合山水閘西閘上游鋪蓋帷幕與高壓旋噴灌漿防滲技術(shù)

廖棟欣 江門市江新聯(lián)圍管理處

1.工程概況

合山水利樞紐工程位于潭江干流中上游的開平市蜆岡鎮(zhèn)，距恩平市區(qū)恩城鎮(zhèn)40k m，距開平市區(qū)三埠25km，是潭江綜合開發(fā)治理的第九級(jí)工程，閘址以上控制集雨面積1383.8km2，設(shè)計(jì)最大過閘流量為4972.1m3/s，是一宗以防洪、排澇、灌溉為主，兼顧航運(yùn)、發(fā)電等綜合利用的大二型Ⅱ等水閘。

2.工程地質(zhì)條件

據(jù)勘察報(bào)告顯示，本工程地質(zhì)情況具體如下：

2.1 地形地貌

合山水閘閘址位于潭江干流蜆岡段、蜆岡橋下游300m處，河段自北向南流經(jīng)水閘。工程區(qū)地勢(shì)平坦低洼，局部有小山丘；地貌單元屬于珠江三角洲沖積平原。

2.2 地層巖性

（1）區(qū)內(nèi)第四系全新統(tǒng)（Q4）沉積類型較多，以洪積、沖積為主，次為坡積、殘積，廣泛分布于沖積平原、丘陵山地及丘間溝谷中。

（2）下伏基巖屬寒武系八村群水石組（€3s），巖性為灰黃、棕紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖互層，主要為細(xì)、粉砂巖，次為中、粗砂巖等。

2.3 水文地質(zhì)

（1）工程區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)達(dá)，集水面積大，河流水流量大。地下水特征主要為河流滲透水或弱承壓水，主要有第四系孔隙潛水和基巖風(fēng)化裂隙水。在本次勘察深度范圍內(nèi)，場地素填土較松散，含孔隙水；粉質(zhì)粘土層為隔水層或弱透水層；中砂、粗砂、礫砂層屬強(qiáng)透水性，含孔隙水；全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖屬中等透水性～強(qiáng)透水性；弱風(fēng)化、微風(fēng)化粉砂巖多屬弱透水性。根據(jù)鉆探成果反映，場地地下水主要是賦存于中砂、粗砂、礫砂層中，含水較豐富。地下水的補(bǔ)給來源于大氣降水的補(bǔ)給。

（2）經(jīng)勘察取地表水進(jìn)行水質(zhì)分析試驗(yàn)，結(jié)合前期勘察ZK45孔的地下水試樣。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄L判定：環(huán)境水對(duì)混凝土具有弱腐蝕性；對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋無腐蝕性；對(duì)鋼結(jié)構(gòu)無腐蝕性。

2.4 物理地質(zhì)現(xiàn)象

工程區(qū)內(nèi)的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要是坍塌。岸邊、路邊的陡坡多處在雨季時(shí)發(fā)生了坍塌，且西閘船閘與水閘右側(cè)有管涌現(xiàn)象。

3.工程設(shè)計(jì)要求

水閘上游鋪蓋左側(cè)70.5m范圍采用帷幕灌漿，孔距為1.5m，灌漿深度至強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，孔深為8m，孔底高程為-11.1m，采用三序施工。上游鋪蓋右側(cè)51.6m范圍采用高噴灌漿，其中與帷幕灌漿銜接的10.8m為帷幕灌漿與高噴灌漿搭接，樁徑為1.2m，終孔孔距為1.2m，灌漿深度至強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，孔深為8m～16.8m，孔底高程為-11.1m（搭接段為-8.1m），采用二序施工。

3.1 鉆孔的設(shè)計(jì)要求

第一，帷幕灌漿。優(yōu)選小直徑鉆孔，保證孔壁平直、無損，帷幕灌漿鉆孔部位同設(shè)計(jì)位置之間的誤差也要在10cm以下，孔底最大的允許偏差在0.25m，灌漿孔也應(yīng)該參照小直徑，終孔的直徑也要在56mm以上。

第二，高噴灌漿。一半一序孔當(dāng)作先導(dǎo)孔，明確基巖特點(diǎn)，尋找能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的灌漿技術(shù)參數(shù)，鉆孔孔位偏差也要控制在5cm以下，鉆孔偏斜率也要控制在1%，鉆孔深度要大于設(shè)計(jì)墻底深度0.3m，鉆孔的直徑也要超出噴射管外徑20mm。

3.2 灌漿材料及制漿要求

第一，灌漿全部采用純水泥漿，水泥等級(jí)采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，帷幕灌漿水泥細(xì)度要求通過80μm方孔篩的篩余量小于5%，比表面積大于3500cm2/g。

第二，純水泥漿液的攪拌時(shí)間，使用普通攪拌機(jī)時(shí)，應(yīng)不少于3min；使用高速攪拌機(jī)時(shí)，宜不少于30s，漿液在使用前應(yīng)過篩，自制備至用完的時(shí)間宜小于4h。

第三，灌漿漿液配合比具體應(yīng)通過室內(nèi)漿液試驗(yàn)和現(xiàn)場灌漿試驗(yàn)確定。

3.3 灌漿的設(shè)計(jì)要求

根據(jù)此工程概況，上游鋪蓋涉及帷幕灌漿與高壓旋噴灌漿，都選擇單排布設(shè)方式，具體如下：

第一，帷幕灌漿。灌漿孔也要優(yōu)選小直徑鉆孔，而且要保持其孔壁平直、無局部受損問題，帷幕灌漿鉆孔部位和設(shè)計(jì)之間偏差要控制在10cm以內(nèi)，孔底的最大允許偏差為0.25m，要將最小直徑作為灌漿孔的參照，終孔的直徑也要控制在56mm，鉆進(jìn)后要待灌漿結(jié)束以后鉆進(jìn)，孔口都要堵蓋，從而達(dá)到保護(hù)的目標(biāo)。

第二，高噴灌漿。將一半一序孔當(dāng)作先導(dǎo)孔，先識(shí)別巖基特征，而且要明確達(dá)到要求的灌漿技術(shù)參數(shù)，鉆孔孔位的偏差要控制在5cm以內(nèi)，控制鉆孔偏斜率，要小于1%，鉆孔的有效深度也要在設(shè)計(jì)墻底深度0.3m，鉆孔直徑也要超過噴射管外徑2.0mm。

4.施工難點(diǎn)與解決方案

由于復(fù)雜的地質(zhì)情況加上日積月累的水流沖刷，水閘底下大部分已被掏空，而且在施工過程中西閘船閘與水閘右側(cè)還發(fā)現(xiàn)有管涌現(xiàn)象，具體情況如下：

4.1 灌漿外冒

根據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（DL/T5148-2001），灌漿在有蓋重混凝土的條件下進(jìn)行時(shí)，蓋重混凝土應(yīng)達(dá)到50%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后鉆孔灌漿方可開始。為保證工期，項(xiàng)目安排先施工閘基帷幕灌漿，后施工鋪蓋砼澆筑。按計(jì)劃2015年2月1日開始帷幕灌漿施工，施工過程中由于地質(zhì)原因，灌漿周圍有嚴(yán)重冒漿，始終無法加壓到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)多方現(xiàn)場勘查研究，這種地質(zhì)情況，可先施工砼鋪蓋，鋪蓋達(dá)到強(qiáng)度要求后，利用鋪蓋蓋重制止灌漿外冒。

4.2 鋪蓋段管涌嚴(yán)重

由于船閘及西閘上游鋪蓋段有大面積管涌情況（開工前已存在），管涌水流還會(huì)使灌漿材料（水泥漿）沖出孔外，工程質(zhì)量得不到保證。對(duì)此需要在灌漿材料中添加速凝劑（水玻璃），使灌漿材料速凝而不被管涌沖出孔外。

4.3 漿液流失滲漏

船閘右岸岸坡上的高噴灌漿孔，經(jīng)鉆孔試驗(yàn)，鉆孔至設(shè)計(jì)底高程的過程中，漿液流失嚴(yán)重。經(jīng)過研究確認(rèn)是漿液沿管涌路徑滲漏。建議先施工上半段灌漿孔，先保證上半段灌漿施工質(zhì)量，待上半段凝結(jié)后重新鉆孔施工下半段灌漿。

5.施工質(zhì)量控制對(duì)策

5.1 測放軸線和布置樁位

開工前放出軸線和挖出鉆樁樁頭，這樣才能準(zhǔn)確的放出旋噴樁樁位，經(jīng)項(xiàng)目法人或監(jiān)理復(fù)測定位、確認(rèn)無誤后做好標(biāo)記。

5.2 鉆孔質(zhì)檢

鉆孔不允許坍塌，孔低沉渣不得超過15cm，確保三管能夠一次放至設(shè)計(jì)深度。

5.3 噴射注漿前檢查

灌漿前通過先導(dǎo)孔注水試驗(yàn)，了解土層空隙、巖層裂隙情況，確定施工參數(shù)。施工前須檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，設(shè)備的壓力和排量必須滿足設(shè)計(jì)要求。

5.4 噴射施工中的質(zhì)檢

噴射施工過程中因故停止擺噴注漿，再續(xù)噴漿時(shí)相鄰兩段漿液的搭接長度不能小于20cm，防止?jié){體縮徑或斷樁。

5.5 水泥質(zhì)檢

所用水泥型號(hào)及性能必須符合設(shè)計(jì)要求且是合格品，水泥漿液必須按試驗(yàn)確定的水灰比進(jìn)行配制。禁止使用受潮或過期失效的不合格水泥。

5.6 強(qiáng)化施工過程質(zhì)量控制

帷幕灌漿及高壓旋噴灌漿為地下隱蔽工程，一定要做好施工過程的質(zhì)量控制，通過材料控制和施工工藝管理來保證工程質(zhì)量。在組織上建立質(zhì)量保證體系，采用事先試驗(yàn)，中間檢查及控制，事后總結(jié)的三個(gè)環(huán)節(jié)。詳細(xì)記錄施工過程的有關(guān)資料及情況，以備檢查。施工質(zhì)量管理關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：孔位、垂直度、漿壓、擺角、提升速度、噴漿量、漿液濃度、水泥用量、孔深等。

（1）帷幕灌漿質(zhì)檢。帷幕灌漿質(zhì)檢應(yīng)圍繞孔壓水試驗(yàn)成果進(jìn)行檢查，壓力達(dá)到灌漿壓力的80%，而且要在1MPa以內(nèi)，檢查孔設(shè)置的數(shù)目應(yīng)達(dá)到灌漿孔總量的10%，帷幕漿液檢查孔壓水試驗(yàn)需要在此處灌漿過后兩周開始，而且壓水試驗(yàn)也應(yīng)通過從上到下逐段卡塞的方式進(jìn)行，測試結(jié)果控制透水率在5Lu以內(nèi)。可以選擇五點(diǎn)試驗(yàn)法，試驗(yàn)過后也要按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來灌漿并封孔。

（2）高噴灌漿質(zhì)檢。隨著工程施工的進(jìn)行，也要重點(diǎn)圍繞灌漿材料、漿液、各個(gè)工序等實(shí)施質(zhì)檢和控制，而且要形成記錄，可以借助鉆孔檢查法來測試高噴墻的防滲性能、抗壓強(qiáng)度等。可以將檢查孔安裝于墻體中心線相鄰兩孔高噴凝結(jié)體搭接位置，可以從上至下地逐段鉆孔、取芯，并實(shí)施靜水頭壓水試驗(yàn)。而且要控制滲透系數(shù)在1×10-5cm3/s,28日抗壓強(qiáng)度也要達(dá)標(biāo)，超過5MPa。

5.7 試驗(yàn)性質(zhì)量檢查

除上述施工過程中的質(zhì)量控制外，還要進(jìn)行材料抽檢及現(xiàn)場試驗(yàn)。如：對(duì)現(xiàn)場材料抽樣檢驗(yàn)的辦法來檢查其質(zhì)量；安排第三方檢測單位對(duì)現(xiàn)場施工孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

6.施工工藝

6.1 帷幕灌漿

6.1.1 帷幕灌漿工藝流程

測量軸線布孔放樣→鉆機(jī)就位→按設(shè)計(jì)孔徑鉆進(jìn)→鉆孔、裂縫沖洗、壓水→第一段灌漿→待凝24小時(shí)→下一段鉆孔灌漿→終孔標(biāo)準(zhǔn)→封孔等步驟。

6.1.2 帷幕灌漿工藝

第一，測量放樣布孔，通過試驗(yàn)孔確定漿液水灰比、灌漿壓力及段長。

第二，鉆機(jī)就位：鉆至強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，設(shè)計(jì)深度8米。

第三，對(duì)所有灌漿孔（段）進(jìn)行裂隙沖洗，從孔底向孔外沖洗的方法進(jìn)行沖洗。

第四，灌漿漿液：整個(gè)帷幕灌漿采用水泥粘土漿灌注，混凝土與基礎(chǔ)的連接段應(yīng)單獨(dú)先行水泥灌漿。帷幕灌漿水泥漿液水灰比（采用2：1，沒有分級(jí)升壓。）當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)，或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變漿液濃度。

第五，灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)壓力下，當(dāng)注入率不大于1L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30min時(shí)結(jié)束灌漿，孔口返漿的灌漿孔閉漿待凝。

第六，封孔：每個(gè)帷幕灌漿孔全孔灌漿結(jié)束后，應(yīng)會(huì)同監(jiān)理人及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格的灌漿孔采用“置換和壓力灌漿封孔法”封孔。

6.1.3 掌握帷幕灌漿技術(shù)參數(shù)

帷幕灌漿施工中，最關(guān)鍵是要掌握各個(gè)項(xiàng)目的參數(shù)，具體的參數(shù)項(xiàng)目包括：水灰比、漿壓力、水泥用量、孔深等，通過試驗(yàn)確定以下參數(shù)（見表1）。

表1 帷幕灌漿各個(gè)項(xiàng)目參數(shù)

6.2 高壓旋噴灌漿

6.2.1 旋噴樁工藝流程

測量軸線布孔放樣→鉆機(jī)就位→Φ120回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至強(qiáng)風(fēng)化1.5米→高噴臺(tái)車就位→下入三重管至設(shè)計(jì)深度→攪拌水泥漿液→自下而上旋噴注漿至樁頂→ 拔管洗管→移至下一孔施工（孔口回灌注漿）

6.2.2 旋噴樁施工工藝

第一，鉆機(jī)就位：先用Φ120鉆具開孔穿過混凝土、粉質(zhì)粘土、，砂層、局部鉆至強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，設(shè)計(jì)終孔深度8～16.8米。機(jī)底須校正水平度，立軸垂直度允許偏差≤1%；孔位偏差允許值±5cm。

第二，鉆進(jìn)填土層時(shí)必須采用特殊的鉆進(jìn)工藝，即輕轉(zhuǎn)慢壓小心通過，遇到異響時(shí)必須特別注意，在確認(rèn)不會(huì)碰到地下管線才能繼續(xù)鉆進(jìn)。

第三，下管旋噴、注漿：下入三重管至設(shè)計(jì)深度后，泵入符合設(shè)計(jì)要求的水泥漿液，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)參數(shù)要求自下而上進(jìn)行擺噴作業(yè)，直至樁頂。

第四，拔管、清洗管路、器具；移機(jī)至下一個(gè)旋噴孔并要求間跳施工。

第五，注漿完畢，如果孔口漿液有收縮下沉，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)灌，保持樁頭完。

6.2.3 掌握旋噴技術(shù)參數(shù)

旋噴樁施工中，最關(guān)鍵是要掌握旋噴技術(shù)各個(gè)項(xiàng)目的參數(shù)，具體的參數(shù)項(xiàng)目包括：水壓力、漿壓力、空氣壓力、旋轉(zhuǎn)速率、提升速度、水灰比以及進(jìn)漿比重、流量、水泥用量等，結(jié)合本工程的特點(diǎn)，通過試驗(yàn)確定以下參數(shù)（見表2）。

表2 旋噴技術(shù)各個(gè)項(xiàng)目參數(shù)

7.結(jié)語

水利工程地質(zhì)復(fù)雜多變，本工程在灌漿過程中遇到滲漏、管涌等突發(fā)情況，通過現(xiàn)場勘察、優(yōu)化施工方案，狠抓過程質(zhì)量等手段最終順利完成。且經(jīng)參建各方聯(lián)合檢測，壓水試驗(yàn)共檢查6個(gè)孔，滲透系數(shù)分別為0.75×10-5cm3/s、0.81×10-5cm3/s、0.75×10-5cm3/s、0.70×10-5cm3/s、0.48×10-5cm3/s、0.97×10-5cm3/s，檢測結(jié)果均小于設(shè)計(jì)值1×10-5cm3/s，質(zhì)量合格。