新疆某輸水工程圍堰高壓旋噴灌漿方案分析

高云峰，杜功寶

(1.黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西 太原 030002;2.中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司，天津 300222)

1 工程概況

本工程一期圍堰布置于北疆BEKN河右岸及河床漫灘處，全長711.256 m，圍堰最高處為7.1 m，圍堰頂寬6 m，采用高噴灌漿進行防滲處理。沿線地形平坦、開闊，分布高程697 m～702 m，相對高差約5 m。地表分布有厚度5 m～18 m，密度2.09 g/cm3～2.27 g/cm3，滲透系數(shù)為2.6×10-1cm/s的第四系全新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石層，屬強透水層。礫石層以下為奧陶系花崗片麻巖和黑云母石英片巖，存在強風化層和弱風化層，分別為3 m～4 m和8 m～10 m。二期圍堰，全長686 m，圍堰最高處為9.7 m，圍堰頂寬6 m，采用高噴灌漿進行防滲處理。沿線地形平坦、開闊，分布高程696 m～706 m，相對高差約10 m。地表分布有厚度7 m～18 m的第四系全新統(tǒng)沖洪積砂卵礫石層，表層0 m～2.0 m漂石含量較高，相對密度0.59 g/cm3，中等密實,下部結(jié)構(gòu)密實。天然干密度2.09 g/cm3～2.27 g/cm3，滲透系數(shù)為2.6×10-1cm/s，屬強透水層。礫石層以下為奧陶系花崗片麻巖和黑云母石英片巖，存在強風化層和弱風化層，分別為3 m～4 m和8 m～10 m。

2 施工布置

1)施工用水。

高壓旋噴灌漿的施工用水，由設(shè)置在一期圍堰上游的水泵抽取至臨時蓄水池。

2)施工用電。

“三管法”高壓旋噴灌漿的設(shè)備用電量約500 kW，由左岸下游的800變壓器引至上游設(shè)置的三級配電箱接引到高噴工作面。

3)施工用風。

高壓旋噴灌漿機械施工用風時采用3 m3移動式空壓機。

4)制漿站布置。

根據(jù)現(xiàn)場條件和具體施工要求，現(xiàn)場設(shè)置臨時制漿平臺，制漿平臺擬布置在高壓旋噴施工區(qū)的下游側(cè)。場地大小6 m×10 m，利用腳手架搭建臨時性水泥平臺，總面積約為60 m2。站內(nèi)采用1臺水泥制漿機、1臺攪拌機、灌漿機等施工設(shè)備。

5)污水處理。

高壓旋噴灌漿施工中排出的棄水和泥漿應由污水收集池沉淀，然后引至灑水車進行道路灑水，以減少灰塵。

6)施工區(qū)布置。

本圍堰為臨時施工，由于工期相對緊張，采用高壓旋噴施工與生產(chǎn)相結(jié)合的方式。在一期上游的圍堰填筑施工區(qū)內(nèi)選擇一個施工區(qū)，施工一區(qū)界定為：一期0+000.00～0+008.00(WYS1-1～WYS1-11，共計11孔)，施工一區(qū)總長8 m，孔距0.8 m，成樁直徑1.0 m。

3 施工工藝流程及施工參數(shù)選擇

3.1 工藝流程

1)造孔。工藝流程：固定孔位軸線→移機就位→鉆入巖石1.0 m→強風清孔→下PVC管→拔出套管→保護孔口→完成鉆孔。

2)高壓旋噴。整體流程為：Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→灌漿效果檢測。單孔施工的工藝流程為：鉆孔放樣定位→鉆孔平臺及鉆機安裝→鉆孔至設(shè)計孔的深度→通過高壓噴射灌漿施工封孔回填→通過高噴臺車移動孔位置[1]。

3.2 施工方法

在高噴灌漿施工過程中，觀察了Ⅰ序孔和Ⅱ序孔的返渣情況，隨著作業(yè)次序的增進返水明顯減小，表明了高噴灌漿在各序孔中具有明顯防滲效果，可以達到設(shè)計要求。從Ⅰ序孔和Ⅱ序孔的返漿情況看出，隨著灌漿次序的增進，地層返漿量逐漸增大，滲漏量不斷減小，地層密實度越來越高。因此，高壓旋噴灌漿施工適用于本工程圍堰防滲，具體施工方法如下：

1)測放孔位。依據(jù)控制點進行測量放樣，以確定高壓旋噴孔的位置，并對各孔位置統(tǒng)一進行編號。

2)鉆機造孔。選用GPB-90E鉆機/鉆神190鉆機，鉆孔直徑146 mm，采用合金鉆頭和加長鉆具進行旋挖成孔，完成鉆孔后下放DN110 PVC管，上提外管。

3)下噴射管。首先將高壓旋噴臺車移到孔口并噴灑地面進行試驗。灌漿前，將噴射管下放到所需深度，下放深度與設(shè)計深度的誤差應小于30 cm，下放噴射管時應該調(diào)整井口裝置，配合其他工序。

4)制漿。制備漿液時禁止使用不達標的水泥，采用自動攪拌機攪拌泥漿，水泥使用甲供P.O42.5普硅水泥。制漿應嚴格按照漿液的比重和工藝進行，漿液均勻混合，并需要確定其密度。

5)分別使用高速攪拌機攪拌水泥漿和使用普通攪拌機攪拌水泥漿時，應注意攪拌時間，使用前者的攪拌時間為30 s以上，使用后者的攪拌時間為90 s以上。制備的泥漿使用時間不超過4 h。為了使?jié){液比重符合要求，在泥漿控制期間應做到均勻進料。

6)制漿站應根據(jù)漿液的比重要求制備漿液，并用泵輸送，并隨時測檢漿液比重并進行記錄，如果比重發(fā)生變化，應增加測檢次數(shù)。

7)噴射灌漿。首先需要將高壓旋噴臺車移至孔口噴灑地面進行試驗，并臨時保護噴嘴，將噴射管按要求下降到需要的深度后，啟動高壓水泵、空壓機、灌漿泵等設(shè)備，并調(diào)整各工藝參數(shù)，當各參數(shù)達到要求后，再進行送漿、送水、送氣，當回漿從孔口出來后，邊噴射，邊旋轉(zhuǎn)，邊提升，直至噴射完成。

8)孔口回填封漿及封孔。旋噴灌漿結(jié)束后，需要向孔內(nèi)注入泥漿，直至液面穩(wěn)定[2]，達到設(shè)計高程，設(shè)計高程以上利用回漿封孔。

9)棄漿排放。排出的棄水和泥漿應由污水收集池沉淀。

3.3 施工參數(shù)

土石圍堰高噴灌漿采用旋噴灌漿方式，呈單排布置，灌漿底部深入基巖1 m，分兩序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，加密孔序間縫隙，孔距0.8 m，成樁直徑1.0 m。根據(jù)以往工程經(jīng)驗、本工程設(shè)計藍圖及相關(guān)技術(shù)要求，結(jié)合工程實際地質(zhì)情況，在規(guī)范范圍內(nèi)初選施工參數(shù)，然后通過高壓噴射注漿工藝試驗來檢查灌漿工藝參數(shù)設(shè)計的合理性、成墻的可靠性，指導后續(xù)施工[3-4]。經(jīng)現(xiàn)場試驗，本工程施工時可按表1中的參數(shù)進行選擇。

表1 高壓旋噴灌漿施工工藝參數(shù)

4 質(zhì)量控制與安全檢查

4.1 鉆孔質(zhì)量控制與檢查

孔位:孔位偏差小于5 cm[5]，孔位應通過測量放樣確定，并確保放置在設(shè)計鉆孔位置的鉆桿與鉆孔位置的中心對齊。

孔斜:孔斜率不大于1.0%。由于高噴孔深均在25 m以內(nèi)，在安置好鉆機后，需要用水準尺或者羅盤校正機身及鉆桿的垂直度。

孔深:完成鉆孔后，采用強風清理孔內(nèi)沉淀物，確保其厚度符合要求。

4.2 高壓旋噴質(zhì)量控制與檢查

在注漿時，需要檢查噴管的放置深度、現(xiàn)場工藝及施工工序、注漿和回漿密度、風水漿壓力等項目。

施工完成3 d～7 d后在施工區(qū)進行開挖檢查。施工步驟如下：按設(shè)計要求檢查施工區(qū)是否形成良好銜接的帷幕墻，檢查固結(jié)體均勻性整體性，通過施工過程及檢驗資料分析高壓旋噴灌漿質(zhì)量[6]。

4.3 安全檢查

1)高壓旋噴灌漿施工時，需要多種機械相互配合來進行流水作業(yè)，在進行作業(yè)時，要保證各機械運行正常，避免影響整個灌漿工作。

2)必須認真維護和定期檢查各種機械，確保運行中不發(fā)生故障，以免影響作業(yè)進度。

3)在灌漿作業(yè)前，需要調(diào)試運行所有的機械設(shè)備，并測試其工作參數(shù)，避免沒達到設(shè)計要求而影響作業(yè)。

4)在灌漿作業(yè)前，需要檢查所有管路，以確保管路通暢并對不通暢的管路進行處理。

5)在灌漿作業(yè)期間，要隨時觀察所有機械的工作情況，如果檢測到設(shè)備運轉(zhuǎn)不正常時，應當立刻停機檢查并及時修理。

6)在吊、放噴射管路時，禁止站在管路下方，人員進入工地必須按照要求佩戴安全帽。

7)由于施工現(xiàn)場通常位于水、漿潮濕的地段，人員往往比較多又很集中，所以電氣線路應采用電桿架設(shè)，在施工人員交接班或處理事故時應切斷電源。

8)在施工過程中，施工人員嚴禁不按照操作規(guī)程進行操作，以免造成事故。

4.4 特殊情況處理

4.4.1 冒漿處理

當孔口漿液泄露嚴重時，需要減緩或停止上升噴射管；需要降低高壓水泵的壓力和流量，就地進行噴射漿液。

4.4.2 灌漿中斷處理

整個孔內(nèi)應連續(xù)進行高噴灌漿，如果中途停止灌漿作業(yè)，應重新進行噴漿，并且長度應不小于0.5 m。

4.4.3 其他操作工藝

在下放噴射管之前，為了避免凝結(jié)體的連接出現(xiàn)偏差，需要精確確定噴射管下放的深度。1)下放噴射管時要注意避免噴嘴堵塞，利用換低壓進行送水、送氣、送漿。2)要嚴格把握漿液冒出孔口的節(jié)點，待冒出后再進行提升噴射管，當漿液從孔口不正常冒出或沒有冒出時不能提升噴射管。3)在噴射灌漿時，應當隨時觀察所有機械系統(tǒng)的工作狀況，如果有系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時要及時進行處理。4)快速連接并拆除管道，避免鉆孔坍塌和噴嘴堵塞。5)在旋噴灌漿作業(yè)中，當連接、拆除管道或進行事故處理后，再下放噴射管時，噴射管的下放位置應在原先停止噴漿的高度的基礎(chǔ)上再下放20 cm以上，以確保板墻的連貫性。6)在深層噴漿開始時應當旋轉(zhuǎn)和上升噴射管，以免噴射管扭斷或者被坍孔掩埋。7)噴漿作業(yè)結(jié)束后，為了避免鉆孔堵塞，影響噴漿效果，應該立刻拔出噴射管并用高壓水清洗管路。

5 質(zhì)量檢查結(jié)果

1)施工一區(qū)3.5 m以上屬于換填層，能成樁成墻，具備整體性但不夠均勻，成墻效果較一般但滿足設(shè)計要求。

2)施工一區(qū)WYS1-2～WYS1-4孔深3.5 m～4.0 m處屬于中間滲漏層，存在骨料架空，無細顆粒填充，空隙大且相對集中，高噴灌漿及堵漏后水泥漿填充不密實，不具成樁成墻效果，堵漏效果不理想，該部位整體不滿足設(shè)計要求；WYS1-5～WYS1-6孔深3.5 m～4.0 m處屬于原始河床砂卵礫石層，相對密實，成樁成墻，滿足設(shè)計要求。

3)根據(jù)高噴灌漿取芯和注水施工檢查數(shù)據(jù)采集表明：施工一區(qū)高噴取芯有明顯水泥結(jié)石，注水0 m～3 m段和9 m～15 m段滲透系數(shù)量級為10-6cm/s，滿足設(shè)計要求，3 m～9 m段由于水流沖刷，成樁效果差，滲透系數(shù)量級為10-5cm/s，不滿足設(shè)計要求，需要進行特殊地段堵漏灌漿后再進行高壓旋噴。

4)特殊地段經(jīng)碎石振沖、雙液灌漿處理后進行高壓旋噴，檢查結(jié)果表明，經(jīng)處理后，注水施工0 m～5 m,5 m～10 m,10 m～17 m段滲透系數(shù)量級均為10-6cm/s，滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)語

依托新疆某輸水工程圍堰高壓旋噴灌漿施工，設(shè)計采用三管法高壓旋噴工藝，確定了高壓旋噴灌漿的具體施工方法、施工參數(shù)、施工質(zhì)量控制措施，以及土石圍堰防滲處理方案?，F(xiàn)場施工結(jié)果表明，施工一區(qū)總體上成墻效果能滿足設(shè)計要求，但對于骨料架空、無細顆粒填充的中間滲漏層部位，需要進行堵漏灌漿后再進行高壓旋噴。