīng)漿液密度分別為1.5g/cm3和1.59g/cm3。漿液拌制應(yīng)使用經(jīng)檢驗合格的水泥，按設(shè)計配比攪拌漿液，漿液用高速攪拌機(jī)拌制，攪拌時間不得小于30s，使用前測量其密度，保證滿足設(shè)計要求，且漿液自制備至用完的時間不應(yīng)超過4h。

3.2.4 噴射提升

漿液拌制完成、噴射管下到設(shè)計深度后，開始時先送高壓水，再送水泥漿和壓縮空氣（在一般情況下，壓縮空氣可遲送30s）。之后原地靜噴1～3min，待達(dá)到預(yù)定的噴射壓力和噴漿量，且孔口冒出漿液后，再按預(yù)先定好的提升、旋轉(zhuǎn)速度，自下而上進(jìn)行噴射作業(yè)，直到設(shè)計高度方可停送水、氣、漿，提出噴射管（當(dāng)旋噴管提升接近樁頂時，從樁頂以下1.0m開始，慢速提升旋噴至樁頂，旋噴數(shù)秒）。停止噴射時，必須先停止壓縮空氣30s后，再依次停送水泥漿和高壓水。噴射過程中必須時刻注意檢查漿液的流量、壓力、氣量以及旋、提升速度等參數(shù)是否符合要求，并隨時做好記錄，繪制作業(yè)過程曲線。高噴灌漿過程中若出現(xiàn)壓力突降或驟增、孔口回漿濃度或回漿量等異常情況時必須查明原因，及時處理。

在高噴作業(yè)過程中，拆卸噴管后，重新進(jìn)行旋噴作業(yè)需有一定搭接長度，其搭接長度不得小于0.5m。單孔灌漿噴射完畢后，應(yīng)及時將各管路沖洗干凈，管內(nèi)、機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿，以防堵塞。通常把漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵噴射管內(nèi)的漿液全部排出，直至出現(xiàn)清水為止。

3.2.5 回灌

高噴灌漿結(jié)束后，由于孔內(nèi)的漿液發(fā)生析水、沉淀和凝固收縮，高噴凝結(jié)體頂部會產(chǎn)生凹穴。為解決凹陷現(xiàn)象，高噴作業(yè)結(jié)束后，及時在噴射孔內(nèi)進(jìn)行靜壓回灌充填灌漿，回灌的漿液可用施工時產(chǎn)生的孔口回漿，也可單獨(dú)拌制新漿?；毓鄳?yīng)使高噴凝結(jié)體頂部不在下沉為止。

3.2.6 特殊情況處理

高壓旋噴施工中，當(dāng)壓力提升困難時，應(yīng)及時檢查安全閥和管路接頭處密封圈是否有滲漏現(xiàn)象，泵閥是否損壞，油管是否破裂漏油以及安全閥的安全壓力是否過低，栓塞油泵是否調(diào)壓不夠，活塞或缸套是否破損。當(dāng)壓力突然上升時，應(yīng)及時查看噴嘴是否堵塞，高壓管路是否暢通，泵體或管路是否堵塞。在高噴過程中，出現(xiàn)壓力突增或驟降，孔口回漿密度或回漿異常等情況時，必須查明原因，及時處理。供漿正常情況下，孔口回漿密度變小，回漿量增加，應(yīng)降低風(fēng)壓并加大進(jìn)漿漿液密度或進(jìn)漿量；若發(fā)生串漿，應(yīng)填堵被串孔，待串漿孔高噴灌漿結(jié)束之后，應(yīng)盡快進(jìn)行被串孔的掃孔，再高噴灌漿或繼續(xù)鉆進(jìn)。在旋噴過程中，往往有一定數(shù)量的土粒，隨著一部分漿液沿著噴射管管壁冒出地面。通過對冒漿的觀察，可以及時了解土層狀況、旋噴的大致效果和旋噴參數(shù)的合理性等。根據(jù)經(jīng)驗，冒漿（內(nèi)有土粒、水及漿液）量小于注漿量20%者為正?，F(xiàn)象，超過20%或完全不冒漿時，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的措施。當(dāng)?shù)貙又杏龅捷^大空隙引起不返漿時，要進(jìn)行原位灌注，即不提升只旋轉(zhuǎn)，待地層內(nèi)裂隙充漿飽滿、漿液返出孔口再提升。此時也可根據(jù)具體情況，向孔內(nèi)投入一定量的級配料，如砂、土或細(xì)石料，或可加入一定量的膨潤土、水玻璃，以便有效控制漿液的大量流失，為在地下形成連續(xù)板墻創(chuàng)造條件。

4 質(zhì)量檢查

4.1 施工過程質(zhì)量檢查

高噴灌漿施工過程中檢查和驗收的內(nèi)容包括：孔位、孔深、水泥等原材料漿液配比是否滿足設(shè)計和施工要求。注漿時質(zhì)量檢查和驗收的內(nèi)容包括：噴管下入深度，現(xiàn)場工藝檢查，工序檢查、進(jìn)回漿密度檢查、風(fēng)、水、漿壓力等檢查項目。

4.2 施工結(jié)束后整體防滲效果檢查

根據(jù)《水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5200-2004），圍堰堰基中高噴墻整體效果的檢查，可在基坑開挖時測定其滲水量，并檢查有無集中滲水點(diǎn)，據(jù)以分析整體防滲效果。關(guān)州電站廠房圍堰于2011年4月9日施工完成，于2011年9月10日基坑開挖完畢后開始澆筑混凝土，截至2012年8月20日，關(guān)州電站廠房主機(jī)間混凝土已澆筑至1858高程。期間廠房圍堰一直運(yùn)行良好，圍堰內(nèi)側(cè)無明顯的集中滲水點(diǎn)，圍堰整體滲水量較小，在整個基坑開挖和混凝土澆筑期間，項目部每天僅投入兩臺30kw潛水泵和一臺15kw的潛水泵（僅在汛期輔助使用）即可滿足廠房基坑抽水及施工需求。由此可見，關(guān)州電站廠房圍堰高噴防滲墻施工取得了很好的效果。

5 結(jié)語

通過關(guān)州水電站廠房圍堰高噴防滲墻灌漿的實(shí)踐說明，在較深的漂塊卵石夾砂地層中采用三管法高壓旋噴灌漿技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)防滲是較為有效的方法，施工速度較快，具有良好的可灌性、可控性，施工質(zhì)量可靠，比較經(jīng)濟(jì)，值得在漂塊卵石夾砂地層防滲工程中大力推廣。

作者簡介：孫學(xué)武，男，四川省小金河水電開發(fā)有限責(zé)任公司，工程師。