“噴灌結合”技術在鍋浪蹺水電站圍堰防滲中的應用

習 書 田， 高 強， 吳 小 兵

(中國水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610036)

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“噴灌結合”技術在鍋浪蹺水電站圍堰防滲中的應用

習 書 田， 高 強， 吳 小 兵

(中國水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610036)

圍堰高噴防滲墻施工質(zhì)量在很大程度上依賴地層情況，若特殊地層處理不當將帶來嚴重后果。以鍋浪蹺水電站廠房尾水圍堰防滲施工為例，敘述了控制性灌漿結合高噴施工的“噴灌結合”技術在孤(漂)石含量高、顆粒級配不均勻、架空嚴重、動水等復雜地層中的成功應用。

復雜地層；高壓旋噴；控制性灌漿；噴灌結合；鍋浪蹺水電站

1 工程概述

鍋浪蹺水電站系青衣江一級支流天全河水電梯級開發(fā)中的龍頭水庫，位于四川省雅安市天全縣紫石鄉(xiāng)境內(nèi)，距縣城37 km。該工程壩址位于兩河口下游約700 m處，廠址位于下游約11 km處的傍海腔。電站裝機容量為3×70 MW，水庫正常蓄水位高程1 280 m，總庫容1.84億m3。

廠房及尾水施工采用全年鋼筋石籠圍堰擋水，采用10 a一遇的洪水設計標準，相應導流設計流量為1 720 m3/s，堰體高約11 m，堰頂寬7 m，圍堰兩側坡比為1∶1.2，堰體頂部軸線總長約230 m，圍堰戧堤及堰基需進行防滲處理，上部圍堰加高采用粘土心墻進行防滲。

2 圍堰地質(zhì)條件

通過現(xiàn)場地質(zhì)資料及走訪調(diào)查得知，尾水全年圍堰所處位置工程地質(zhì)情況復雜多變，孤(漂)石含量高、含砂量少、顆粒級配不均勻、架空嚴重、地層透水性強、動水。考慮到施工組織安排，結合圍堰地層特點，將圍堰分成上、下游橫向圍堰及縱向圍堰三個區(qū)段。各區(qū)段地層具體結構如下：

(1)上游橫向圍堰(樁號K0+024～K0+098)施工軸線長74 m。0～6 m為人工填筑層，6～7 m為細砂層，7～15 m為砂卵石層，含少量孤(漂)石，15～16 m為紅色花崗巖。孤(漂)石含量約為10%，最大粒徑約為2 m。

(2)縱向圍堰(樁號K0+098～K0+218)施工軸線長120 m。0～6 m為人工填筑層，6～7.5m為細砂層，7.5～17 m為砂卵石層，孤(漂)石多且大多分布在11 m至基巖段，15～18 m為紅色花崗巖。孤(漂)石含量約為40%，最大粒徑約為3 m。

(3)下游橫向圍堰(樁號K0+218～K0+254)施工軸線長36 m。0～3 m為人工填筑層，3～6.5 m為卵石夾細砂層，6.5～9 m為紅色花崗巖。

3 圍堰防滲方案的選擇

3.1 方案比選

水利水電工程圍堰防滲的閉氣方法較多，比如水泥灌漿、水泥化學漿液復合型灌漿、高壓噴射灌漿、控制性灌漿、混凝土防滲墻等，每種方法都有其自身的優(yōu)點和缺點，但多具有很強的互補性。常見的圍堰防滲施工方法主要是高壓噴射灌漿、混凝土防滲墻及控制性灌漿。針對該工程圍堰地層情況，經(jīng)初步研究討論，推薦單一高壓噴射灌漿法、混凝土防滲墻法及噴灌結合法供比較選擇。項目部在2個月的規(guī)定工期內(nèi)，從地層適用性、施工質(zhì)量、施工成本等方面進行了比較，具體結果見表1。

由表1可知：(1)施工成本由高至低為混凝土防滲墻﹥單一高壓旋噴﹥噴灌結合；(2)防滲效果由高至低為混凝土防滲墻﹥噴灌結合﹥單一高壓旋噴。另外，由于混凝土防滲墻施工臨建量大、投入設備多，單一高壓旋噴防滲效果可靠性較差，最終綜合選定該圍堰防滲工程采用“噴灌結合”法施工。“噴灌結合法”即采取高壓噴射灌漿配合控制性灌漿施工，對復雜地段先灌注控制性漿液進行地層改良，然后進行高噴灌漿。噴灌結合區(qū)施工的總體程序為：控制性灌漿I序孔→控制性灌漿II序孔→高噴灌漿I序孔→高噴灌漿II序孔。

3.2 防滲體系的布置

對不同地段采取不同的防滲體系布置，具體布置情況見表2。

表1 不同施工方案比較表

表2 不同地段防滲體系布置表

4 控制性灌漿施工

4.1 施工工藝

測量放線→鉆進至設計孔深→鉆具起拔→下設PVC花管置換地質(zhì)套管→埋設灌漿管→孔口封閉→分段灌漿→待凝→施工下一個孔。

4.2 鉆 孔

采用HM-90A履帶式液壓鉆機跟管鉆進，孔徑為146 mm。由于該圍堰地層富含大塊(漂、孤)石，進尺慢，鉆具損壞、廢孔等相當頻繁，給控制性灌漿及高噴灌漿鉆孔造成極大的困難，不僅影響施工工期，增加施工成本，還留下了質(zhì)量隱患。工程先后使用三件套、五件套偏心錘鉆頭、同心鉆頭及同心擴孔鉆頭、調(diào)整大塊(漂、孤)石層鉆進參數(shù)等，成功克服了該地層的鉆進難題。對大塊(漂、孤)石層采用同心擴孔鉆頭成孔，其余地層采用同心鉆頭成孔。

4.3 下設PVC花管置換地質(zhì)套管

鉆孔完成、鉆具起拔后，下設直徑110 mm PVC花管用以置換孔內(nèi)地質(zhì)套管。

4.4 埋設灌漿管

每個控制性灌漿孔孔內(nèi)埋設3根直徑為20 mm的PE管(圖1)。第一根PE管底部距孔底50 cm，第二根PE管底部距回填層與原始河床分界處往下50 cm，第三根PE管底部距孔頂50～100 cm，PE管外露20 cm以上，每根PE管做好標記，便于區(qū)分。

圖1 控制性灌漿孔孔內(nèi)灌漿管埋設示意圖

4.5 孔口封閉

為保證灌漿能夠施加一定的壓力，從孔口往下0.5～1 m區(qū)段用水泥砂漿封填密實，待凝1 d，即可進行灌漿。

4.6 灌 漿

(1) 灌漿方式。采用自下而上分段、孔口循環(huán)灌注的方式。控制性灌漿孔與高噴灌漿孔均分兩序施工，先施工I序孔，再施工Ⅱ序孔。先灌注埋深最深的管，封閉埋深次深的管，埋深最淺的管作為回漿管，待灌漿達到結束條件后停止灌漿，封閉該灌漿管，改為灌注埋深次深的管，直至灌漿結束。

(2) 灌漿壓力。根據(jù)技術文件要求、水頭大小及國內(nèi)外類似工程進行設計選用，該工程灌漿壓力為0.2～0.5 MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力較I序孔灌漿壓力提高10%～20%。

(3) 漿液配比。控制灌漿漿液共三種，分別為0.8∶1、0.6∶1和0.5∶1純水泥漿液；摻加水玻璃含量為水泥干灰量2%～10%的水泥-水玻璃漿液或摻加細砂、鋸木粉等的混合漿液；摻加量為水泥干灰量1%～5%的絮凝劑(為水下抗分散劑)、2%～10%的水玻璃和細砂等組成的水泥膏漿。

①對于不存在或存在較小漏失的一般地層，灌漿漿液按照純水泥漿液→混合漿液→水泥膏漿的順序選用，開灌水灰比為0.8∶1；

②對于存在較大的漏失地段，灌漿漿液按照純水泥漿液→混合漿液→水泥膏漿的順序選用，開灌水灰比為0.5∶1；

③對于架空嚴重、漏失很大的地段，灌漿漿液按照混合漿液→水泥膏漿的順序選用。

(4) 變漿標準。

①在某級壓力下，耗漿量大于1 000 L、壓力無變化或者變化不顯著時，可變濃一級漿液；

②灌漿過程中,若壓力呈上升趨勢,則不得變換漿液濃度；

③若灌漿流量超過40 L/min時，可越級變濃。

(5) 結束標準。

采用單孔限量或壓力與注入率控制的方式作為灌漿結束標準。

①當I序孔灌漿壓力達到0.2～0.4 MPa、II序孔灌漿壓力達到0.3～0.5 MPa且吸漿率小于5 L/min，屛漿10 min即可結束；

②當I序孔單孔累計注漿量達到8 000 L，II序孔單孔累計注漿量達到10 000 L時，灌漿壓力及注入率均無大的變化時可結束灌漿，待凝1 d，復灌。重復灌注3次仍達不到結束標準時，對該區(qū)域單獨進行加密處理。

4.7 灌漿成果

該圍堰防滲施工累計完成控制性灌漿孔191個，控制性灌漿完成2 880.1 m，平均耗灰量為138.6 kg/m，水玻璃用量7 547 L，砂用量12 150 kg，UWB-II型絮凝劑用量785 kg。

5 高噴灌漿施工

5.1 施工工藝

高噴灌漿施工工藝見圖2。

圖2 高噴灌漿施工工藝圖

5.2 主要施工參數(shù)

根據(jù)設計文件及《水電水利工程高壓噴射灌漿施工技術規(guī)范》(DL/T5200-2004)中的相關技術要求，施工過程中采用的主要施工參數(shù)見表3。

5.3 鉆 孔

參考控制性灌漿孔鉆孔施工。

5.4 下設PVC管置換地質(zhì)套管

鉆孔完成、鉆具起拔后，下設直徑為110 mm的PVC管置換孔內(nèi)地質(zhì)套管。PVC管底部用塑料膠帶或?qū)Ｓ妹芊饧M行密封，采用“注水法”下設PVC管。

5.5 試 噴

噴具組裝完畢、下設高噴孔前應進行試噴，無異常即可結束試噴。噴嘴用膠帶密封，以免下設時堵嘴。

表3 高噴施工主要控制參數(shù)表

5.6 下設噴具

將噴具下入到孔內(nèi)并確保其下入到終孔深度。

5.7 噴射及提升

(1)按照先通漿、后通風、水的順序施工，先原位噴射，待孔口返漿正常后邊旋轉邊提升。

(2)噴射作業(yè)采用自下而上連續(xù)施工。在噴漿過程中，時刻注意檢查風、水、漿的流量，旋轉、提升速度等各參數(shù)是否符合要求。

5.8 機具清洗

每噴射完一孔后，用清水沖洗機具及噴頭，以免堵塞。

5.9 孔口回灌

高噴結束后，對高噴孔回填飽滿。

5.10 特殊情況的處理

針對噴漿過程中出現(xiàn)的返漿量及返漿濃度不達標、間歇性返漿或不返漿等異常情況，采取濃漿噴灌、靜噴、降低提速、孔口加砂、摻加水玻璃、摻加絮凝劑、灌注膏漿等方法進行處理。

5.11 高噴成果

累計完成高噴灌漿孔394個，噴漿完成5 567.6 m，平均耗灰量為1 051.5 kg/m，水 玻 璃 用 量 為 51 540.7 L，砂用量為37 740 kg，絮凝劑用量為140 kg。

6 施工效果

6.1 鉆孔取芯

在單一高噴旋噴套接區(qū)、“噴灌結合”施工區(qū)及雙排控制性灌漿孔中間區(qū)采用單動雙管植物膠取芯。根據(jù)對取出的芯樣進行分析得知：取芯率高，芯樣完整，水泥漿液與原地層中的砂卵礫石包裹充分、均勻，見圖3、4。

6.2 基坑開挖

廠房基坑開挖期間，采用1臺功率55 kW、每小時排水量為450 m3的水泵間歇排水，即能很好地滿足基坑開挖，表明該圍堰防滲效果良好。

圖3 縱向圍堰2#取芯孔芯樣圖

圖4 縱向圍堰3#取芯孔芯樣圖

7 結 語

鍋浪蹺水電站廠房全年圍堰防滲施工采用高噴灌漿與控制性灌漿結合的施工工藝，較好地解決了孤(漂)石、地下動水及架空等復雜地層條件下噴漿漿液極易被稀釋帶走的難題，提高了施工質(zhì)量，保證了施工進度，降低了施工成本。所采用的“噴灌結合”施工工藝可為今后類似地層條件下的防滲施工提供經(jīng)驗。

[1] 李相然，賀可強.高壓噴射注漿技術與應用[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2007.

[2] 水電水利工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范，DL/T 5200-2004[S].

[3] 水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范，DL/T 5148-2012[S].

[4] 水電水利工程覆蓋層灌漿技術規(guī)范，DL/T 5267-2012[S].

(責任編輯：李燕輝)

2016-10-10

TV7；TV551；TV52；TV223.4

B

1001-2184(2016)06-0079-05

習書田(1983-)，男，江西宜春人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

高 強(1985-)，男，重慶長壽人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

吳小兵(1989-)，男，重慶秀山人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.