曹增強(qiáng)

（中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司 天津 301700）

1 概況

1.1 工程概況

烏金峽電站位于黃河上游，圍堰枯水期河水位1423.6m。圍堰左岸為泄洪閘右導(dǎo)墻，透水性極微；右岸為I級(jí)階地，砂礫石層，基巖地形起伏較大；河床部位為人工雜填砂礫石、沖積砂卵礫石層及淤砂層所覆蓋，最大厚度45.4m，從堰頂起算最大厚度57.0m。其中，人工雜填砂礫石最大厚度12m，主要分布在壩右0+0.0～0+165m段；砂礫石最大厚度36.9m，從堰頂起算47.9m，其間夾有薄層狀及透鏡體粉細(xì)砂并零星分布有孤石及塊石，層位無(wú)規(guī)律；砂層最大厚度12.7m，主要分布在河床的右下角基巖與砂礫石層之間。其下為加里東期花崗巖與白堊系紫紅色、灰綠色砂巖及粘土巖，以斷層的形式接觸。

堰基覆蓋層透水率大，需要進(jìn)行防滲處理。左右堰頭采用高噴防滲墻方案，最大孔深48.0m，孔深大于35m的孔占工程總孔數(shù)的67%。

1.2 完成工程量

本項(xiàng)目完成工程量見(jiàn)表1。

表1 高噴防滲墻主要工程量清單

2 高噴防滲墻設(shè)計(jì)要求

a.對(duì)于孔深大于20m的地段，采用兩排旋噴孔套接，孔距均為0.8m、排距0.7m。下游排全孔噴射注漿；上游排孔深25m以上的孔沿孔底自下而上噴射注漿至孔深20m處，孔深20～25m的孔噴射長(zhǎng)度不小于5m；WG下-2-40～WG下-2-57孔地段地層中孤石含量較高，此部分孔沿孔底自下而上噴射注漿至孔深5m處。

b.孔深小于20m地段采用單排旋噴防滲，孔距0.8m。

c.要求墻底嵌入基巖至少0.8m。

d.高噴墻墻體單樁樁徑不小于1.1m，雙排孔防滲墻厚度不小于1.4m。

e.墻體滲透系數(shù)K≤ 5×10-5cm/s，抗壓強(qiáng)度R28=3.0～12.0MPa。

f.高噴防滲墻孔位布置如下圖所示。

圖1 高噴防滲墻孔位布置示意圖

3 高噴防滲墻工程施工

3.1 施工程序

該標(biāo)段的高噴圍堰防滲工程分兩排施工，先施工下游排，再施工上游排；每排分兩序施工，先施工Ⅰ序，再施工Ⅱ序。Ⅱ序孔噴漿與Ⅰ序孔噴漿間隔不小于48h。單孔施工工藝流程為：鉆孔→下注漿管→旋噴提升→成墻。

3.2 鉆孔施工

高噴鉆孔采用全液壓工程鉆機(jī)沖擊回轉(zhuǎn)跟管鉆進(jìn)的方法施工，選用可沖擊回轉(zhuǎn)的跟管鉆具將146mm鋼套管直接打入至地層內(nèi)成孔。終孔后拔出跟管鉆具后向套管內(nèi)下入110mm的PVC管，拔出套管即完成鉆孔工作。

根據(jù)該工程砂卵石以及巨厚粉細(xì)砂層的地質(zhì)條件，選用了比較先進(jìn)的全液壓動(dòng)力頭沖擊回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，如德國(guó)克萊姆301、401型鉆機(jī)、意大利SM400型鉆機(jī)、國(guó)產(chǎn)阿特拉斯MZ200型鉆機(jī)、上海雙帆雙動(dòng)力頭1200型鉆機(jī)等。實(shí)際施工表明：上述設(shè)備基本滿足施工要求。

3.3 旋噴注漿施工

3.3.1 施工方法及主要參數(shù)

高噴防滲墻采用連鎖旋噴樁柱型式，單樁采用“二管法”施工，主要施工參數(shù)見(jiàn)表2。

3.3.2 主要工藝與技術(shù)措施

a.地面試噴。鉆孔驗(yàn)收、高噴臺(tái)車就位后，為了直觀檢查高壓噴射系統(tǒng)的性能，首先應(yīng)進(jìn)行地面試噴，檢查各項(xiàng)參數(shù)值是否滿足要求。

b.開(kāi)噴。噴管下至預(yù)定深度后，水泥漿液拌制完畢，即可供漿、供風(fēng)開(kāi)噴。待各壓力和流量參數(shù)均達(dá)到要求，且孔口已返出漿液時(shí)，即可按既定的旋轉(zhuǎn)、提升速度進(jìn)行噴射注漿。

c.高噴注漿全孔一次連續(xù)成孔。中途若因拆卸噴管發(fā)生停頓，復(fù)噴長(zhǎng)度不小于0.2m。

表2 高壓噴射注漿參數(shù)

d.裝、卸噴管時(shí)，采取密封措施，并加快裝卸速度，以防止噴嘴堵塞。

e.在高噴注漿過(guò)程中，出現(xiàn)壓力突降或驟增、孔口回漿濃度和回漿量異常、不返漿等情況時(shí)，查明原因后及時(shí)進(jìn)行處理。

f.當(dāng)孔口回漿密度變小，不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，采取加大進(jìn)漿密度或進(jìn)漿量的措施予以處理。在富水地層，宜適當(dāng)減小風(fēng)量或降低風(fēng)壓。

g.發(fā)生串漿時(shí)，首先填堵被串孔，繼續(xù)串漿孔的高噴注漿；待其結(jié)束后，盡快進(jìn)行被串孔的掃孔、噴射或繼續(xù)鉆進(jìn)。

h.高噴注漿因故中斷恢復(fù)施工時(shí)，復(fù)噴注漿長(zhǎng)度不小于0.5m；停機(jī)超過(guò)3h應(yīng)對(duì)泵體和輸漿管路進(jìn)行徹底清洗后方可繼續(xù)施工。

i.高噴注漿結(jié)束后，利用回漿或新制漿液對(duì)已完成孔及時(shí)回灌，直至漿液面不再下降。

j.施工中如實(shí)記錄高噴注漿的各項(xiàng)參數(shù)、材料用量、異常情況及處理方法等。

3.4 漿液

高噴注漿采用純水泥漿，水泥類型為P.O32.5普通硅酸鹽水泥，要求質(zhì)量符合GB175的規(guī)定。

漿液比重要求為 1.4～1.5（水灰比為 1.33∶1～1∶1），采用G—200雙桶高速攪拌機(jī)攪拌，每150L漿液加水量為117L，水泥加量為100Kg，制漿密度控制在1.45g/cm3左右。漿液拌制時(shí)間不小于30s，漿液自制成至用完不超過(guò)4h，當(dāng)漿液存放時(shí)間超過(guò)有效時(shí)間時(shí)，按廢漿處理。漿液過(guò)篩使用，要定時(shí)檢測(cè)其密度（每間隔20～30min），并及時(shí)填入記錄表格中。

3.5 高噴注漿施工質(zhì)量控制措施

a.提升速度誤差不超過(guò)±5mm／min；旋轉(zhuǎn)速度誤差不超過(guò)±1 次／min。

b.在制漿站旁設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)漿液試驗(yàn)室，按規(guī)定的頻次檢測(cè)進(jìn)漿和回漿的密度和溫度，并做記錄。

c.對(duì)所進(jìn)水泥按批號(hào)分開(kāi)堆放，按先后順序分批使用。

d.水泥每400t取樣化驗(yàn)一次，檢測(cè)水泥安定性和強(qiáng)度指標(biāo)，不合格的水泥嚴(yán)禁使用。

e.準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)每一個(gè)孔的水泥用量，每20個(gè)水泥袋捆成一捆。

f.噴漿過(guò)程中對(duì)冒漿情況，漏漿位置、深度、時(shí)間等做詳細(xì)記錄。

g.終噴后用比重1.7～1.75漿液充填噴孔，直到孔口漿面不再下降；嚴(yán)禁使用含有粘土或泥漿的回漿進(jìn)行回灌。

h.做好機(jī)房和輸漿管路的防寒保溫工作，使?jié){液溫度保持在5～40℃。

4 高噴防滲墻施工中特殊情況處理

4.1 孤石處理

由于地層中存在孤石，跟管鉆進(jìn)速度會(huì)逐漸變慢，套管越卡越緊，最終難以成孔；即使成孔，套管也難以拔出。針對(duì)這種情況，采取了鉆孔爆破法進(jìn)行處理。在鉆進(jìn)過(guò)程中，遇到孤石時(shí)，停止偏心跟管鉆進(jìn)，采用全斷面鉆頭鉆進(jìn)。鉆穿孤石后，在孤石鉆孔內(nèi)下入炸藥進(jìn)行爆破。孤石爆破后，繼續(xù)偏心跟管鉆進(jìn)。從施工情況看，鉆孔爆破法是行之有效的。

4.2 粉細(xì)砂層處理

在圍堰河床中部及右側(cè)部位鉆孔需穿過(guò)埋深18～30m、厚度為10～12m的粉細(xì)砂層，潛孔錘跟管鉆進(jìn)成孔非常困難，常出現(xiàn)沖擊器堵塞和套管被細(xì)砂抱死等事故。針對(duì)這種情況，采取了下列措施，取得了明顯效果。

a.在停止鉆進(jìn)前，用壓縮空氣沖洗孔內(nèi)巖屑和細(xì)砂，停風(fēng)要慢，避免突然停風(fēng)形成負(fù)壓，使細(xì)砂急驟上返。

b.加快起、下鉆桿和套管等輔助工作速度。

c.在起、下鉆桿和套管的過(guò)程中向鉆孔內(nèi)注水。

4.3 漏漿處理

該標(biāo)段圍堰高噴注漿施工存在較大的滲漏現(xiàn)象，第一排I序孔幾乎全不返漿，經(jīng)分析，漏漿主要發(fā)生在堰體和堰體與原始地層接觸部位。漏漿時(shí)采取了以下措施進(jìn)行處理：

a.降低噴射管提升速度或停止提升。

b.降低噴漿壓力、流量進(jìn)行原地注漿。

c.加大漿液密度。

5 高噴防滲墻施工經(jīng)驗(yàn)

通過(guò)該工程施工實(shí)踐，對(duì)高水頭條件下進(jìn)行大深度高噴注漿施工總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

a.鉆孔必須選擇與地層相適應(yīng)的施工機(jī)具。砂卵石層中應(yīng)采用風(fēng)動(dòng)潛孔跟管鉆進(jìn)技術(shù)，不宜采用頂驅(qū)式跟管鉆進(jìn)。深孔鉆進(jìn)必須使用高質(zhì)量的護(hù)壁套管，并及時(shí)檢查絲扣。在進(jìn)行深孔鉆進(jìn)時(shí)，隨著鉆孔深度的增加，套管外壁所承受的摩阻力及管體底部受到的沖擊力也隨之增大，若套管質(zhì)量不好，在孔內(nèi)發(fā)生脫絲及斷管的幾率也會(huì)增大，將極大影響成孔效率。

b.在砂卵石層進(jìn)行高噴施工應(yīng)采用PVC管護(hù)壁工藝。PVC管護(hù)壁效果好，但要注意材質(zhì)和管徑的選擇。對(duì)PVC管的要求是：既能起到護(hù)壁作用，使噴管能順利下到設(shè)計(jì)深度，又能在高壓射流的強(qiáng)力沖擊作用下瞬間破碎。若PVC管不能瞬間破碎，將嚴(yán)重影響噴射注漿質(zhì)量；若管徑過(guò)小，則噴管難以順利下設(shè)，且極易破壞PVC管；若管徑過(guò)大，PVC管在拔套管過(guò)程中會(huì)被一起帶出。

c.高噴施工深度不宜超過(guò)40m。隨著鉆孔深度的增加，施工機(jī)具耗損成倍增加，容易發(fā)生鉆具、套管斷裂等事故，即使成孔，噴漿過(guò)程中也經(jīng)常發(fā)生抱管事故，噴漿質(zhì)量難以保證。同時(shí)，施工成本過(guò)高，施工單位往往難以承受。

d.對(duì)于下設(shè)PVC管的高噴孔，若地層漏失嚴(yán)重不返漿，采用靜噴、降低提速等常規(guī)處理措施不見(jiàn)效時(shí)，無(wú)法進(jìn)行填料堵漏，合適的堵漏方法尚待探索。

6 結(jié)語(yǔ)

該工程地質(zhì)條件復(fù)雜，高噴處理深度超常規(guī)，施工難度極大；但通過(guò)加大施工機(jī)具投入、改進(jìn)施工方法、不斷摸索、不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，以最大的努力完成了施工任務(wù)。從目前基坑抽水情況來(lái)看，高噴處理達(dá)到了預(yù)期防滲效果。但高噴防滲墻在全水頭下運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2年以上，是否成功尚待基坑開(kāi)挖到基巖面后才能下定論。該工程的施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)今后復(fù)雜地層中的大深度高噴防滲墻施工有一定的借鑒作用。