石 峰，毛建新，王 勇

(中國水電基礎局有限公司，天津 武清，301700)

新三管中壓漿往復高噴成墻施工工法

石 峰，毛建新，王 勇

(中國水電基礎局有限公司，天津 武清，301700)

新三管中壓漿往復高噴成墻施工處理深層粉細沙層巖溶地基，屬國內首創(chuàng)。其工法為采用全液壓潛孔鉆機加扶正器造孔，替代了地質回施鉆機垂線孔造孔工藝；新三管法中壓漿往復噴射施工，解決了高噴施工成孔難、噴嘴易堵等難題，在武都水庫基礎處理中得到成功運用。本文主要介紹了該工法的施工方法及其質量控制措施，在類似工程中有推廣價值。

高噴 中壓漿 新三管 砂層 巖溶 武都水庫

四川武都水庫基礎處理工程為國內僅有、世界少有的施工難度，在底層廊道KS1沙層段采用常規(guī)帷幕灌漿施工時，出現灌漿效果差、灌后無法成孔等現象，無法形成完整的帷幕墻。為解決這一技術難題，中國水利水電基礎局、中國水利水電第九工程局聯合四川省水利設計院、國電貴陽勘測設計研究院及國內知名水電基礎處理專家開展了技術創(chuàng)新，取得了深層粉細沙層巖溶基礎處理國內首創(chuàng)、國際領先的新工藝，同時形成了全液壓潛孔鉆高精度造孔施工工藝，取代了長期以來地質回旋鉆垂線孔造孔工藝。由于該工藝在深層全充填粉細砂層巖溶基礎處理中防滲效果顯著，技術先進，工效較高，故有明顯的社會效益和經濟效益。本文介紹如下。

1 工藝原理及流程

采用全液壓潛孔鉆機加扶正器造孔穿過粉細沙層巖溶，利用高噴機將三重噴管下至巖溶沙層頂部，用高壓水(大于35MPa)、中壓漿(15MPa～20MPa)、中壓風(大于0.8MPa)從頂部旋轉切割沙層下噴，穿過沙層進入基巖50cm到達底部，待孔口返漿達到設計標準后開始旋轉切割上噴，轉速與提升或下降速度根據沙層的密實度確定，利用高壓水和中壓濃漿結合風壓保護水擊和排氣，將粉細砂與水泥漿液結合在一起，形成密實帷幕防滲墻體。其施工工藝流程如下：

施工準備→全液壓潛孔鉆機造孔施工→新三管中壓漿下降噴射→新三管中壓漿提升噴射→置換封孔→檢查孔施工。

2 全液壓潛孔鉆造孔施工

造孔孔徑及施工工藝根據巖石條件、巖溶埋深、粉細砂層厚度等因素確定，可采用全液壓潛孔鉆偏心正循環(huán)帶鋼套段鉆進和直沖反循環(huán)抽沙鉆進，對深層巖溶沙層一般較密實，沙層較薄，一般為5m～20m厚。因為沙層埋深較深，在施工中較易采用直沖反循環(huán)抽沙鉆進，穿過沙層進入基巖0.5m。直沖反循環(huán)鉆孔施工工藝流程見圖1，直沖反循環(huán)成孔鉆孔成孔示意見圖2。

圖1 直沖反循環(huán)鉆孔施工工藝流程

圖2 直沖反循環(huán)鉆孔成孔示意

2.1 施工要求及注意事項

2.1.1 嚴格控制鉆機開孔精度。為方便鉆機就位和錨固，混凝土蓋板上沿高噴軸線鋪設兩榀工字鋼，每榀工字鋼的長度與高噴軸線長度一致，用水準儀對工字鋼進行校平后固定。

2.1.2 根據施工控制點，利用全站儀現場測量放孔，將要鉆進的高噴孔孔位測放點，高噴孔孔位與設計孔位偏差不大于2cm。鉆機就位后，用地錨鋼筋將鉆機固定在工字鋼上，校正鉆機立軸進行鉆孔施工，孔口導向管需高出混凝土蓋板20cm，防止鉆孔中流出的細沙倒灌。

2.1.3 鉆進過程中每1.5m加一孔斜扶正器，確保鉆孔精度，同時及時用高精度測斜儀進行孔斜測量。如發(fā)現孔斜超過設計標準孔斜，立即停止鉆進進行糾偏，或將原孔回填后重新開孔。該造孔工藝孔斜保證率較高，一般情況下不會出現孔斜偏大。

2.1.4 鉆孔到達沙層頂部后，立即起用反循環(huán)鉆程序鉆進，將孔壁部分細沙抽出孔外，作用有兩個方面：(1)可有效阻止細沙封堵潛孔錘氣眼；(2)可減少孔內沙量，提高沙層內的成孔率。

2.1.5 鉆孔時遇到孔內涌水、漏氣、斷層、塌孔、掉塊、洞穴(沙層)等特殊情況，做好詳細記錄，分析鉆孔和地質情況后進行相應處理。

2.1.6 鉆孔進入沙層后，詳細分析鉆機進度及孔內返回的雜質，確保鉆孔穿過沙層進入完整基巖50cm，保障后期高噴質量。

2.1.7 鉆孔結束后做好孔口保護，防止施工異物掉進孔內，影響下一步高噴施工效果。

2.2 施工方法

鉆孔時采用φ171mm金剛石開孔器開孔，鉆孔深度1.0m左右(具體長度可根據實際情況確定)，下入φ168mm孔口導向管(長1.2m左右，外漏20cm)，管外用水泥砂漿固結。然后用φ150mm沖擊器鉆進，鉆穿溶洞頂板后，起用反循環(huán)程序穿過沙層進入基巖0.5m，確保溶洞底部0.5m高噴灌漿的設計要求。終孔后，起拔鉆桿和沖擊器后，若沙層段出現塌孔現象不做處理；高噴時采用往復噴法，如沙層段以上部位出現塌孔，鉆孔可采用正循環(huán)帶鋼套管鉆進，用高壓水清理干凈套管內的沉砂后，下入PVC管，最后逐級起拔套管。

2.3 防止鉆孔偏斜的措施

鉆孔偏斜是影響墻體可靠搭接的關鍵因素，施工時采取以下措施進行防斜。

2.3.1 鉆機加設底座，力求鉆機工作時保持平穩(wěn)。鉆機就位后，應墊穩(wěn)及調整好鉆機，使開孔鉆具保持鉛垂狀態(tài)，用地錨將鉆機與調試好工字鋼焊接為一體。

2.3.2 隨時校對立軸垂直度，加長粗徑沖擊器，禁止使用彎曲鉆桿和彎曲的沖擊器，除開孔外，不得使用短沖擊器；沖擊器長度宜保持在2.0m左右，并在鉆進時合理使用鉆進參數。

2.3.3 鉆孔每1.5m進尺加一個孔斜扶正器，全孔扶正，扶正器直徑與孔徑相同。

2.3.4 鉆孔每5m進行一次孔斜測量。對鉆孔過程適時檢測，如孔斜偏差較大，采取回填封孔法進行糾偏，終孔測斜發(fā)現孔斜大于設計要求的，作為廢孔處理。因沖擊鉆造孔工效較高(可達5m/h)，糾斜主要采用回填封孔糾斜法；當某一孔段偏斜值較大而采用糾斜方法效果不理想時，可采用混凝土封填。由于封填混凝土凝固后與偏斜孔段巖石硬度相等或略高，可避免糾斜鉆進時又回到原偏斜孔段里，因而能取得較好的糾斜效果?？孜豢仔闭`差見表1。

表1 深層巖溶高噴施工潛孔鉆機造孔參數

3 新三管中壓漿往復噴射施工

3.1 施工工藝

三管噴射裝置輸送水、氣、漿三種介質，分別用高壓水泵、空氣壓縮機、高壓泥漿泵輸送至噴射裝置，三管噴射裝置由三管噴管體、三管噴頭、三管噴嘴組成。高壓噴射注漿的成套設備分造孔、供水、供氣、供漿、噴注等五大系統(tǒng)和其他配套設備等六個部分。

3.2 高噴施工主要工序與技術措施

3.2.1 地面試噴

將高噴機移至孔口處，先進行地面漿、氣、水試噴，檢查各管路是否暢通，檢驗合格后向成孔內下入噴射管。

3.2.2 高壓噴射工藝改進

本工程高壓噴射灌漿采用新三管法施工工藝，為新工藝施工，本次高噴孔孔深最深處達80m，施工時要求使用高壓水、高壓漿、壓縮空氣。與常規(guī)三管法相比，該工藝有以下改進：

(1)漿壓由老三管的0.2MPa～1.0MPa改為15MPa～20MPa，進漿密度由常規(guī)新三管法的1.45kg/L～1.50kg/L提升到1.70kg/L～1.75kg/L。施工工藝充分吸取了常規(guī)新老三管高噴的優(yōu)點，進一步加強高噴質量；

(2)高噴采用往復噴射，解決了沙層段成孔難、易堵嘴、噴射時PVC管消耗量大等問題。

3.2.3 具體噴射方法

高噴管下至沙層頂部后，按氣、水、漿順序開啟，待孔口返出水泥漿后，達到回漿標準，開始按參數要求進行高壓噴射灌漿。高噴灌漿先自上而下均勻連續(xù)進行，穿過沙層到達設計孔底，回漿達到設計要求標準后開始自下而上噴射施工。提升過程中因拆卸噴射管而中斷時，重復高噴灌漿長度不小于0.5m。噴漿中因機械故障中斷時，盡量縮短中斷時間，及早恢復灌漿，且續(xù)噴時應復噴0.5m，以保證高壓旋噴體的連續(xù)性。如中斷時間超過2h，則應掃孔后重新噴射。高噴時具體參數見表2。

4 工程質量檢查及質量控制要求

4.1 工程質量檢查

高噴結束后，從孔底逐級起拔噴管，并及時進行孔口補漿，漿液沉淀后采用水泥砂漿置換孔內泌水，孔口搗實磨平。其后進行工程質量檢查。

工程質量檢查應以檢查孔壓水試驗結合物探測試及孔內錄像的檢測手段進行，主要對壓水呂榮值和沙層部位取芯抗壓技術進行分析，以及對工程資料和測試成果進行分析，綜合評定。檢查孔壓水試驗應在高噴結束14d后進行。

4.2 質量控制要求

由于高噴施工部位為深層巖溶，故孔斜要求標準高于《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范》(DL/T5200-2004)，其余參數按規(guī)范標準執(zhí)行，允許偏差見表3。

表3 高噴造孔允許偏差

高壓噴射灌漿及置換封孔施工質量執(zhí)行《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范》(DL/T5200-2004)，其余參數按規(guī)范標準執(zhí)行，允許偏差見表4。

表4 高壓噴射灌漿及置換封孔允許偏差

5 效益分析

本工法中高噴造孔采用全液壓潛孔鉆加扶正器高精度造孔工藝，施工工效較以往回旋鉆垂線孔造孔工藝提高10倍多，常規(guī)造孔工效約0.3m/h，該工法造孔工效達4m/h，最好可達6m/h，施工工期短。且造孔孔斜精度遠高于回旋鉆垂線孔造孔工藝，工程質量易保證。因其造孔孔斜精度高，高噴孔間排距可適當加寬，可節(jié)約工程投資。

高壓噴射施工采用往復噴施工工藝，穿越沙層段不需要PVC管護壁或泥漿護壁，較大程度地簡化了施工工序和施工成本，并減少了PVC管對水漿噴射的阻力，更易保證工程質量。

6 應用實例

四川武都水庫底層帷幕KS1砂層段處理項目：經前期下游排帷幕灌漿施工及專項探測，右岸高程574m底層帷幕軸線上分布有粉細砂層，樁號為底洞0+031.00m～底洞0+051.00m、高程498m～518m區(qū)域，沙層埋深約56m到76m，形狀及厚度不規(guī)則，上下游范圍不確定。在該部位下游排帷幕灌漿施工時出現灌后塌孔、孔口返細沙等現象，檢查孔在砂層段不能成孔，常規(guī)水泥帷幕灌漿達不到大壩防滲處理要求。

采用前述施工工法進行基礎處理。鉆孔施工共計有效時間為36d(高噴施工時停止鉆孔)，共計完成鉆孔6190m，投入2臺鉆機，單機月完成強度2600m/月，鉆孔時采用全液壓潛孔鉆機反循環(huán)直沖鉆孔，每鉆進1.5m加一個與孔內徑一致的扶正器，每鉆進10m進行一次孔斜檢測，鉆孔將穿過沙層進入基巖0.5m，孔斜檢測最大0.66%，最小的0.15%，孔斜保證率為100%。

高噴采用新三管中壓漿往復噴施工工藝，對現鉆穿的一序孔進行高噴施工，施工參數與上述參數一致，高噴共計完成895m，共計耗水泥953t，單位耗灰1061kg/m。其中，一序孔456m，耗灰551t，單耗1208kg/m；二序孔439m，耗灰402t，單耗918kg/m。對沙層段采用上下往復噴射施工，在二序孔施工過程中孔內返沙相對一序明顯減少，沙層得到有效的凝固和置換。該部位工程于2010年7月8日開工,2010年11月25完工，到目前武都水庫高水位運行2年多時間，該部位各項監(jiān)測指標均在設計容許范圍內，處理效果良好。

7 結語

在武都水庫底層帷幕KS1砂層段處理項目中，創(chuàng)造性地使用新三管中壓漿往復高噴成性施工工法，成功解決了在深層巖溶中粉細沙層的防滲處理難題，形成的防滲帷質量可靠，施工進度更快。該工法具有在類似工程中借鑒推廣的價值。

石 峰(1974-),男，湖南吉首人，高級工程師，主要從事水利水電工程施工技術管理工作；

毛建新(1969-)，男，貴州興仁人，高級工程師，主要從事水利水電工程施工技術管理工作；

王 勇(1978-)，男，遼寧葫蘆島人，高級工程師，主要從事水利水電工程施工技術管理工作。

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