高噴灌漿防滲墻在前坪水庫砂卵石地層防滲中的應(yīng)用

魏殿偉，左鵬杰，王凱強(qiáng)

（河南省水利第一工程局，450016，鄭州）

一、工程概況

前坪水庫主壩為黏土心墻砂礫（卵）石壩，壩頂高程423.5 m，總長818 m，最大壩高90.3 m，建筑物級(jí)別為1級(jí)。 戧堤位于壩軸線上游203 m，長度685 m，堤頂高程為 353 m，寬度 6 m，上游坡比為 1∶2.5，下游坡比 1∶1.5。 高程 348～353 m 回填黏土， 高程 348 m以下回填砂礫石料。

戧堤跨河布置，河床段由第四系沖洪積成因的卵石、 粉質(zhì)黏土組成，下伏弱風(fēng)化的安山玢巖，上部粉質(zhì)黏土、 中粗砂及河床卵石層成松散～稍密，下部卵石層成中密～密實(shí)狀態(tài)，夾有砂及泥卵石透鏡體。 砂卵石層滲透系數(shù)為 5.2×10-1cm/s， 具有強(qiáng)透水性；弱風(fēng)化礫巖透水率一般小于5 Lu，屬弱透水性。 左岸Ⅰ級(jí)階地寬100～400 m，高程343～350 m，其上分布的壤土、粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)為5.25×10-5cm/s，屬弱透水性。 右岸Ⅰ級(jí)階地寬70～200 m，高程 343～348 m，其上分布的礫巖滲透系數(shù)為4.02×10-4cm/s （透水率 4.8～5.9 Lu），屬弱透水性。

二、高噴灌漿防滲墻布置

上游戧堤采用高壓旋噴灌漿防滲墻進(jìn)行防滲處理。 高噴灌漿防滲墻軸線沿戧堤軸線布置，總長度920 m，單排孔布置， 采用旋噴套接形式，分兩序施工，孔距為1 m（見圖1）。 重粉質(zhì)壤土層高噴灌漿墻體28 天抗壓強(qiáng)度不小于2 MPa，滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/s。 砂卵石層高噴灌漿墻體28天抗壓強(qiáng)度不小于4 MPa， 滲透系數(shù)不大于 5×10-5cm/s。 高噴灌漿成墻厚度不小于800 mm。

三、高噴灌漿施工技術(shù)

1.灌漿方法選擇

高壓噴射灌漿的方法有單管法（CCP 法）、二管法（JSG 法）、三管法（CJP 法）和多管法（SSS-MAN 法）等，可根據(jù)工程需求和地質(zhì)條件選用相應(yīng)的施工方法。

本工程根據(jù)地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求， 選用三管法進(jìn)行高噴灌漿施工。三管法是使用水、氣、漿3 種不同介質(zhì)共同作用的灌漿方法，主要利用高壓水流沖切土體， 水泥漿跟進(jìn)充填，形成的凝結(jié)體密實(shí)連續(xù)，可用在砂卵石層施工。

2.施工參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合本工程地質(zhì)情況，選取具有代表性的區(qū)段進(jìn)行高噴灌漿工藝試驗(yàn)：階地段樁號(hào)高+400～高+407、 河床段高+660～高+667， 以確定合理的高噴灌漿施工參數(shù)。 每個(gè)試驗(yàn)段7 個(gè)孔，單排布置，間距1 m，采用三管法灌漿，分兩序施工（見圖 2）。設(shè)計(jì)樁長 20.6～32.0 m，樁底深入基層巖石不小于0.5m，旋噴樁直徑 1.4 m，水灰比 1∶1，采用 P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥拌制。

對試驗(yàn)段進(jìn)行了鉆孔取芯、注水試驗(yàn)和開挖檢查。 試驗(yàn)資料顯示重粉質(zhì)壤土層的滲透系數(shù)為4×10-7cm/s，28 天平均抗壓強(qiáng)度為 4.6MPa， 最小成墻厚度0.9 m，最大成墻厚度1.1 m，墻體規(guī)則連續(xù)；砂卵石層的滲透系數(shù)為 1.8×10-5cm/s，28 天平均抗壓強(qiáng)度為4.2 MPa，最小成墻厚度0.8 m，最大成墻厚度1 m，墻體規(guī)則連續(xù)。高噴灌漿的成墻質(zhì)量在兩種不同的地層內(nèi)均滿足設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。

3.施工工藝

戧堤高噴灌漿防滲墻按分序加密的原則進(jìn)行施工， 分兩序進(jìn)行，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，相鄰孔的施工時(shí)間間隔不得少于24 小時(shí)。高噴灌漿施工工藝流程：

①施工準(zhǔn)備。 施工前對施工現(xiàn)場全面規(guī)劃。 修筑好設(shè)備進(jìn)出場施工道路，平整施工場地；在戧堤上游側(cè)開挖排漿溝和集漿池， 排漿溝平行于高噴防滲墻軸線，每隔60 m 設(shè)一個(gè)集漿池；將施工設(shè)備運(yùn)至施工現(xiàn)場組裝、 調(diào)試檢查，確保全部設(shè)備處于完好狀態(tài)。

②測量布孔。 對所有灌漿孔進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，按照設(shè)計(jì)圖紙的樁位使用全站儀進(jìn)行放樣。 孔位中心使用木樁標(biāo)記， 并用不同顏色的油漆標(biāo)明孔序、編號(hào)及高程。 定位樁要妥善保護(hù)，鉆孔前進(jìn)行二次校核。

③鉆機(jī)就位、造孔。鉆孔采用300型地質(zhì)鉆機(jī)，開孔孔徑110 mm。 樁位校核后，將鉆機(jī)就位，機(jī)身調(diào)平，將鉆頭對準(zhǔn)樁位中心， 誤差不超過10～20 mm；控制鉆進(jìn)速度，確保鉆孔斜率不超過1% ；鉆孔過程中詳細(xì)記錄孔位、孔深及地層變化等情況。

④高噴臺(tái)車就位。 鉆孔完成并檢查合格后，鉆機(jī)移位，將高噴臺(tái)車移至成孔處就位，連接好水、氣、漿管。高噴臺(tái)車對下噴射管有直接影響，為此，必須保證高噴臺(tái)車孔口與鉆孔軸心重合。

采用P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥高速制漿機(jī)制漿，拌和時(shí)間60 秒。 制漿過程中要經(jīng)常檢查水泥漿比重；漿液溫度控制在5～40℃， 過濾后使用，防止噴嘴在噴射過程中堵塞。 制漿后，開機(jī)在地面試噴，檢查系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)是否符合要求。

⑤下噴射管。 試噴符合要求后，將噴射管緩慢插入孔內(nèi)， 直到孔底。在插噴射管時(shí)， 可將管口纏上薄膠帶，防止噴嘴堵塞。

⑥噴射提升。 按施工設(shè)計(jì)的旋噴方法和確定的施工參數(shù)送高壓水、壓縮空氣和水泥漿，待泵壓、風(fēng)壓、水壓達(dá)到設(shè)計(jì)的規(guī)定值時(shí)，先對孔底進(jìn)行原位高壓旋噴1～3 分鐘，待回漿密度大于1.2 g/cm3以上后，按選定的提升速度提升噴射管， 進(jìn)行連續(xù)噴射作業(yè)，提升至設(shè)計(jì)高程后，再原位噴射1～2 分鐘， 即可停止噴射， 拔出噴漿管。噴射過程中，噴射管提升速度必須連續(xù)均勻；計(jì)量要準(zhǔn)確，噴射過程中，要經(jīng)常檢查各介質(zhì)的噴射壓力， 流量等； 如實(shí)記錄灌漿的施工參數(shù)、 灌漿量、異常情況及采取的處理措施等。

⑦噴射管沖洗。 噴射完成后，拔出噴射管用清水沖洗干凈管路。

⑧封孔。 高壓噴射作業(yè)結(jié)束后，由于水泥漿固結(jié)收縮，出現(xiàn)孔內(nèi)漿液下沉， 因此要連續(xù)將冒漿回灌至孔內(nèi)，直到灌漿孔內(nèi)漿液面穩(wěn)定，不再下沉為止。

圖1 高噴灌漿防滲墻布置圖 (單位：m)

圖2 現(xiàn)場試驗(yàn)段高噴灌漿孔布置圖

4.特殊情況處理

斷噴。 高噴灌漿過程中若出現(xiàn)中斷，應(yīng)進(jìn)行搭接復(fù)噴，搭接復(fù)噴長度不小于0.2 m，處理后，方可提升噴射管繼續(xù)噴射灌漿，并記錄中斷處位置和中斷時(shí)間； 如中斷時(shí)間超過3 小時(shí)， 要對水泥漿液管路進(jìn)行清洗，清洗后進(jìn)行搭接復(fù)噴，復(fù)噴搭接長度不小于0.5 m， 并如實(shí)記錄中斷處位置和中斷時(shí)間。

漏漿。 高噴灌漿過程中若發(fā)生嚴(yán)重漏漿，可采取以下措施：孔口不返漿時(shí)，應(yīng)立即停止提升噴射管，降低噴射壓力和流量，進(jìn)行原位噴射灌漿；孔口返漿量較少時(shí)， 應(yīng)降低噴射管的提升速度；加大漿液密度或灌注水泥砂漿；向孔內(nèi)填砂、黏土等堵漏材料。

串漿。 高噴灌漿過程中發(fā)生串漿時(shí)，應(yīng)堵塞串漿孔。 待灌漿孔灌漿結(jié)束，盡快對串漿孔進(jìn)行掃孔，然后進(jìn)行灌漿或繼續(xù)鉆進(jìn)。

四、施工效果

本工程由于地層中多為砂卵石且含有漂石，其粒徑大、含量多、膠結(jié)程度差， 而且砂卵石地層中滲流量大，這些都給施工帶來很大的困難和不利影響。 在施工中，采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔很好地探明了灌漿層的地質(zhì)條件，為施工時(shí)采取合理灌漿參數(shù)提供依據(jù)。 成孔后，插入豎向切縫的PVC管可有效預(yù)防塌孔，灌漿時(shí)再利用高壓沖碎管壁，在砂卵石層施工起到了很好的作用。 地下滲流會(huì)造成灌漿時(shí)漿液損失，影響成墻厚度，施工中減緩灌漿管提升速度和加大水泥漿液濃度可很好減輕地下滲流對高噴灌漿質(zhì)量的影響。

前坪水庫戧堤高噴灌漿施工歷經(jīng)4 個(gè)月完成，共灌漿1.7 萬m，耗用水泥 1.2 萬t，平均注漿量 684.3 kg/m，成墻1.8 萬m2。 根據(jù)檢驗(yàn)成果判斷，高噴灌漿防滲墻防滲效果良好，達(dá)到了預(yù)期目的。