鋼板樁圍堰整體防滲復合灌漿工藝研究

江道遠

【摘 要】鋼板樁圍堰由于自身特殊的構造形式，在不同的地質條件下，結合方式存在差異，導致不同的結合區域存在不同的質量問題，為有效的防范質量缺陷，達到圍堰整體防滲的目的和效果，論文通過對鋼板樁圍堰整體防滲復合灌漿工藝的研究，確定了一套科學、高效的施工工藝，保證工程質量。

【Abstract】Due to the special structural form of the steel sheet piling cofferdam， the combination modes are different under different geological conditions， which leads to different quality problems in different binding areas. In order to prevent quality defects effectively， and achieve the purpose and effect of the integral seepage control of cofferdam， the paper studies the integrated anti-seepage composite grouting technology of steel sheet piling cofferdam， and determines a set of scientific and efficient construction technology， so as t o ensure the engineering quality.

【關鍵詞】巴基斯坦；塔貝拉水電站；鋼板樁圍堰；整體防滲；復合灌漿工藝

【Keywords】Pakistan； Tarbela Project； steel sheet piling cofferdam； integral seepage control； composite grouting technology

【中圖分類號】TV551.3 【文獻標志碼】B 【文章編號】1673-1069（2018）11-0150-03

1 工程概況

塔貝拉水電站位于巴基斯坦首都伊斯蘭堡西北開伯爾·普赫圖赫瓦省境內，最大壩高 143m，工程于1968年開工，1976年正式蓄水發電。 四期擴建工程需在廠房基坑的下游形成一段東西向的鋼板樁圍堰，與東側現有的三期廠房混凝土擋墻和西側陸地連接，鋼板樁格體內填充材料為拋填的松散粉細砂。 由于四期擴建工程廠房區域位于下游深水庫區中，鋼板樁圍堰高噴防滲需在深水中施工，最大水深>30m，砂卵礫石層埋深在30～56m深度，架空嚴重，級配分部不均，質量風險高、施工難度大。 該類型圍堰防滲施工方式在國內外均沒有先例。（圖1，2）

2 施工難點

鋼板樁圍堰整體防滲施工具有以下難點：

①形式結構-30m深水區蜂窩狀直腹式鋼板樁圍堰高噴防滲，國際先例。

②防滲深度-57m，最大鉆灌深度57m，平均鉆灌深度40m，國際先例。

③地質條件-30m人工拋填粉細砂層，國際罕見。

④施工難度-埋深30～50m架空砂卵礫石層，國際先例。

⑤結合方式-防滲墻橫向與鋼板樁圍堰結合，底部與原有水工建筑物混凝土結合，國際罕見。

3 施工措施

針對鋼板樁圍堰整體防滲的施工難點，通過在傳統高壓旋噴工藝基礎上開展鉆進及灌漿工藝研究，處理大深度人工拋填松散粉細砂層，高埋深砂卵礫石層等特殊地層存在的問題，并結合鋼板樁圍堰特殊的構造形式和結合方式，針對部分特殊區域引入帷幕灌漿方式，形成一套有針對性的鋼板樁圍堰整體防滲復合灌漿技術。

4 施工方法

4.1 大深度人工拋填松散粉細砂層高壓旋噴施工

4.1.1 鉆孔施工

鉆孔選用意大利C6XP全液壓鉆機，對人工拋填松散粉細砂層采用同心鉆頭跟管鉆進，鉆頭為φ152合金球齒鉆頭，跟進套管采用φ140無縫鋼管。在孔深30m的填砂范圍內，同心跟管鉆進工藝在鉆進填砂層時孔斜率最高精度可達到<1‰，最低也可控制在5‰以內，77%以上的鉆孔孔斜率可控制在3‰以內，解決了深填砂層鉆孔精度控制問題。

4.1.2 灌漿施工

灌漿采用“兩重管”法，單、雙排孔均分三序進行施工，雙排孔（孔間距75cm，排距60cm）先進行背水面施工，然后進行迎水面施工，自孔底部自下而上噴射成墻，每相鄰孔之間施工時段間隔不得小于48h。

4.1.2.1 PVC+泥漿復合護壁技術運用

高噴孔鉆孔完畢利用鉆機進行洗孔，再向鉆孔套管中注入充分攪拌均勻的黃土泥漿，然后起卸鉆具，再下設Φ100mm特制PVC管，最后起拔套管，進入下一道工序。PVC+泥漿復合護壁技術的主要目的是在鉆孔后和噴射前盡量降低對鉆孔的破壞，對鉆孔進行雙重保護，主要作用為：

①能有效控制鉆孔完畢后孔內返渣深度過大，導致噴具無法下設到位的問題。

②能有效控制起拔套管過程中塌孔問題。

③針對動水、架空、透鏡體、滲漏通道能起到較好的預堵漏作用。

④在噴具下設過程中，能起到一定潤滑作用，降低摩擦力。

4.1.2.2 灌漿參數優化

針對自然狀態深填砂層這種全新的地質條件，通過現場試驗與實踐，在規范允許范圍內對常規參數進行了較大幅度調整。自然狀態深填砂層由于受自身構造條件的影響，在滿足有效樁徑的前提下，適當降低灌漿壓力，減低漿液濃度，提高提升與旋轉速度，保證充足的風壓與風量，能解決由于噴射壓力過大、漿液與砂拌合濃度過高、提升速度慢等參數選取不當而導致的噴射破壞范圍過大、墻體膠凝體濃度過高造成的大范圍塌孔、噴具抱死、風嘴漿嘴堵塞等施工難題。

4.2 高埋深、大深度砂卵礫石層高壓旋噴施工

4.2.1 鉆孔施工

高噴防滲墻深孔位于原電站泄洪沖水區，砂卵礫石層埋深在30m～56m深度，級配嚴重不均，顆粒粒徑大、強度高，繼續采用同心跟管鉆進工藝鉆孔進尺較慢，根據經驗及試驗對比，在對上部30m孔深人工填砂層均采用同心跟管鉆進工藝保證孔斜的情況下，對下部砂卵礫石層采用偏心跟管鉆進工藝，鉆孔功效高，整孔孔斜控制滿足設計要求。

4.2.2 灌漿施工

4.2.2.1 工序調整

由于圍堰地質條件限制，鉆孔完畢全部起拔套管后，地層失去鋼套管束縛，大粒徑砂卵礫石在動水影響下迅速塌陷破壞鉆孔，整孔塌孔報廢率達到驚人的90%之高，給工程施工推進帶來極大干擾，經總結最終采用先下設噴具，然后分段起拔套管法，此法是在傳統工藝上的突破和改良。

4.2.2.2 工藝調整

在深水庫區施工，動水影響大，漿液漏失嚴重，塌孔現象頻繁，塌孔深度大，地層分界不明顯，為充分保證防滲質量，實際措施為地層分界面、每次拆卸噴具搭接面、返漿比重不滿足要求或不返漿區域靜噴10分鐘，靜噴后根據返漿情況下放50～100cm復噴，對塌陷報廢孔掃孔至塌陷底部3m，重新復噴。工程施工根據現場實際情況擴大靜噴、復噴工藝的處理對象、范圍，并采取相互結合方式來共同配合。

4.2.2.3 參數優化

通過實踐，將砂卵礫石層高噴壓力提到36～38MPa，漿液排量提高到60～65L/min，提速、鉆速明顯低于人工填砂層，漿液比級提高至1：1，并在噴射前輔以0.5：1濃漿大排量無壓灌注預堵漏，直至漿液下沉速度低于1m/分鐘，開始噴射。通過高壓力、高排量，低行速、高濃度等措施，有效擴大了動水區砂卵礫石層有效樁徑，充填范圍，保證了樁體質量。

4.3 特殊區域帷幕灌漿施工

1#主格一半區域及左岸連接段底部為原有建筑物混凝土，高噴墻體與原混凝土膠結處由于墻體凝結收縮會產生縫隙；5#主格上部為填砂層，下部基巖為炭質片巖，物理力學性質較差，滲漏性強，這些區域單純依靠高噴灌漿，圍堰防滲存在質量隱患。

帷幕灌漿孔靠鋼板樁圍堰下游側（河床側）按弧形布置1排，距離鋼板樁1.0m，孔距2.0m。高噴灌漿結束后，重新鉆孔至帷幕灌漿范圍底線，對覆蓋層及以下基巖與混凝土結合部進行帷幕灌漿，防滲合格標準q≤3Lu。

①覆蓋層灌漿：花套管內自下而上分段卡塞法。工藝流程為：鉆孔定位→ 鉆進（φ152套管深入基巖0.5m）→鉆孔沖洗→起鉆→埋設φ89花套管（下管→加滿填料→起拔套管）→待凝（3天以上）→孔內自下而上分段卡塞→開環→灌漿，段長2.0 m，壓力0.6～2.0MPa。

②基巖層灌漿：自上而下分段孔塞法。該部位覆蓋層灌漿全部完成后，利用覆蓋層灌漿花套管作為孔口管對基巖層進行自上而下分段卡塞灌漿。工藝流程為：φ76原孔掃孔鉆進→ 鉆進（第一段）→鉆孔沖洗→孔內卡塞法壓水灌漿→鉆進（第二段）→鉆孔沖洗→孔內卡塞壓水灌漿→ 循環鉆灌第三段及其以下孔段至終孔→封孔，段長5m，壓力0.2～2.5MPa。

③漿液配比的選取。在覆蓋層中灌注水泥-膨潤土漿液，漿液水灰比采用1：1、0.8：1、0.6：1，漿液中膨潤土摻量為2～3%。基巖帷幕灌漿灌注純水泥漿液，漿液水灰比采用3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1和0.5：1。花套管與孔壁間充填水泥/黏土漿液，防止灌漿過程中漿液沿孔口管外壁向上串漿。考慮到地下水的擾動及水對填料的稀釋，填料配合比為水：水泥：黏土為2：1：2.6。

5 質量檢查

5.1 鉆孔取芯檢查

檢查孔針對不同地層、不同區域取出的芯樣無空洞氣泡，無孔隙，水泥結石強度高、結石率高，膠結密實、連續飽滿，平均采取率達95%以上，最長單根芯樣2.6m。根據芯樣觀察，各地層防滲處理效果極佳。（圖3）

5.2 注水試驗檢查

注水試驗全圍堰共布置5組檢查孔，從所有檢查孔注水試驗結果來看，灌漿試段滲透系數K值均在10-6cm/s量級，完全滿足規范及設計要求（K≤i×10-5cm/s）。

5.3 基坑開挖檢查

整個廠房基坑開挖基本屬于干地施工的狀況，只需1臺400m3/h水泵（另一臺備用）進行不定期抽水即可完全滿足干地施工需要。如果考慮山體和上游壩基滲水，以及廠房施工常規性排水對基坑的影響，鋼板樁圍堰整體防滲效果屬于不滲漏的狀態。

6 結語

工程實踐表明，高噴灌漿結合帷幕灌漿對不同地質構造，對圍堰薄弱區域，不良地質條件區域進行復合防滲，從而形成一套鋼板樁圍堰整體防滲復合灌漿工藝，不僅能切實保證圍堰整體防滲效果，而且是對高噴灌漿工藝的有益和有效補充，證明復合灌漿工藝能夠滿足鋼板樁圍堰整體防滲的設計要求。