高壓噴射灌漿在涌水流砂復雜地層中的應用技術

摘 要：目前，國內外水利水電大壩基礎防滲的施工技術方法諸多，但由于不同的地層條件和施工工藝的合理選取，直接決定著防滲效果顯著與否。黃河海勃灣水利樞紐工程地層復雜，基坑內及基坑邊坡出現局部塌陷和集中涌水現象，涌水點水壓較大，土體局部發生了滲透變形破壞等情況。本文就高壓噴射灌漿在涌水流砂復雜地層中的應用技術進行總結，歸納施工過程中出現的技術問題及解決結果，為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：高噴灌漿；涌水；流砂；塌陷；應用技術

中圖分類號：P343 文獻標識碼：A

1 概述

黃河海勃灣水利樞紐工程基坑深，地層為約100m的深厚粉細砂層，地下涌水、涌砂現象較為嚴重，臨近的濱河路及廠房右邊坡及基坑出現塌坑現象，為防止集中滲水通道高程附近防滲墻不受水壓破壞以及墻底繞滲對土層的破壞，并根據地質剖面對未施工的部分進行調整，地質剖面揭示，右岸1027m高程以下有一粘土層，據此將部分防滲墻原墻底高程調整為1026m，依據設計要求在右邊坡增加高噴防滲墻，根據設計要求粉細砂層最深達47m。在粉細砂層中進行47m的高噴防滲墻施工鉆孔時易塌孔埋鉆，噴灌時易報管，換管時易堵管等問題，在國內外粉細砂層中進行深孔高噴防滲墻施工均屬少見。

2 工程概況

2.1 工程概述

黃河海勃灣水利樞紐壩址緊鄰烏海市海勃灣區，地處黃河彎道段。黃河以NE50°方向流經本區，河谷寬約540m，為不對稱寬谷，河床高程1064.0～1066.5m；平水期黃河水位約1066.5m，水深一般在0.5～2.5m，主河槽寬度400m左右；河谷區為黃河沖積地貌類型，主要是分布于黃河左岸壩軸線上、下游的河漫灘，地面高程1065～1067.5m，高出河水面約1.0m，最大寬度約1.9km，靠近壩線處較窄，多被風積砂所覆蓋。

在基坑降水過程中，電站廠房區出現一些涌水點，導致多處出現塌坑，坑口直徑最大達2-3m，塌坑深度最大達1.0m，多呈圓形和橢圓形，塌坑內為灰色、灰黃色粉砂、細砂。

2.2 地質概況

壩址區地層由第四系松散堆積物組成。該層在黃河右岸地表出露，構成黃河Ⅱ級階地；河床與左岸部位則埋藏于第四系全新統地層之下。該層地層結構復雜，自上而下大致可以分為3層：

上部巖性以砂礫石和礫砂為主，分布于右岸Ⅱ級階地頂部，高程多在1076m以上，厚度4.4～7.2m；砂（卵）礫石：灰、灰白色，密實；中部巖性以粉砂、細砂為主，淺黃色，灰～灰褐色，稍濕～飽和，密實狀，顆粒均勻，夾有砂礫石、中粗砂和粘性土夾層和透鏡體；下部以砂礫石、礫砂為主，主要分布于高程1026m以下，在河床段的埋深大于38m。

3 高壓噴射灌漿施工

3.1 鉆孔

鉆孔采用地質鉆機鉆孔，采用泥漿護壁?？孜徊贾脼閱闻?，孔距1.0m，分兩序，逐序加密施工。開孔孔位偏差≤5cm。

鉆機就位時采用水準尺或羅盤定位，孔斜率小于或等于1.0%，鉆孔結束后采用量鉆桿測量孔深或以下入旋噴管深度確定孔深。

因孔太深且粉細砂層易埋鉆桿，如頻繁發生塌孔、埋鉆等現象，根據實際情況采用分段鉆孔。

3.2 噴灌

噴灌方法：采用三管法噴射，分兩序孔施工，施工一序孔，再施工二序孔，采用逐漸加密的原則。

4 施工難點及其處理措施

4.1 粉細砂層易埋噴管

在施工過程當中粉細砂地層中由于水壓力形成粉細砂上涌，噴灌過程中塌陷容易掩埋噴管造成噴管無法轉動等現象，采取加大鉆孔孔徑或減小噴射管直徑，以增加噴管與孔壁間隙。鉆孔結束后及時驗收，盡早噴灌，以防止粉細砂層上涌。選用順直、無變形的長噴管，以確保整體垂直度和減少接頭數量，同時減少了裝卸噴管的次數。噴灌過程中保證空壓機的運轉正常，避免出現突然斷風的現象。

4.2 施工參數必須依據施工情況靈活調控

噴灌漿液時隨著地層深度的增加，地層壓力在增加，地下水壓力亦增加，噴桿長度要增加，高壓水、氣、漿壓力損失在增大，孔內氣、水、漿混合液返流阻力增大，噴桿的卡塞阻力增大，撓度增加，高壓水及壓縮氣流能量衰減很大。如果旋噴灌漿時一直采用固定的工藝參數，必將形成上部較粗下部較細的旋噴凝結體，對下部防滲墻體的搭接質量將無法保證，嚴重影響旋噴凝結體的抗滲能力。因此，在進行深孔高噴灌漿時，應根據地層情況、地下水資料及機具狀況、施工反映出的情況等等，隨著深度的增加，逐步增大壓力和流量或適當降低旋轉和提升速度等辦法來獲得均勻密實的樁柱體，以保證底部防滲墻的搭接質量。

4.3 滲漏通道和集中滲漏點治理

由于城市地下水向河道匯集，在粉細砂層一定高程上出現了滲漏通道和集中漏水點。對于滲漏通道主要采取靜噴、限制噴灌量、限定提升速度及復噴等措施進行處理。集中漏水點處理相當困難，在粉細砂地層中一個小漏點通過水的沖刷就會形成大的集中滲漏通道。通過先堵漏再防滲的方法解決。

5 質量檢查

5.1 注水試驗

在縱向圍堰與上游圍堰結合部位，布設一個三角形圍井進行注水試驗，并噴灌至頂、封底，壓水試驗表明采用高噴防滲墻施工方法在涌水流砂復雜地層中防滲效果顯著，平均滲透系數為3.85×10^-6cm/s，平均抗壓強度6.05MPa，滿足設計滲透系數小于5×10^-6cm/s的要求。

5.2 開挖檢查

從縱向圍堰以及上下游圍堰幾處高噴防滲墻開挖3～5m深度來看，墻體連續性較好，大部分成墻厚度達到40～70cm，水泥漿與粉細砂固化良好，涌水及滲漏通道明顯無水流出，在噴孔周圍，厚度最小的部位也達到20～40cm，粉砂層和水泥漿膠結效果良好，滿足設計要求，達到固化粉細砂和的防滲目的。

結論

（1）黃河海勃灣水利樞紐工程由于地層為涌水流砂復雜地層，采用高噴灌漿的防滲處理方式，效果顯著。

（2）高噴灌漿施工時由于地層結構的差異性較大，根據現場實際情況對施工參數進行及時更換可以大幅度的減少施工事故，節約成本、工期，保證施工質量。

參考文獻

[1]淺析高壓噴射灌漿技術在水庫防滲處理中的應用[J].城市建設理論研究.