高壓旋噴灌漿施工技術在荔金水電站工程中的應用研究

錢怡

摘要：該工程地質條件復雜，廠房尾水處多為砂礫石為主, 圍堰枯水期河水位300.6m。河床部位為人工雜填砂礫石、沖積砂卵礫石層及淤砂層所覆蓋,對圍堰常規處理，施工難度極大,滲水處理比較困難；但通過高壓旋噴灌漿施工的順利實施。從目前基坑抽水情況來看，高壓旋噴灌漿施工達到了預期防滲效果。為確保高壓旋噴灌漿施工的順利實施，本文介紹了旋噴灌漿施工過程中各主要工序的質量控制，為類似于此工程的高壓旋噴灌漿施工有較好的借鑒作用。

關鍵詞：水電站；高噴灌漿；施工工藝

引言

荔金水電站位于習水河下游官渡鎮境內，壩址以上流域面積1230km，多年平均流量23.3m/s，河長93.5km，河道加權平均比降9.5，流域形狀系數0.141。工程主要建筑物有攔河壩、動力渠道、隧洞、壓力前池、壓力管道及發電廠房等。河床布置4臺貫流式水輪發電機組廠房。電站裝機容量140MW，工程規模屬Ⅲ等中型工程，樞紐主要建筑物為3級。高噴孔設計孔徑為140mm，雙排布孔，排距2.0m、孔距1.0m，孔深入基巖0.5m，采用全液壓多功能工程鉆機配合氣動沖擊器偏心跟管鉆進成孔，兩管法自下而上旋噴成墻。

1 施工難點

1)圍堰較窄同時需交通進行，造成施工場地狹窄，施工機具布置緊湊，相互干擾較大，在一定程度上影響了正常的高噴施工。

2)砂礫石結構松軟，礫石粒徑以小于2mm的居多，漿液滲透能力較高。其開孔高程比河面水位低，存在自然水位差。因此，造孔形成后孔口涌水量及涌水壓力非常大，給噴灌帶來了很大影響。造孔完成后，在起鉆桿的過程中由返水壓力帶出的小粒徑砂礫石卡在鉆頭與套管之間，從而在起鉆的過程中把套管或PVC護壁管帶起來，造成塌孔與廢孔事故發生。

3)在噴灌過程中受涌水的影響，漿液擴散極不穩定，孔口返漿較大。這樣，灌漿時效就相對較低，水泥耗量大，其人工工時及機械臺時也遠遠超定額發生。

2施工技術

針對上述施工難點，在施工過程中通過實踐與摸索，采用了以下施工技術:

1)、根據實際地質情況，選用全液壓多功能工程鉆機(阿特拉斯A66CBT)配合氣動沖擊器偏心跟管鉆進成孔，由于造孔形成后孔口涌水量及涌水壓力非常大，起鉆桿過程中易產生事故導致發生報廢孔。因此，在鉆至終孔時，起鉆前一定要將孔底的殘留余渣吹盡以防止砂礫石進入套管造成卡鉆。

2）、鉆機或旋噴機就位時機座要平穩，立軸或轉盤與孔位對正，傾角與設計誤差一般不得大于0.5° 3）、在下入PVC管前，先用無紡布將PVC管底部密封住，以避免殘留余渣進入PVC管從而影響下一步的高噴施工質量。如在起拔套管過程中，因孔口涌水過大促使PVC管也被隨同帶出情況時，由于PVC管是底部是全密封的，可在管內注入適量水增加自重來避免這一情況的發生。

4)、為解決在噴灌過程中受涌水的影響，漿液擴散極不穩定，孔口返漿較大這一問題，在施工中只有降低噴灌提速、旋轉頻率并且適當加大漿液濃度待孔口返漿穩定后方可恢復到正常施工狀態。

5）、 冒漿的處理，在旋噴處理中，往往有一定數量的土粒，隨著一部分漿液沿著注漿管壁冒出地面。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的合理性等。根據實驗，冒漿（內有土粒、水及漿液）量小于注漿量的20%為正常。超過20%或完全不冒漿時，應查明原因并采取相應的措施。

3施工工藝

3.1施工方法

二管法是用高壓泥漿泵產生35～40MPa或更高壓力的漿液，用壓縮空氣機產生0.7～0.8MPa的壓縮空氣，漿液和壓縮空氣通過具有兩個通道的噴射管，在噴射管底部側面的同軸雙重噴嘴中同時噴射出高壓漿液和空氣兩種射流，沖擊破壞土體，在高壓漿液射流和它外圍環繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量比單管法顯著增大，噴嘴一邊噴射一邊旋轉和提升，最后在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結體。

3.2施工工藝流程

場地平整壓實→布孔、鉆機就位→校準角度、造孔→測斜→下PVC管、起拔導管→高噴臺車就位→試噴、下噴具→靜噴、噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺車移位。

3.3主要技術參數

高噴板墻在不同地層的滲透性能和抗壓強度，按表1的要求進行控制。

表1高噴板墻性能指標要求

地層 滲透系數K/(cm/s)透水率q/Lu 抗壓強度/MPa

粉土層 i×10－5 <10.5～2.0

砂土層 i×10－5 <1 1.5～5.0

礫石層i×10－5～i×10－5≤5 3～10.0

卵(碎)石3×10-4－～i×10-4 10～1 3～10.0

3.4鉆孔

鉆孔施工采用全液壓多功能工程鉆機配合氣動沖擊器偏心跟管鉆進成孔的工藝進行，沖擊鉆頭采用(130～152)mm合金球齒偏心鉆頭，跟進套管采用140mm無縫鋼管，絲扣連接;用高風壓空壓機供風。鉆進過程中，詳細準確記錄鉆孔時遇到的各種現象，根據返碴情況、鉆進速度、鉆機及沖擊器運行情況判斷地層分層深度、地下水位、漂卵石的分布、埋深及架空、漏失、動水等情況。鉆進達到設計深度后，取出全部鉆具，再從140mm跟進套管中下入薄壁100mm的PVC管護壁，然后起拔140mm跟進套管。記錄員認真校測鉆具長度及PVC護壁管下置深度，檢查是否與孔深相符，并由質檢員會同監理人進行復核。鉆進結束后，孔口應妥善保護，并根據鉆孔情況繪制簡易鉆孔柱狀圖及說明供高噴灌漿使用。

3.5漿液配制

高噴漿液采用的水泥為P·O42.5普通硅酸鹽水泥，要求水泥細度通過4900孔/cm2，篩余量≤5%。主要灌漿材料及漿液配合比根據設計要求和試驗結果確定。施工漿液的拌制時間、漿液密度、漿液流動性、漿液的沉淀速度和沉淀穩定性、漿液的凝結時間(初凝和終凝)以及漿液固結體密度、強度、彈性模量和透水性均通過室內實驗室測試。漿液存放時間:當環境氣溫在10℃以下時，存放時間不超過5h;當環境氣溫在10℃以上時，存放時間不超過4h;當漿液存放時間超過有效時間時，按監理人指示進行處理。

采用高速攪拌槽攪制漿液時，攪拌時間不少于7min。漿液在使用前應充分過濾，自制備到用完的時間應不超過4h。在供漿過程中遇到故障，應立即通知噴灌作業人員停止提升噴具，待事故妥善處理后再進行噴灌作業。供漿過程中應隨時用比重秤測量漿液密度，工作結束后，統計該孔的各種灌漿材料用量。

3.6高噴灌漿

1)高噴灌漿施工工序臺車行走、就位及調試→噴具組裝及檢查→地面試噴→下噴具→靜噴、噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺車移位。

2)高噴采用XL-50旋噴鉆機灌漿，當噴具下入到設計深度后，啟動旋擺機，調節風水漿的流量、壓力和旋擺機的旋轉速度，使之達到設計值，待孔口返漿密度符合要求后，開始提升，邊旋轉邊提升，自下而上噴射灌漿，直至孔口停噴。在高噴灌漿過程中，要時刻注意檢查施工機具運轉是否正常，風水漿的流量、壓力，進漿、回漿密度及旋轉、提升速度等參數是否符合要求。

3)高噴灌漿結束后，由專人負責用棄漿進行孔口注漿，直到回填密實，漿面不再析水下沉為止。

4)特殊情況的處理高噴因故中斷后應停止提升，記錄中斷深度，并盡快恢復。若短時間不能恢復的，應提出噴具，用水沖洗干凈。待故障處理后，將噴具下入原中斷位置以下1.0m左右繼續進行噴射灌漿。在漂卵石(塊、碎石)架空地層、透鏡體砂層和地下水中施噴時采用以下措施進行處理:

①下噴具前，預先注入膏狀泥漿進行噴灌前堵漏;

②噴具停止提升，靜壓注漿，直到孔口返漿符合要求為止;

③在孔底靜噴較時長間后，如果孔口仍然不返漿，為了防止噴具被埋住，可采用間隔提升的辦法，即全參數切割地層→提升一定高度→靜噴→全參數切割地層，待返漿后將風、漿等參數調整至正常值繼續進行噴灌;

④降低噴射壓力，增大供漿量，加濃漿液，孔口摻砂、水玻璃和鋸末等措施。供漿正常情況下，孔口回漿密度變小、回漿量增大，應降低風壓并加大進漿密度或進漿量。高噴灌漿應全孔連續作業。高噴灌漿過程中，出現壓力突降或驟增、孔口回漿濃度或回漿量異常等情況時，應查明原因，及時處理。高噴過程中若相鄰孔串漿，將串漿孔封堵后繼續進行，待高噴灌漿結束后，盡快對被串孔進行掃孔至原鉆孔深度。接、卸、換管要快，并作好噴具接頭保護，防止噴具堵塞和鑄管。接、卸、換管后的下管，比原停噴高度下落1.0m，確保墻體能上下連接。對于地層中出現的厚度50cm以上的大塊(漂、孤)石的孔段進行高噴灌漿時，為了確保漿液對大孤石的裹履效果，使用靜噴，加大供漿量、復噴等方法，以利于在大孤石處保證成墻效果。下噴具過程中如出現下不到底時，采用通風、水、漿并旋轉噴具的方法處理，使噴具下到設計深度。噴具不能下到設計深度時重新造孔。

4施工檢查和效果分析

1)施工質量檢查

通過對所有鉆孔的孔位偏差、孔斜偏差、孔內沉積物厚度以及高噴中噴具入孔深度、高壓水壓力、水量、空壓機氣壓、氣量、水泥漿漿量、漿壓、進漿和返漿密度提、升速度、旋轉速度等的檢查結果表明高噴灌漿質量符合設計要求，施工的過程控制符合規范要求。

2)施工效果分析(見表2)

表2 高噴灌漿耗材單元

從表2中看出:出水渠段右導墻基礎高噴灌漿平均單耗量590kg/m，其中:二排Ⅱ序孔灌漿單耗量大，主要是此處施工為已澆筑混凝土蓋板，大量的地表水從混凝土底部和覆蓋層間的接觸面涌出，導致此處的覆蓋層比較松散，高噴時大漿液量從接流觸面失所致。其他部分的灌漿單耗量較小，主要原因是原為狀第四紀千年古河床沉積，地層比較密實，實際噴灌時，一排和二排的Ⅰ，Ⅱ序孔返漿都比較大，故耗灰量比較小，符合高噴灌漿規律。

5結束語

文章根據水電站工程具體情況，介紹了深層覆蓋層下的兩管法旋噴處理砂礫石層所采用的施工技術、施工工藝等，并對施工效果進行了簡要的分析和評價。

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。