高壓旋噴灌漿在蓋下壩水電站圍堰基礎(chǔ)防滲中的應(yīng)用

楊宏正，李明柱，范 永

（1.重慶市云能發(fā)電有限公司，重慶 云陽 404500；2.水電十二局第三分局，浙江 杭州 330099；3.中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

蓋下壩水電站位于重慶市云陽縣和奉節(jié)縣境內(nèi)的長江一級支流長灘河中上游河段，壩址位于長灘河上游云陽縣云峰鄉(xiāng)蓋下壩村以下約3 km的老鴉峽前段。

蓋下壩水電站上、下游圍堰場地狹小覆蓋層厚度大。基坑位置狹窄圍堰基礎(chǔ)防滲是保證今后順利施工的重點。設(shè)計采用高壓旋噴對上、下游圍堰基礎(chǔ)進行防滲處理，設(shè)計孔間距1.0 m，排距75 cm。經(jīng)高噴試驗后依據(jù)檢查效果，設(shè)計孔間距調(diào)整為80 cm，排距75 cm。

1 地質(zhì)條件

上游圍堰位于壩址上游，組成圍堰基礎(chǔ)巖層為嘉陵江組中薄層中等風(fēng)化石灰?guī)r，上覆第四系沖洪積物上部為砂卵礫石，厚度為6.50 m，下部為含泥砂礫石、卵石等，厚度為10.20～19.80 m。據(jù)抽、注水試驗資料，砂卵礫石滲透系數(shù)k值為0.23 cm/s，屬強透水層，含泥砂礫石滲透系數(shù)k值為0.0032 cm/s，屬中等透水層。

下游圍堰位于壩址下游，距導(dǎo)流洞出口約70 m，組成圍堰基礎(chǔ)巖層為嘉陵江組中薄層中等風(fēng)化石灰?guī)r，上覆第四系沖洪積物上部為砂卵礫石，厚度為8.50～12.00 m，下部為含泥砂礫石、卵石等，厚度為11.50～21.50 m。據(jù)抽、注水試驗資料，砂卵礫石滲透系數(shù)k值為0.16 cm/s，屬強透水層，含泥砂礫石滲透系數(shù)k值為0.01 cm/s，屬中等透水層。

2 高壓旋噴工藝原理

1）沖切摻攪作用。高噴技術(shù)主要是借助于高壓射流，通過沖擊切割和強烈擾動，使?jié){液在射流作用范圍內(nèi)擴散、充填周圍土層，并與土石粒摻混攪合，硬化后形成凝結(jié)體，從而改變原地層結(jié)構(gòu)和組成，達到防滲和提高承載力的目的。

2）升揚、轉(zhuǎn)換作用。高噴施工時，水、氣、漿由噴嘴中噴出，壓縮空氣，除能對水或漿液構(gòu)成外包氣層，使水或漿液射流能透入地層較遠距離并維持較大壓力破碎地層結(jié)構(gòu)外，還可產(chǎn)生升揚作用，將經(jīng)射流沖擊切削后的土石碎屑和地層中細粒，由孔壁和噴射桿的環(huán)狀間隙中升揚帶出孔外，空余部位由漿液替代，同時也起到了轉(zhuǎn)換作用。

3）擠壓、滲透作用。高噴射流強度隨射流距離的增加而較快地衰減至射流束末端，雖不能再沖切地層，但對地層仍產(chǎn)生擠壓作用。同時，噴射結(jié)束后，靜壓灌漿持續(xù)進行，對周圍土體產(chǎn)生滲透作用，不僅可以促使凝結(jié)體與周圍土體結(jié)合更加密實，還在凝結(jié)體外側(cè)產(chǎn)生明顯的滲透凝結(jié)層，具有較強的防滲性能。

4）位移握裹作用。地層中較小的塊石，由于噴射能量大，輔以升揚、轉(zhuǎn)換作用，最終漿液可填滿塊石四周的空隙并將其握裹，遇到大的塊石或在塊石集中區(qū)，應(yīng)降低提升速度，提高比能值。在強大的沖擊震動力作用下，塊石將會產(chǎn)生位移、松動，漿液沿塊石四周空隙或塊石間孔隙滲入。在高壓噴射擠壓、余壓、滲透等綜合作用下，產(chǎn)生握裹凝結(jié)作用，形成連續(xù)密實的凝結(jié)體。

3 高壓旋噴灌漿施工參數(shù)

高壓旋噴墻設(shè)計布置兩排灌漿孔，上游圍堰高噴軸線為直線，下游圍堰高噴軸線為圓曲線。

高壓旋噴灌漿施工參數(shù)見表1。

表1 高壓旋噴灌漿施工參數(shù)表

4 高噴施工工藝

4.1 高壓旋噴施工工藝流程圖

4.2 先導(dǎo)孔布置

為了對前期地質(zhì)勘探資料進行補充以確定高噴灌漿所在位置巖面線的準確深度。在下游圍堰布置4個先導(dǎo)孔，上游圍堰布置5個先導(dǎo)孔。先導(dǎo)孔要求深入基巖3 m，基巖段取芯并裝箱編號保存。

所有先導(dǎo)孔取芯后，根據(jù)巖芯情況判斷，所有先導(dǎo)孔均以深入基巖。高噴灌漿鉆孔滿足設(shè)計要求的灌漿孔深入基巖50 cm的要求。

4.3 鉆孔施工

1）鉆孔方法。采用MZ-200型英格索蘭鉆機沖擊鉆機同時跟φ146套管成孔，英格索蘭E700空壓機提供鉆機沖擊動力用風(fēng)，開孔前嚴格檢測鉆機導(dǎo)軌架和鉆桿的垂直度和鉆頭所對的孔位，直至確保位于鉛垂狀態(tài)和開孔孔位誤差不大于5 cm。鉆進過程中隨時抽檢鉆桿的垂直度，發(fā)現(xiàn)異常立即重復(fù)修孔處理。

2）鉆孔孔徑。φ150 mm。

3）終孔深度。進入基巖0.5 m。

4）安裝PVC管。在孔深驗收后，下入φ110的PVC管護壁，PVC管接頭用透明膠帶纏繞固定。

5）起拔φ146套管。PVC管安裝完畢后，用拔管機起拔φ146套管，在這個過程中要小心注意防止將φ110的PVC管一起拔出。

6）安裝噴桿。φ146套管起拔完畢后，安裝噴桿準備旋噴作業(yè)。

7）清孔。終孔后，采用0.6～0.7 MPa壓縮空氣沖孔排碴，保證孔底殘存巖渣低于沉渣段頂端。

4.4 鉆孔分序

每排鉆孔分Ⅰ，Ⅱ兩序，按先施工上游排再施工下游排,先施工Ⅰ序再施工Ⅱ序的順序施工。

4.5 高壓旋噴施工

1）材料。高壓旋噴注漿應(yīng)采用42.5號普通硅酸鹽水泥拌制；使用滿足規(guī)范要求的地表水拌和。

2）漿液要求。采用三重管噴射注漿，漿液比重要求不小于1.6。漿液存放時間：當環(huán)境氣溫10℃以下時，不超過5 h，當環(huán)境氣溫10℃以上時，不超過4 h；當漿液存放超過有效時間時，按廢漿處理。

3）噴射施工。

a）旋噴機就位。根據(jù)圍堰高噴孔孔位，噴射機組就位后，應(yīng)保證立軸或轉(zhuǎn)盤與孔位中心對正，成孔偏斜率不大于3%。

b）插管。當鉆孔鉆至施工規(guī)定的深度后拔出套管，并換上旋噴管插入預(yù)定深度。在插管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，可邊射水、邊插管，水壓力一般不超過1 MPa，如壓力過高，則易將孔壁射塌，或采取塑料薄膜包裹噴射頭。

c）噴射作業(yè)。當噴管插入預(yù)定深度后，由下而上進行噴射作業(yè)。注漿過程中應(yīng)達到：高壓注漿設(shè)備的額定壓力和注漿量應(yīng)符合施工的要求，并確保管路系統(tǒng)的暢通和密封。施工前進行實際壓力檢測。

d）沖洗。噴射提升到設(shè)計標高后，旋噴即告結(jié)束。施工完畢應(yīng)把注漿管等機具設(shè)備沖洗干凈，管內(nèi)機內(nèi)不得殘存水泥漿。通常把漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵，注漿管軟管內(nèi)的水泥漿液全部清出。

e）移動機具。把鉆機、旋噴機等機具設(shè)備移到新孔位上。

4）施工過程中特殊情況的處理。

a）漿路被堵。在旋噴注漿過程中，送漿管路被堵，停止提升，立即用高壓水進行沖洗至?xí)惩?；然后將噴桿下降原深30 cm以下繼續(xù)旋噴。

b）孔口不返漿或返漿量少。采用降低提升速度或定噴、增大漿液濃度等措施進行旋噴。如果效果不明顯采用孔口加入水玻璃和河砂進行噴射堵漏。

c）因故停噴。必須記錄事故位置，處理后重新將噴管下到事故位置以下30 cm，方可旋噴施工。

5 高噴質(zhì)量檢查

該工程上、下游圍堰高噴施工采用了鉆孔取芯、靜水頭注水試驗的方法對高噴墻進行了檢查。在檢查過程中，鉆孔0～10 m范圍取芯結(jié)果較好，有長柱狀巖芯取出，水泥與砂礫石膠結(jié)較好；在下部11～30范圍內(nèi)取芯效果較差，出現(xiàn)了孔壁掉快、卡鉆等現(xiàn)象。整個檢查靜水頭注水試驗結(jié)果滿足設(shè)計要求。

6 高噴過程分析

蓋下壩工程上下游圍堰兩岸上體陡峻，下游圍堰左岸鉆孔過程中遇到了倒懸體。后經(jīng)補充勘探及采用防滲灌漿處理后滿足設(shè)計要求。

蓋下壩水電站高噴灌漿的主要難點在覆蓋層較厚，下游圍堰最深鉆孔達43 m，遠大于前期勘探的設(shè)計深度。覆蓋層中部含泥量較大，造成噴漿后墻體強度不高，給取芯鉆孔檢查造成很大難度。覆蓋層中含直徑超過3 m的大孤石，孔斜控制困難。通過采用扶正鉆具，施工過程中增加孔斜檢測頻率等方法達到了設(shè)計要求。

在實際施工中布置了先導(dǎo)孔，先導(dǎo)孔取芯較好的解決了通過經(jīng)驗判斷基巖深度的不確定性的問題。

高噴質(zhì)量檢查方法還有待進一步研究，圍井及取芯法均屬于抽樣檢查，無法全面反應(yīng)高噴墻的墻體質(zhì)量。鉆孔取芯法有很大的局限性，對深度大的薄墻體采用該方法檢查存在較大困難。

7 結(jié)語

通過對上、下游圍堰進行高噴防滲處理以后，圍堰基礎(chǔ)滲水情況得到了很好的改善，保證了大壩基坑的順利開挖。目前蓋下壩水電站墊座混凝土已經(jīng)澆筑，在實際開挖過程中圍堰滲漏量較小，采用4臺四寸潛水泵可滿足基坑排水要求，高噴的防滲效果較好。