張海東

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司基礎(chǔ)處理分局，四川雙流 610225)

1 概述

1.1 工程簡(jiǎn)介

毛灘水電站位于四川省夾江縣順河鄉(xiāng)境內(nèi)的青衣江干流上，工程樞紐主要由電站廠房、泄洪沖沙閘、河床式長(zhǎng)尾水渠等建筑物組成，主要任務(wù)為發(fā)電，兼顧灌溉、防洪、城鎮(zhèn)工業(yè)及生活用水。電站基礎(chǔ)防滲主要采用高壓噴射灌漿和混凝土防滲墻，高噴工程量主要為一期圍堰上下游橫向圍堰和縱向圍堰10 965 m2，基坑內(nèi)二期縱向圍堰2 799 m2及尾水渠趾板(0+000～0+300)的永久高壓噴射灌漿5 304 m2。高噴造孔底部高程為380 m，最大造孔深度21 m。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)招標(biāo)地質(zhì)文件和設(shè)計(jì)圖紙，毛灘水電站高壓噴射灌漿主要在第四系全新統(tǒng)河流沖積堆積層(Ⅱ?qū)?。地層自上而下依次為:①松散卵礫石夾沙層，層厚4.9～9.6 m，表層3～5 m 厚大都經(jīng)人工篩選砂石，結(jié)構(gòu)松散，具架空結(jié)構(gòu)。②稍密沙卵礫石層，層厚10.7～24.9 m，中粒徑 ＞2 mm 含量占87.1%，粒徑一般為5～10 cm，個(gè)別漂石可達(dá)50 cm，局部夾卵礫石透鏡體。一期圍堰人工回填層主要為卵石和砂土，尾水渠段以沙卵礫石為主，二期縱向圍堰處為卵礫石夾沙，中細(xì)沙含量較大。

2 高壓噴射灌漿施工

高壓噴射灌漿是在強(qiáng)大射流作用下沖擊切割土層使?jié){液與被沖切下來(lái)的土體摻攪混合，并對(duì)大顆粒推移，漿液袱裹充填凝結(jié)，在漿(水)氣 同軸噴射時(shí)，壓縮空氣除了起保護(hù)射流束外，能量釋放過(guò)后產(chǎn)生的氣泡可將細(xì)顆粒升揚(yáng)且被漿液置換，從而改善和提高漿液的密實(shí)性和水泥漿凝結(jié)體強(qiáng)度，同時(shí)，射流束末端也具有側(cè)向擠壓力，能促使凝結(jié)體與兩側(cè)的土體結(jié)合更加緊密。

2.1 高噴造孔

沙卵礫石地層結(jié)構(gòu)松散，滲透系數(shù)大，透水性極強(qiáng)，原則上采用XY－3地質(zhì)鉆機(jī)泥漿護(hù)壁成孔。在造孔過(guò)程中，泥漿滲透范圍廣，可以充填孔隙，對(duì)后續(xù)噴射有利，而且節(jié)約水泥。但沙卵礫石地層中地質(zhì)鉆機(jī)造孔工效極低，深度20 m的孔鉆進(jìn)需三個(gè)臺(tái)班，施工進(jìn)度無(wú)法保證。

一般在沙卵礫石地層中造孔普遍采用偏心回轉(zhuǎn)跟管鉆進(jìn)工藝，雖然總體工效很高，但在一期下游圍堰施工時(shí)遇到大漂石，偏心跟管鉆進(jìn)效果很差，況且所配置的阿特拉斯XRHS366CD高風(fēng)壓油動(dòng)空壓機(jī)、QY－8T東岳汽車(chē)起重機(jī)耗費(fèi)成本非常高。而漢機(jī)HD120S－A型工程鉆機(jī)采用的同心跟管水壓鉆進(jìn)不僅在沙卵礫石層中造孔快且對(duì)大漂石層鉆進(jìn)速度較好，該工藝為鉆機(jī)動(dòng)力頭下安裝鉆桿和頂屈，頂屈上接外跟管，外跟管接套管鉆頭，套管接頭外徑比跟管稍大5 mm，內(nèi)鉆桿接孔底潛孔錘。施工中潛孔錘長(zhǎng)于外套管鉆頭3～5 cm，留出動(dòng)水返渣的間隙，鉆桿和外跟管可同時(shí)鉆進(jìn)，遇到堅(jiān)硬巖石時(shí)內(nèi)鉆桿可帶動(dòng)潛孔錘鉆導(dǎo)孔，外跟管擴(kuò)孔，鉆機(jī)跟管的拆卸、起拔均可自行完成。風(fēng)、水壓鉆進(jìn)轉(zhuǎn)換靈活，孔底加設(shè)有沖擊器，撤去水管、連接風(fēng)管則可風(fēng)動(dòng)沖擊鉆進(jìn)。沙卵礫石地層水壓鉆進(jìn)成孔效果好，既省設(shè)備，又省材料，成本較低。唯一不足之處是當(dāng)其遇到大漂石層時(shí)，在大功率作用下，操作不當(dāng)易發(fā)生鉆桿接頭絲扣開(kāi)裂、跟管斷裂等現(xiàn)象。二期縱向圍堰由于地層含沙較多，在工期緊張時(shí)，選用了 YGL－100D型潛孔鉆機(jī)造孔。因先期造孔困難，故直接采用了SPM110型中風(fēng)壓沖擊器，但在鉆進(jìn)過(guò)程中，需經(jīng)常清洗沖擊器，進(jìn)度很慢，最后將活塞間隙較小的中風(fēng)壓沖擊器更換為間隙較大且低廉的KQ110型低風(fēng)壓沖擊器進(jìn)度反而明顯加快。我們?cè)诔浞盅芯繉?duì)比了各種鉆進(jìn)設(shè)備在不同地層中的鉆進(jìn)效果和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)不同地層采用了不同的鉆進(jìn)設(shè)備和工藝，鉆孔進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)性都取得了較好的效果。既采用全液壓錨固鉆機(jī)，對(duì)不同地層采取不同的造孔工藝后也取得了工效提高、成本降低的效果。設(shè)備造孔工藝對(duì)照情況見(jiàn)表1。

2.2 高噴灌漿

表1 設(shè)備造孔工藝對(duì)照表

高噴灌漿采用三管法擺噴對(duì)接的結(jié)構(gòu)形式，沿施工軸線布置單排孔，高噴孔距為1.2 m，分Ⅱ序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。Ⅰ序孔施工完畢待48 h后方可施工Ⅱ序孔，高噴灌漿各項(xiàng)施工及設(shè)備主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 高噴灌漿施工及設(shè)備主要參數(shù)表

一期圍堰施工時(shí)，GP－47#～GP－93#孔段Ⅰ序孔噴射不返漿，采用靜噴、降低提升速度，間歇提升、孔口摻沙等措施后孔口仍不返漿，檢查發(fā)現(xiàn)堰體底部?jī)蓚?cè)有水泥漿外滲跡象，水泥耗量極大，GP－87#孔單耗達(dá)884.6 kg/m，并且噴管在提升至原河床交接面部位時(shí)有明顯卡管現(xiàn)象，擺動(dòng)困難，須管鉗輔助轉(zhuǎn)動(dòng)，待將其提升至回填層后部分孔口開(kāi)始返漿。

初步分析斷定，因圍堰底有大量大塊石料，漿液在人工回填與原河床交接面處大量漏失;而上部返漿則是高壓射流束將圍堰填料沖切摻攪、大顆粒位移、回填料充填、漿液滲透擠密后返出孔口。噴射在堰體兩側(cè)水位相同、原河床以下無(wú)壓差、水流相對(duì)靜止的條件下進(jìn)行，高壓噴射后，漿液能充分滲透凝結(jié)。根據(jù)上述判斷并采取相應(yīng)措施后，Ⅰ序孔耗漿量降低，最終Ⅰ序孔平均單耗為631.7 kg/m，而且在Ⅰ序孔的漿液滲透凝結(jié)作用下，Ⅱ序孔施工時(shí)孔口均全部返漿。同時(shí)，觀察Ⅱ序孔造孔返水明顯減少，孔內(nèi)返渣有較多水泥結(jié)石，鉆進(jìn)速度減慢，從而驗(yàn)證了Ⅰ序孔的噴漿效果。施工完成后，經(jīng)后期基坑開(kāi)挖檢驗(yàn)，防滲效果滿足工程需要。

此外，高壓噴射灌漿高壓水嘴大小對(duì)噴射半徑和高噴效果亦起決定作用。在38 MPa同等水壓力下，若噴嘴大小相差0.1 mm，氣流對(duì)水體的握裹力將發(fā)生變化，握裹力過(guò)小，可使水流霧化，降低沖切力;握裹力過(guò)大，將束縛水流切割的范圍。

3 特殊情況采取的處理措施

3.1 孔口不返漿

(1)降低噴射管提升速度和噴射壓力，若效果不明顯則停止提升，進(jìn)行原地注漿。

(2)加大漿液密度或進(jìn)漿量，灌注水泥砂漿、水泥黏土漿。必要時(shí)添加水玻璃，將三管法改為兩管法，高壓注漿泵噴射水泥漿，灌漿泵灌注水玻璃與水的混合物，水玻璃摻量為噴射水泥量的5%。若仍不返漿，則采取二次噴射方式。即先噴漿至孔口，72 h后重新掃孔至設(shè)計(jì)孔深后二次下管?chē)娚?，直至返漿正常。

(3)對(duì)于堰體本身填筑材料松散(或與原河床交接面)造成Ⅰ序孔不返漿或返漿量少的，可以按正常參數(shù)提升噴射。

3.2 地下動(dòng)水中噴射

在一期下游圍堰施工過(guò)程中，因泄洪沖沙閘施工工期緊，圍堰內(nèi)急于抽水開(kāi)挖，但GP－112#～GP－120#5孔Ⅱ序孔未噴射，抽水后圍堰內(nèi)外產(chǎn)生水頭差，形成地下動(dòng)水流，導(dǎo)致剩余孔無(wú)法噴射，最后，在圍堰下游側(cè)用反鏟開(kāi)挖一條深約7 m，寬2～3 m，長(zhǎng)10 m的深槽，回填黏土止水后，采用靜噴、加沙等措施噴射完畢。

3.3 串 漿

高噴過(guò)程中發(fā)生串漿時(shí)應(yīng)首先封堵被串孔，繼續(xù)串漿孔的施工，待其結(jié)束后，盡快對(duì)串漿孔掃孔復(fù)灌，或繼續(xù)鉆進(jìn)，同時(shí)，在后續(xù)造孔時(shí)應(yīng)調(diào)整孔序，間隔造孔，可有效防止串漿。

4 高壓噴射灌漿質(zhì)量檢查

依據(jù)《水電水利高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》DL/T5200－2004及設(shè)計(jì)技術(shù)要求，待各部位高噴灌漿混凝土達(dá)到一定齡期后進(jìn)行質(zhì)量檢查。高噴灌漿質(zhì)量檢查分為開(kāi)挖進(jìn)行直觀檢查(14 d以后)和鉆孔注水試驗(yàn)(28 d以后)兩種方式進(jìn)行。

4.1 墻體開(kāi)挖檢查

在尾水渠趾板GP－5#～GP－11#孔達(dá)到檢查要求后，通過(guò)人工配合反鏟進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖邊線距高噴軸線1 m，開(kāi)挖深度為5 m，開(kāi)挖軸線長(zhǎng)度為8 m，待開(kāi)挖深度和軸線長(zhǎng)度滿足要求后，采用人工對(duì)墻體進(jìn)行清洗，以保證墻體不被破壞并利于觀察。

根據(jù)墻體上部開(kāi)挖情況看(圖1)，高噴墻體完全搭接形成了一道板式防滲墻，連續(xù)性和整體性良好。在漂石及卵石塊周?chē)忻黠@的水泥膠結(jié)體，無(wú)架空和裂隙存在。墻體最小厚度為0.6 m，最大厚度達(dá)2 m，其中有效搭接厚度為1.3 m左右，漿液滲透凝結(jié)范圍較廣。

圖1 成墻效果圖

4.2 鉆孔注水檢查

高噴灌漿檢查孔位于尾水渠趾板GP－8#～GP－9#之間的墻體搭接位置，采用XY－2型地質(zhì)鉆機(jī)清水鉆進(jìn)，孔徑89 mm，孔深13 m，除去2 m厚回填黏土覆蓋層，深入墻體11 m。在檢查孔完成后，向套管中下入φ40PVC花管，采用棉布和黏土止水，止水長(zhǎng)度為1 m，試驗(yàn)段長(zhǎng)度為10 m。在進(jìn)行常水頭注水試驗(yàn)時(shí)，向孔內(nèi)注入清水，使PVC管中水位至孔口并保持固定不變，用量桶量測(cè)注入流量，每5 min量測(cè)一次注入量，共量測(cè)10次，并按表3進(jìn)行記錄。

因鉆孔檢查段位于地下水位以下，則防滲墻滲透系數(shù)為:

式中 K為試驗(yàn)防滲墻的滲透系數(shù)，cm/s;Q為注入流量，L/min;H為試驗(yàn)水頭，cm;等于試驗(yàn)水頭與地下水位之差;A為形狀系數(shù)，cm;A=＞8，l為試驗(yàn)段長(zhǎng)度，cm;r為試驗(yàn)段鉆孔半徑，cm;m=。由于防滲墻性質(zhì)差別并不大，則其水平與垂直滲透系數(shù)相等，即=Kh=Kv，m=1。

通過(guò)繪制Q－t流量曲線并進(jìn)行觀察，當(dāng)注水時(shí)間達(dá)到40 min后，流量Q趨于穩(wěn)定，根據(jù)《水利水電工程鉆孔注水試驗(yàn)規(guī)程》SL345－2007規(guī)定，取最后一次注水流量Q=0.122 l作為計(jì)算值，則:

根據(jù)以上計(jì)算得出防滲墻滲透系數(shù)為K=7.9 ×10－6cm/s，完全滿足《水電水利高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》DL/T5200－2004中卵礫石層的高噴墻體滲透性能指標(biāo)要求，取得了良好的防滲效果。

表3 鉆孔常水頭注水試驗(yàn)記錄表

5 結(jié)語(yǔ)

毛灘水電站基礎(chǔ)防滲高壓噴射灌漿工程地質(zhì)條件復(fù)雜，造孔難度大，噴射不返漿。在工程施工前，仔細(xì)分析了地層情況，嚴(yán)格按要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)并考慮工程的綜合效益，慎重選取了高噴施工方案，確保了工程安全。同時(shí)，通過(guò)改進(jìn)造孔工藝，選取合理的噴射參數(shù)和措施，使高壓噴射灌漿在強(qiáng)透水沙卵礫石層中取得了較好的效果，不僅加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了工程成本，而且驗(yàn)證了高噴灌漿具有更廣泛的地層適應(yīng)性。

［1］ 李相然，賀可強(qiáng).高壓噴射注漿技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社，2007.

［2］ 水電水利高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范，DL/T5200－2004［S］;

［3］ 水利水電工程鉆孔注水試驗(yàn)規(guī)程，SL345－2007［S］.