李德輝，楊金宇

（中國水利水電第一工程局，遼寧 大連 116041）

高壓旋噴灌漿在老龍口壩肩防滲工程中的應(yīng)用

李德輝，楊金宇

（中國水利水電第一工程局，遼寧 大連 116041）

吉林省老龍口水利樞紐工程左壩肩采用高噴灌漿技術(shù)施工方案，成功地在含卵礫石土層中構(gòu)筑了地下防滲工程。文中在分析水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，通過工藝試驗(yàn)研究了適合于此工程的高噴工藝與工程布置，探討了施工工藝和質(zhì)量控制問題。

高噴灌漿；水利樞紐；防滲工程；卵礫石層

高壓噴射注漿就是利用鉆機(jī)鉆孔，把帶有噴嘴的注漿管插至土層的預(yù)定位置后，利用高壓設(shè)備以20 MPa以上的高壓將灌漿材料以高速從噴嘴中噴射出來沖擊破壞土體，在射流的沖擊力、離心力和土體重力等共同作用下，將軟弱地基中的細(xì)顆粒置換出鉆孔外，使灌漿材料與土體攪拌混合形成強(qiáng)度較高且致密的結(jié)石體。高噴灌漿技術(shù)通常適用于均勻細(xì)顆粒松散地層，對其他復(fù)雜地層，需要通過工藝試驗(yàn)確定其適用性。高噴工藝經(jīng)過多年的研究和工程應(yīng)用，目前已經(jīng)能夠應(yīng)用于各種松散地層。下文以吉林省老龍口水利樞紐工程左壩肩高噴灌漿為例，介紹高噴灌漿技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)防滲工程中的應(yīng)用。

1 概述

老龍口水利樞紐位于吉林省琿春河干流上，樞紐是以防洪、供水為主，結(jié)合灌溉和發(fā)電的綜合性水利工程。樞紐建筑物由攔河壩、溢洪道、輸水隧洞、電站廠房等組成，工程規(guī)模為大（2）型工程。此樞紐左壩肩為二級基座階地前緣，上部為碎石含粘性土，下伏強(qiáng)風(fēng)化巖體，存在滲漏問題。設(shè)計對該部位進(jìn)行開挖和粘土回填，上部采用高壓旋噴灌漿處理，下部采用防滲帷幕灌漿實(shí)現(xiàn)截滲目的。

老龍口水利樞紐左壩肩高壓旋噴灌漿施工范圍在樁號0+036.6～0-78.0 m區(qū)間，為二級階地臺面，上覆松散層為碎石含粘性土層和礫質(zhì)壤土、卵礫石層，下覆基巖上部為強(qiáng)風(fēng)化角礫凝灰?guī)r。碎石粘土層結(jié)構(gòu)不均一，易產(chǎn)生不均勻沉陷問題；礫質(zhì)壤土層滲透系數(shù)極小，為微不透水層；卵礫石層滲透系數(shù)為10-4級，蓄水后易形成漏水通道。

2 高噴試驗(yàn)及施工參數(shù)的確定

2.1 試驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)

為了確定高噴工藝在本工程中的適用性和經(jīng)濟(jì)合理性，在施工前選取與左壩肩地層相近的地段進(jìn)行了高噴灌漿試驗(yàn)。通過灌漿試驗(yàn)，擬獲得最佳施工工藝和參數(shù)。

高噴灌漿試驗(yàn)的目的和任務(wù)主要有以下幾點(diǎn)：

1）驗(yàn)證三管法高壓噴射灌漿在該工程應(yīng)用的可行性；

2）對不同孔距、排距、壓力等參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，取得最佳施工參數(shù)；

3）驗(yàn)證投入的人員、材料和設(shè)備滿足工程的質(zhì)量、安全和進(jìn)度的需要；

4）檢驗(yàn)防滲墻體的強(qiáng)度和防滲性能；

5）檢驗(yàn)高噴墻體與粘土層及基巖的搭接膠結(jié)的可靠性。

2.2 施工參數(shù)的選定

借鑒以往同類工程的施工成果和研究老龍口工程的實(shí)際情況，試驗(yàn)選取了兩種施工參數(shù)進(jìn)行。

第一組試驗(yàn)按孔距100 cm，排距87 cm。參數(shù)擬定采用如下：

提升速度10 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度8 r/min，漿壓34 MPa，漿量 80 L/min，風(fēng)壓0.7 MPa,風(fēng)量 1.2 m3/min。

第二組試驗(yàn)按孔距100 cm，排距60 cm。參數(shù)擬定采用如下：

提升速度10 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度8 r/min，漿壓32 MPa，漿量80 L/min風(fēng)壓0.7 MPa,風(fēng)量1.2 m3/min。

兩組的制漿用水泥均為普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級為42.5級；現(xiàn)場施工的漿液比重在1.48～1.50 g/m3之間。溫度控制在5～40℃之間。

高噴灌漿結(jié)束14 d后，進(jìn)行樁體開挖檢查，檢查高噴樁體的成墻效果。從直觀檢查結(jié)果看，第一組：高噴體直徑約為70 cm，兩樁之間大部分有10～30 cm沒搭接上，且兩排之間搭接效果也不好；第二組：同排孔搭接較少，但經(jīng)第二排高噴體的填補(bǔ)能夠形成墻體結(jié)構(gòu)。通過開挖檢查結(jié)果分析，在擬定的施工參數(shù)下，孔距100 cm時噴射的范圍滿足不了兩樁之間的搭接，但通過第二排高噴體能夠形成防滲墻體，滿足工程要求。

通過高噴工藝試驗(yàn)及檢查結(jié)果的分析,最終確定孔距為100 cm，排距為60 cm。

3 施工工藝與質(zhì)量控制

3.1 灌漿材料的選用

高噴灌漿用水泥選用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)袋裝水泥，進(jìn)廠后的貯存和使用嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行，此工程為方便管理在高噴區(qū)域附近布置一座集中制漿站。制漿站采用鋼管腳手架搭設(shè)而成，上鋪木跳板及油氈紙用于防潮，制漿站四周及頂部安設(shè)石棉瓦和五彩布，用于防雨和降塵。高噴灌漿選用的水泥為普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號不低于32.5。水泥品質(zhì)應(yīng)滿足GB175－1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》的要求。

3.2 施工機(jī)具的選用

高噴灌漿鉆孔采用SGZ-ⅢA型地質(zhì)鉆機(jī)合金鉆頭鉆進(jìn)；高噴灌漿選用天津產(chǎn)SPB90型高壓泵及杭州產(chǎn)SGB6-10型泥漿泵；高噴臺車選用山東產(chǎn)GP-5型高噴臺車。

制漿選用GJ-400型高速攪拌機(jī)，儲漿選用臥式低速攪拌機(jī)。選用的攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速和制漿能力與所攪拌漿液類型及灌漿泵排漿量相適應(yīng)，并能保證均勻、連續(xù)地拌制漿液。高速攪拌機(jī)的攪拌轉(zhuǎn)速度不小于1 200 r/min。此外，高壓灌漿管路采用鋼絲編制高壓膠管，可保證漿液流動暢通，并能承受1.5倍的最大灌漿壓力。施工現(xiàn)場配備用于現(xiàn)場質(zhì)量控制的比重秤(比重計)、溫度計、測斜儀等質(zhì)檢儀器。

所有鉆孔灌漿設(shè)備均應(yīng)保證其正常工作狀態(tài)，電力驅(qū)動的設(shè)備，應(yīng)在接地良好并經(jīng)確認(rèn)能保證施工安全時方可使用。所有設(shè)備在用于正式施工前均在現(xiàn)場進(jìn)行試運(yùn)行。

3.3 施工工藝流程

高壓噴射注漿施工工藝流程如圖1所示。

3.4 施工質(zhì)量控制及特殊情況處理

高壓噴射注漿自下而上進(jìn)行施工，注漿過程應(yīng)達(dá)到：①高壓注漿設(shè)備的額定壓力和注漿能滿足試驗(yàn)的基本要求，并確保管路系統(tǒng)的暢通和密封；②風(fēng)、水、漿均能連續(xù)輸送，高壓噴射作業(yè)時不得停噴或中斷。

三重管機(jī)具試運(yùn)轉(zhuǎn)時的空壓機(jī)風(fēng)壓應(yīng)保持0.7 MPa，高壓水泵水壓應(yīng)在40 MPa以上，并且高壓水與壓縮空氣同軸噴射。

圖1 高壓噴射注漿施工工藝流程

水泥漿液應(yīng)攪拌均勻，并進(jìn)行嚴(yán)格的過濾，防止噴嘴在噴射作業(yè)時堵塞。隨時監(jiān)測水泥漿液的比重，當(dāng)施工中漿液比重超出范圍時，應(yīng)立即停止噴漿，并調(diào)整至正常范圍后，方可繼續(xù)噴射。

因故停噴后重新恢復(fù)施工前，應(yīng)將噴頭下放20～30 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，并應(yīng)記錄中斷的深度和時間。停機(jī)超過3 h時，應(yīng)對泵體及輸漿管路進(jìn)行沖洗后，方可繼續(xù)施工。

施工過程中，由專人記錄各施工工藝參數(shù)，如發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，應(yīng)盡快查明原因，排除故障后繼續(xù)施工。噴射作業(yè)完畢后，應(yīng)設(shè)專人及時進(jìn)行孔口補(bǔ)漿，即連續(xù)將冒漿或新鮮漿液回灌至孔內(nèi)，直至漿液面穩(wěn)定為止。當(dāng)鉆進(jìn)過程中遇有粒徑較大的塊石部位，墻體不能良好搭接時，應(yīng)補(bǔ)孔進(jìn)行灌漿處理。

施工中，當(dāng)冒漿量超過注漿量的20%或完全不冒漿時，應(yīng)采取下列措施進(jìn)行處理：①如地層中有較大空隙造成不冒漿時，可在此部位增大注漿量，填滿空隙孔口回漿后再繼續(xù)灌漿；②對于漏漿孔段不冒漿時，可采取停止提升，加濃水泥漿液，漿液中摻速凝劑等方法進(jìn)行處理，處理后再繼續(xù)灌漿；③當(dāng)冒漿過大時，可通過提高噴射壓力或適當(dāng)縮小噴嘴孔徑，或加快提升速度，減少冒漿。

4 工程質(zhì)量評價

高壓噴射灌漿施工結(jié)束后，按照設(shè)計規(guī)定及要求進(jìn)行了鉆孔取芯，用壓（注）水試驗(yàn)的方法進(jìn)行了檢查。鉆孔取芯檢查采用SGZ—ⅢA型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行施工，檢查孔孔徑為φ89 mm，檢查了高噴墻體的強(qiáng)度，所有芯樣實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果均滿足設(shè)計要求。壓水試驗(yàn)在施工質(zhì)量可能出現(xiàn)問題的部位進(jìn)行，工程防滲標(biāo)準(zhǔn)為滲透系數(shù)不大于10-6m/s，壓水試驗(yàn)采用“單點(diǎn)法”，壓力為0.2 MPa。檢查孔壓水試驗(yàn)結(jié)果顯示：防滲系數(shù)在（0.12～0.96）×10-6m/s之間，所有檢查結(jié)果均滿足設(shè)計要求，質(zhì)量全部合格。

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2013-03-07