殷 莉，何長(zhǎng)青，雷運(yùn)華，龍軍飛

(1.四川二灘建設(shè)咨詢有限公司成都610051;2.二灘水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司成都610051;3.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院成都610072)

1 工程概況

1.1 水文

本電站圍堰高噴防滲墻為枯期施工，受上游電站發(fā)電影響，流量為2 226 m3/s，在高噴防滲墻施工期間，由于上游電站發(fā)電流量不恒定，在圍堰處水位EL 988.00 m上下有約3.0 m左右的波動(dòng)。

1.2 工程地質(zhì)

圍堰布置于右岸河漫灘外側(cè)，采用土石圍堰，堰頂軸線長(zhǎng)1056.7 m，堰頂寬12.0 m，堰頂高程為994.0 m。圍堰高一般為6.0～16.0 m，最大堰高約16.0 m。圍堰基礎(chǔ)置于覆蓋層上。

圍0－441.104～圍0－176.0 m段覆蓋層厚3～23 m，分3層，主要為第③層的砂卵礫石層，底部局部分布有第①層砂卵礫石層厚約3 m，第②層桐子林組粉砂質(zhì)黏土層呈透鏡狀局部分布，厚約4～6 m。下伏基巖為晉寧期混合巖，以Ⅳ級(jí)巖體為主，局部強(qiáng)風(fēng)化Ⅴ級(jí)巖體。

圍0－176.0～圍0+365.0 m段覆蓋層厚20～38 m，亦為3層結(jié)構(gòu)，主要為第①、③層的砂卵礫石層，第②層桐子林組粉砂質(zhì)黏土層。第①層砂卵礫石層厚約3～8 m;第③層的砂卵礫石層厚約3.5～10 m，局部地段尖滅;第②層桐子林組粉砂質(zhì)黏土層厚約7～26 m，分布連續(xù)，具相對(duì)隔水性;圍0－176.0～圍0+254.0 m下伏基巖為晉寧期混合巖，以Ⅳ級(jí)巖體為主，局部強(qiáng)風(fēng)化Ⅴ級(jí)巖體;圍0+233.0～圍0+254.0 m為F1斷層及其影響帶，圍0+254.0～圍0+365.0 m段下伏基巖為砂巖與頁(yè)巖互層。

圍0+365.0～圍0+615.574 m段覆蓋層厚9～29 m，上部為厚2～4 m砂卵礫石層(第③層)，下部(第②層)為厚6～25 m相對(duì)隔水的粉砂質(zhì)黏土層。下伏基巖為砂巖與頁(yè)巖互層。

第①、③層砂卵礫石層透水性較強(qiáng)，第②層的桐子林組粉砂質(zhì)黏土層為相對(duì)隔水層。

2 圍堰高噴防滲墻設(shè)計(jì)

2.1 防滲設(shè)計(jì)

1)一期圍堰堰頂高程為994.00 m，堰體堰基防滲統(tǒng)一考慮，采用相同的防滲型式，即:利用圍堰堰頂作為堰體堰基的高噴防滲墻的施工平臺(tái)。一期圍堰(圍)0－441.104 m～(圍)0+075.000 m、(圍)0+420.000 m～(圍)0+615.574 m范圍內(nèi)高噴防滲墻深度一般在30.0 m以內(nèi)，(圍)0+075.000 m～(圍)0+420.000 m范圍內(nèi)高噴防滲墻深度一般在40.0 m以內(nèi)，局部最深為51.0 m。

2)一期圍堰堰基及堰體防滲采用單排高壓旋噴全封閉防滲，設(shè)計(jì)樁徑1.2 m，樁間距為0.8 m。高噴防滲墻孔位布置見(jiàn)圖1。

圖1 高噴防滲墻孔位布置圖

2.2 高噴防滲墻技術(shù)指標(biāo)及要求

1)高噴防滲墻應(yīng)完整、連續(xù)，平均厚度≥80 cm，最小厚度≥40 cm。

2)高噴防滲墻滲透系數(shù)≤1×10－5cm/s。

3)砂卵礫石層(alQ3)、含漂砂卵礫石層(alQ43)中高噴防滲墻結(jié)石28 d抗壓強(qiáng)度≥5 MPa，青灰色粉砂質(zhì)黏土層(Q3t3)中高噴防滲墻結(jié)石28 d抗壓強(qiáng)度≥3 MPa。

4)高噴防滲墻下部深入巖基深度≥100 cm，上與防滲墻施工平臺(tái)平齊。

3 圍堰高噴防滲墻施工

3.1 施工臨建布置

高壓噴射注漿的施工場(chǎng)地要求平整、穩(wěn)固，凡遇有低洼、表土松散、緊臨邊坡的區(qū)域，采用回填、夯實(shí)、加固和邊坡坡腳保護(hù)措施。堰頂作為高噴施工通道，場(chǎng)面需要≥12 m寬度并且需要在其表面需鋪填30～50 cm厚砂礫石，便于施工機(jī)械的行走。在噴射注漿施工前，按施工圖紙及DL/T5200－2004規(guī)定的噴射注漿方法進(jìn)行施工機(jī)械設(shè)備試運(yùn)行。

施工場(chǎng)地布置要進(jìn)行全面規(guī)劃，開(kāi)挖排漿溝和集漿池，作好冒漿排放措施和環(huán)境保護(hù)措施。

3.2 高壓噴射注漿施工工藝

高壓旋噴灌漿施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 高壓噴射灌漿工藝流程圖

3.3 材料

3.3.1 水泥

高壓噴射漿液采用普通硅酸鹽水泥拌制，水泥強(qiáng)度等級(jí)≥32.5級(jí)。需要提高墻體強(qiáng)度時(shí)，采用42.5級(jí)水泥。

3.3.2 水

高壓噴射漿液拌和用的水質(zhì)要求符合相關(guān)規(guī)范中混凝土拌合用水的要求。

3.3.3 摻和料

為減緩水泥漿液沉淀速度，在硅酸鹽水泥中添加3%水泥重量的膨潤(rùn)土和3%膨潤(rùn)土重量的碳酸鈉。膨潤(rùn)土的細(xì)度≥200目。

3.3.4 外加劑

各種外加劑的質(zhì)量需符合規(guī)范規(guī)定，其摻量需通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

3.4 施工設(shè)備

3.4.1 鉆孔設(shè)備:

擬投入阿特拉斯A66CB進(jìn)口多功能全液壓履帶式鉆機(jī)。其特點(diǎn)是行走方便、鉆孔扭矩大、精度高、鉆孔效率高等。鉆機(jī)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 阿特拉斯A66CB鉆機(jī)性能參數(shù)表

3.4.2 空壓機(jī)

鉆孔供風(fēng)配置油動(dòng)移動(dòng)式高風(fēng)壓空壓機(jī)VHP750，其性能參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 空壓機(jī)性能參數(shù)表

3.4.3 旋噴機(jī)

采用XL－50型旋噴機(jī)(見(jiàn)表3)，其特點(diǎn)是采用直動(dòng)式負(fù)載反饋微調(diào)變量液壓系統(tǒng)、摩擦定位的專用閥、配備鉆塔垂直、動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)及提升速度的顯示裝置，完全滿足旋噴工藝要求。并采用橡膠履帶底盤(pán)裝載，行走、移動(dòng)就位方便快捷。

表3 XL－50型旋噴機(jī)性能參數(shù)表

3.4.4 高噴灌漿泵

ZJB(BP)－50變頻高噴灌漿泵性能參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 ZJB/BP－50高噴灌漿泵性能參數(shù)表

高壓旋噴注漿的所有施工機(jī)具和設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)施工前14 d報(bào)監(jiān)理人檢驗(yàn)。

3.5 漿液

高噴施工前按施工圖紙對(duì)漿液性能的要求以及下列各項(xiàng)的規(guī)定進(jìn)行漿液配合比試驗(yàn)，并將試驗(yàn)成果報(bào)送監(jiān)理人審批。

1)采用二重管法噴射注漿的水灰比為:1∶1～1.5∶1。

2)漿液存放時(shí)間:當(dāng)環(huán)境氣溫10℃以下時(shí)，不超過(guò)5 h;當(dāng)環(huán)境氣溫10℃以上時(shí)，不超過(guò)3 h;當(dāng)漿液存放時(shí)間超過(guò)有效時(shí)間時(shí)，按監(jiān)理人指示，降低標(biāo)號(hào)使用或按廢漿處理。

3)配合比試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容應(yīng)包括漿液拌制時(shí)間、漿液密度、漿液流動(dòng)性、漿液的沉淀速度和沉淀穩(wěn)定性、漿液的凝結(jié)時(shí)間(初凝和終凝)以及漿液固結(jié)體密度、強(qiáng)度、彈性模量和透水性等。

3.6 現(xiàn)場(chǎng)高壓噴射注漿試驗(yàn)

1)在現(xiàn)場(chǎng)高壓噴射注漿作業(yè)開(kāi)始前，按施工圖紙的要求和監(jiān)理人指示，選擇地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段，并按室內(nèi)試驗(yàn)選定的配合比進(jìn)行高壓噴射注漿的工藝試驗(yàn)，以選定布孔方式、孔距、排距和孔深以及噴射流量、壓力、旋速和提升速度等工藝參數(shù)。

2)試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)監(jiān)理人指示鉆取芯樣進(jìn)行固結(jié)體的均勻性、整體性、強(qiáng)度和滲透性等試驗(yàn)，并將試驗(yàn)成果提交監(jiān)理人。

3.7 高噴鉆灌施工方法

3.7.1 鉆孔

3.7.1.1 鉆孔方法

擬采用阿特拉斯A66CB型全液壓多功能履帶鉆機(jī)配合氣動(dòng)沖擊器偏心跟管鉆進(jìn)成孔，配Ф130～Ф 152 mm球齒合金偏心鉆頭，跟進(jìn)套管采用Ф 140 mm無(wú)縫鋼管，絲扣連接。

3.7.1.2 鉆孔過(guò)程控制

按設(shè)計(jì)圖紙文件或監(jiān)理人指示放樣鉆孔，對(duì)基線、水準(zhǔn)基點(diǎn)、樁位和樁基軸線定位點(diǎn)等，復(fù)核測(cè)量并妥善保護(hù)。

鉆機(jī)就位后，開(kāi)孔偏差≤5 cm，孔深偏差≤20 cm。鉆孔施工時(shí)，采取防斜的措施，確?？仔闭`差＜1%。

鉆進(jìn)過(guò)程中，詳細(xì)準(zhǔn)確記錄鉆孔時(shí)遇到的各種現(xiàn)象，根據(jù)返碴情況、鉆進(jìn)速度、鉆機(jī)及沖擊器運(yùn)行情況判斷地下水位等情況。

3.7.1.3 終孔

鉆孔孔深深入強(qiáng)(弱)風(fēng)化巖層1～2 m。終孔后，先取出全部鉆桿、鉆具，然后從φ140 mm跟進(jìn)套管中下入薄壁φ100 mm的PVC管護(hù)壁，然后起拔φ 140 mm跟進(jìn)套管。認(rèn)真校測(cè)鉆具長(zhǎng)度及PVC護(hù)壁管下置深度，檢查是否與孔深相符，并進(jìn)行復(fù)核。

鉆進(jìn)結(jié)束后，孔口妥善保護(hù)，繪制簡(jiǎn)易鉆孔柱狀圖及說(shuō)明，供高噴灌漿使用。

3.7.2 高噴制漿

3.7.2.1 漿液配制

水泥漿液隨配隨用，并在旋噴作業(yè)過(guò)程中連續(xù)不斷的攪拌。一次攪拌量為0.6 m3。

制漿材料進(jìn)行稱重，稱重誤差＜5%，水泥等固相材料采用重量稱量法。

配制水泥漿液時(shí)，制漿固相材料采用專用器具稱量。加料順序?yàn)橄燃铀?，后加水泥，漿液攪拌均勻。采用高速攪拌機(jī)攪制漿液時(shí)，攪拌時(shí)間≥3 min。

膨潤(rùn)土和碳酸鈉添加料先在容器內(nèi)稀釋攪拌均勻，然后倒入水泥漿液內(nèi)混合攪拌均勻。稀釋膨潤(rùn)土和碳酸鈉用的水量計(jì)入總水量，膨潤(rùn)土和碳酸鈉重量計(jì)入總灰重。

水泥漿液嚴(yán)格過(guò)濾，并按噴嘴直徑設(shè)置兩道過(guò)濾裝置:在制備水泥漿液的攪拌罐與泥漿泵吸漿攪拌罐之間設(shè)一道過(guò)濾網(wǎng)，在泥漿泵吸漿管尾部設(shè)一過(guò)濾器。

3.7.2.2 漿液質(zhì)量

漿液在使用前充分過(guò)濾，旋噴施工所用水泥漿液存放的有效時(shí)間，符合下列規(guī)定:①當(dāng)氣溫在10℃以下時(shí)，≤5 h;②當(dāng)氣溫在10℃以上時(shí)，≤3 h;③當(dāng)漿液存放時(shí)間超過(guò)有效時(shí)間時(shí)，降低標(biāo)號(hào)使用，必要時(shí)按廢漿液處理;④漿液存放時(shí)間控制漿體溫度在5℃～40℃范圍內(nèi)，如超出上述規(guī)定進(jìn)行棄除。

不同生產(chǎn)批號(hào)的原材料的各種不同配比的漿液留取樣品制作試件進(jìn)行漿液和漿液凝固體的物理力學(xué)性能試驗(yàn)，并將成果資料報(bào)送監(jiān)理人。

3.7.2.3 高噴灌漿

鉆孔驗(yàn)收合格后進(jìn)行高噴灌漿，按先I后II最后III序孔的順序施工。

①漿液供應(yīng):在供漿過(guò)程中遇到故障，立即通知噴灌作業(yè)人員停止提升噴具，待事故妥善處理后再進(jìn)行噴灌作業(yè)。供漿過(guò)程中隨時(shí)用比重秤測(cè)量漿液密度，工作結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)該孔的各種灌漿材料用量;②旋噴機(jī)就位:將旋噴機(jī)移至孔位，將噴頭各部位做檢查和妥善保護(hù)，將噴射管下至設(shè)計(jì)深度，并與其他工序相互配合，做好準(zhǔn)備工作;③噴具組裝及檢查:高噴灌漿施工采用兩管法，噴具直徑φ50，采用絲扣連接，連接處用O型圈密封。噴具組裝完畢后進(jìn)行試噴，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求壓力后，一定時(shí)間內(nèi)無(wú)異常即可結(jié)束試噴，并保護(hù)好噴嘴。將噴具下入到PVC管護(hù)壁的孔內(nèi)，并確保噴具下入到設(shè)計(jì)深度;④高噴灌漿參數(shù):通過(guò)計(jì)算，樁徑D=1.2 m，孔距S=0.8 m，則最大墻厚⊿d=0.90 m＜1.0 m，因此，本標(biāo)段高噴施工采用二重管法(簡(jiǎn)稱“二管法”)施工。二管法高壓旋噴見(jiàn)參數(shù)表5。

表5 高壓旋噴注漿參數(shù)表

旋噴注漿過(guò)程中，按設(shè)計(jì)文件要求或監(jiān)理人指示進(jìn)行檢查，調(diào)整高壓泥漿(水)泵或低壓泥漿泵的壓力、漿液流量、空壓機(jī)風(fēng)壓和風(fēng)量、鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)和提升速度以及實(shí)際的漿液耗用量。

3.7.2.4 回填及封孔

為解決凝結(jié)體頂部因漿液析水和滲漏而出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象，在旋噴作業(yè)完成后，由專人負(fù)責(zé)用鄰孔高噴冒漿自流充填進(jìn)行孔口靜壓注漿，直到液面不再析水下降為止。

每噴漿孔施工完畢，用清水把漿泵和管路內(nèi)的殘留漿液全部噴射排出，鉆具及其它設(shè)備用低壓水沖洗干凈，并架起旋噴管設(shè)備，離地存放。

3.7.2.5 高壓噴射注漿旋噴成墻過(guò)程

1)高壓注漿設(shè)備的額定壓力和注漿量要符合施工圖紙要求，并確保管路系統(tǒng)的暢通和密封。

2)風(fēng)、水、漿均需連續(xù)輸送，水泥漿液的高壓噴射作業(yè)不得停噴或中斷。

3)機(jī)具試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的高壓水泵泵壓保持35～40 MPa，空壓機(jī)風(fēng)壓保持0.7 MPa，泥漿泵泵壓保持2 MPa，同軸噴射。

4)水泥漿液進(jìn)行嚴(yán)格的過(guò)濾，防止噴嘴在噴射作業(yè)時(shí)堵塞。

5)按監(jiān)理人指示定期測(cè)試水泥漿液密度，漿液水灰比為1∶1和 1.5∶1時(shí)，其相應(yīng)漿液密度分別為1.5 g/cm3和1.37 g/cm3，當(dāng)施工中漿液密度超出上述指標(biāo)時(shí)，必須立即停止噴注，并調(diào)整至上述正常范圍后，方可繼續(xù)噴射。

6)因故停噴后重新恢復(fù)施工前，將噴頭下放30 cm，采取重疊搭接噴射處理后，方可繼續(xù)向上提升及噴射注漿，并記錄中斷深度和時(shí)間。停機(jī)超過(guò)3 h時(shí)，對(duì)泵體輸漿管路進(jìn)行清洗后方可繼續(xù)施工。

7)施工過(guò)程中，經(jīng)常檢查泥漿(水)泵的壓力、漿液流量、空壓機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量、鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、提升速度及耗漿量。當(dāng)冒漿量超過(guò)注漿量20%或完全不冒漿時(shí)，按規(guī)定及時(shí)進(jìn)行處理。

8)施工過(guò)程中根據(jù)監(jiān)理人指示采集冒漿試樣，每種主要地層應(yīng)取冒漿試件不少于6組。

9)噴射作業(yè)完成后，連續(xù)將冒漿回灌至孔內(nèi)，直到漿液面穩(wěn)定為止。在黏土層或淤泥層內(nèi)進(jìn)行噴射時(shí)，不得將冒漿進(jìn)行回灌。

3.8 特殊部位的處理

根據(jù)地質(zhì)資料判斷，高噴灌漿部分區(qū)域存在孔深達(dá)40 m以上的深槽部位，最深孔達(dá)51 m。從高噴鉆孔孔斜率的精度要求分析，其偏斜率控制必須＜1%。按最大偏斜計(jì)算，孔深40 m的兩個(gè)相鄰孔，其孔底最大距離為0.8m+0.4m×2=1.6m，已遠(yuǎn)＞樁徑1.2 m的搭接范圍。因此，該部位是高噴施工的重難點(diǎn)。為更好地保證孔間搭接質(zhì)量，保證防滲效果，常見(jiàn)的處理方式有:

1)鉆孔過(guò)程中嚴(yán)格控制孔斜率，要盡量減小鉆孔偏斜，保證鉆孔最大精度，防止孔底出現(xiàn)“開(kāi)叉”過(guò)大的現(xiàn)象。必要時(shí)，還應(yīng)結(jié)合偏斜方位角進(jìn)行控制，若孔底的孔距過(guò)大，超過(guò)1.1 m時(shí)，應(yīng)將偏斜孔回填后重新進(jìn)行造孔作業(yè)，直至滿足要求。

2)調(diào)整灌漿參數(shù)，采用加大供漿量、提升灌漿壓力至上限值、降低提速及旋轉(zhuǎn)頻率等手段，加大漿液滲透及擴(kuò)散范圍，使深槽部位樁徑適量加大，有效地增加單孔的防滲面積。

3)Ⅱ、Ⅲ序孔的提升速度不做調(diào)整，與Ⅰ序孔一致。

4)采用間歇提升噴灌方式，每提升1.0 m后靜噴3～5 min再繼續(xù)提升。

3.9 高噴施工質(zhì)量控制及保證措施

1)嚴(yán)格進(jìn)行測(cè)量放樣，減小孔位誤差率，保證高噴灌漿孔的孔間搭接效果。

2)詳實(shí)記錄鉆孔作業(yè)情況，準(zhǔn)確判斷各地層的埋深及地質(zhì)情況，為高噴施工提供準(zhǔn)確的地層資料，便于高噴參數(shù)的調(diào)整。

3)遇復(fù)雜地層如含孤、漂石部位，詳細(xì)研究處理方案，在臨界面采用靜灌或靜噴的方式處理;在存在明顯漏失的部位采用降低提升速度、加大供漿量、調(diào)整噴射壓力等措施進(jìn)行處理。

4)如遇架空、存在大的滲漏通道時(shí)，可視具體情況在噴灌過(guò)程中向孔內(nèi)投放粗砂或豆石等，使其盡快堵住滲漏通道，保證灌漿效果。

3.10 基礎(chǔ)防滲資源配置

高噴防滲墻施工總面積為29 400 m2，按設(shè)計(jì)孔間距0.8 m換算，高噴施工鉆孔總進(jìn)尺和灌漿量為36 750 m。結(jié)合施工進(jìn)度安排，高噴防滲墻施工占用直線工期45 d，平均施工強(qiáng)度為816.7 m/d。

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)分析，在本工程圍堰覆蓋層中鉆孔灌漿，A66CB鉆機(jī)鉆孔生產(chǎn)能力最低可達(dá)到150 m/d，XL—50旋噴機(jī)噴灌生產(chǎn)能力最低可達(dá)到70 m/d。因此，在保證設(shè)備生產(chǎn)能力稍有富余的前提下，投入A66CB鉆機(jī)和KM803—2共6臺(tái)和12臺(tái)XL—50旋噴機(jī)即可滿足高噴防滲墻施工。

鉆孔生產(chǎn)能力=6臺(tái)×150m×45d=40500m＞36750m，滿足鉆孔需求。

灌漿生產(chǎn)能力=12臺(tái)×70m×45d=37800m＞36750m，滿足灌漿需求。

4 結(jié)語(yǔ)

桐子林水電站一期圍堰地質(zhì)條件較復(fù)雜，堰體堰基分4種地層，經(jīng)分析比較，為滿足工期要求，采用了單排高噴灌漿閉氣防滲，高噴灌漿最深約51.0 m，為國(guó)內(nèi)少見(jiàn)，堰體及堰基通過(guò)灌漿處理，基本“滴水不漏”，設(shè)計(jì)及施工均非常成功。

[1]中國(guó)水利水電基礎(chǔ)工程局.DL/T5200—2004水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)電力出版社，2004.

[2]中國(guó)有色金屬工業(yè)西安勘察院.中國(guó)有色金屬工業(yè)西安勘察院.YSJ210—90 YBJ43—92高壓旋噴注漿技術(shù)規(guī)范[S].西海:西安交通大學(xué)出版社，

[3]南京水利科學(xué)研究院.DL/T5100—1999水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社，1999.

[4]國(guó)家能源局.DL/T5148—2001水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)電力出版社，1999.

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