浅析高压喷射灌浆在围堰防渗处理中的应用

第1页共6页浅析高压喷射灌浆在围堰防渗处理中的应用曹明伟杨建（中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，四川成都，611130）摘要：高压喷射灌浆技术被广泛应用于水利水电工程围堰防渗处理等。此项施工技术在嘉陵江亭子口水电站右岸前期工程纵向土石围堰作为防渗处理施工取得了成功应用。本文是作者根据施工实践，就高喷灌浆应用于围堰防渗处理的分析与思考。关键词：高压喷射灌浆围堰防渗处理适用条件1引言随着高压喷射灌浆防渗工艺的逐渐改进与成熟，其应用也越来越广泛。比较混凝土防渗墙防渗工艺，结合工程实例（三峡工程二期围堰、龙滩工程上游围堰施工均采用了高喷灌浆防渗技术）的防渗效果，高喷灌浆虽然有进度快、成本低的优势，但其安全风险也较高。因此，为考虑工程的综合效益与施工进度需要，应结合工程所在地实际情况慎重应用高喷灌浆施工技术。嘉陵江亭子口水电站右岸前期工程纵向土石围堰应用了此施工技术，该围堰轴线长度约为950m，属于目前国内最长围堰之一，也是采用高喷防渗的最长围堰之一。2地层情况及设计要求嘉陵江亭子口水电站右岸前期工程河床部位为覆盖层，进口段地表为崩坡积成因的粘土、粘土夹块石，厚度一般8～12m，最大19.2m（ZK224）；明渠中段为一缓坡，地面高程415～380m，岸坡平均地形坡度21°，沿线基岩裸露；明渠出口段为漫滩，地面高程385～370m，地表为冲积砂砾石夹砂及粉土，厚度约8～10m。沿高喷轴线具体分层情况为第①层0～4.0m左右为人工填筑层，3.0m以上主要为块石、粘土；3.0m～4.0m为挖填堰埂，全为大骨料卵石，粒径大部分在20cm以上，卵砾石级配不均匀，大量漏浆；第②层为砂卵砾石层，其中在7.0m～16.0m范围主要以卵砾石为主，含砂量很少；第③层为全风化或强风化基岩，以砂岩为主。孔位布置方案：沿围堰轴线单排布置灌浆孔，孔深小于10m的部位孔距1.1m，孔深大于10m的部位孔距1.0m，孔深为入强风化岩层0.5m。高喷灌浆工程，造孔设计孔径为φ140mm，采用全液压多功能工程钻机配合气动冲击器偏心跟管钻进成孔，两管法自下而上旋喷成墙。高喷灌浆分单排三序施工。旋喷灌浆孔质量检查在该部位灌浆结束14d后进行，作开挖及钻孔注水试验检第2页共6页查。旋喷灌浆后的防渗效果应达到以下技术指标：开挖检查墙体搭接，满足厚度要求；注水试验渗透系数k≤1×10-5cm/s。3高压旋喷灌浆施工情况及成果分析在施工前，根据该地层实际情况，并结合实践经验，拟定了两管法高压旋喷灌浆施工参数见下表1。表1施工参数表通过对资料整理，并结合高喷防渗墙施工的实际情况，对嘉陵江亭子口水电站右岸前期工程导流明渠围堰高喷防渗墙施工成果分析如下：（1）完成工程量高喷钻孔777个，钻孔进尺9426.7m，高喷灌浆9575.76m²，耗用纯碱（碳酸钠）6.12t,膨润土163.55t，水泥5459.4t，总耗灰量为5629.07t，平均耗灰量为597.14kg/m。（2）施工过程分析1）钻孔过程分析：由于高喷灌浆施工的地层属于人工填筑及河床原始覆盖层，在钻进过程中部分孔段发现孤石，且15～17单元砂卵石层较深。钻孔深入河床原始覆盖层后，返水较大，进尺比较慢，钻孔深入全风化基岩，返水也比较大。但随着高喷灌浆作业的次序增进，观察Ⅱ序、Ⅲ序孔的孔内返渣情况，发现水泥结石较多，钻孔进尺缓慢，返水也明显减小，说明各序孔的灌浆效果非常明显，防渗性能随着灌浆次序的增加而满足设计防渗要求。这些现象符合高喷灌浆分序的施工规律。2）高喷灌浆过程分析在高喷灌浆过程中，15～17单元的孔最深，主要是该三个单元的砂卵砾石层较深，含砂较少，主要为砾石较多，在人工回填与原始河床交接处漏浆现象比较严项目技术参数相应要求高压浆压力：30～35Mpa浆嘴个数：2个浆嘴直径：1.80～2.00mm排量：60～80L/Min进浆比重：1.37～1.5g/cm3参考回浆情况可适当调整压缩空气压力：0.5～0.7Mpa风嘴个数：2个气嘴与浆嘴间隙1.5～2mm排量：1.5～2m3/Min提升速度6～10cm/Min根据地层和返浆情况做适当调整旋转速度8～15r/Min旋转速度为提升速度的1.2～1.4倍第3页共6页重，耗浆量较大，喷灌Ⅰ序孔时未返浆，采取掺沙、静灌的方法，直到返浆正常后再继续进行喷灌，个别孔段还采取复喷的方式进行处理。主要原因是人工回填层与原始河床交接处漏浆，所以耗灰量较大。喷灌Ⅱ序孔时有少部分孔返浆，证明了Ⅰ序孔灌浆已达到了分序施工的效果。喷灌喷灌Ⅲ序孔时全部都返浆，且返浆情况较好。从喷灌情况反映出随着灌浆次序的增进，地层越来越密实，渗漏量越来越小，返浆量逐渐增大。这一现象符合高喷灌浆分序施工的规律。3）耗用浆材分析如表2：表2高喷灌浆耗材分序汇总统计序号孔序加固有效长度（m）平均耗灰量（kg/m）总耗灰量（t）备注1Ⅰ序2839.7712.732023.94Ⅱ序3059.2586.631794.62Ⅲ序3527.8513.211810.52合计9426.7597.145629.07从表中看出：导流明渠围堰高喷灌浆平均单耗量597.14kg/m，共耗灰5629.07吨，其中：Ⅰ序孔耗灰量较大，且大部分孔未返浆，故耗灰量比较大，Ⅱ序孔耗灰量比Ⅰ序要小一些，大部分孔返浆，Ⅲ序孔耗灰量较小，每孔均返浆，且返浆情况较好。总的来说，高喷灌浆分序施工基本上是符合高喷灌浆规律的。4质量检查结果该工程高喷灌浆按部位进行施工。待各部位喷灌完成14天后进行了质量检查。高喷灌浆质量检查分为两种：开挖直观其成墙效果和钻孔注水两种方式进行。在纵向围堰上游施工区域（布孔图为3、6单元）及围堰中部（布孔图为14单元）采取了开挖直观其成墙效果的检查方式进行检查。6单元于3月初开始施工，于3月下旬全部喷灌结束，开挖检查孔布置为：D6-38、D6-37、D6-36、D6-35、D6-34、D6-33、D6-32等7个高喷孔；14单元于4月初开始施工，于4月下旬全部喷灌结束开挖检查孔布置为：14-25、14-26、14-27、14-28、14-29、14-30等6个高喷孔；3单元于6月中旬开始施工，于6月底全部喷灌结束，开挖检查孔布置为：D3-25、D3-24、D3-23、D3-22、D3-21等5个高喷孔；（1）墙体开挖第4页共6页高喷墙内侧为覆盖层密实体，为了不破坏其天然的防渗效果，采取单侧开挖即开挖临江侧，开挖深度为4.0m，开挖轴线长度为8m，即在检查孔段两端各延伸1m左右，保证在开挖放坡过程中检查孔段桩墙能全部开挖检查效果。开挖采用反铲进行，开挖边线离高喷轴线1.0m，待开挖深度及轴线长度满足要求后，停止开挖，采用人工清洗至高喷桩墙，保证高喷桩墙不被破坏。墙体开挖照片如下：（2）墙体描述高喷桩完全搭接形成一道柱立式桩墙，Ⅰ序孔较Ⅱ、Ⅲ序孔的成桩直径及墙体厚度要大。在人工回填块石层中块石上部和下部均有明显的水泥胶结体，无架空和裂隙存在。最大成桩直径为1.25m，最小成桩直径为1.05m。高喷墙搭接部位最大墙厚为75.1cm，最小墙厚为40.0cm。（3）高喷墙分析根据开挖后直观检查和对桩体直径测量结果进行分析得：1）桩体搭接厚度满足设计要求，；2）开挖段墙体不存在孔隙、架空和漏失部位，水泥胶结体基本均匀；3）Ⅰ序孔成桩直径大，是由于地层架空、漏失部位较多，喷灌过程中耗浆量大，浆液渗透距离大，这与施工成果统计相符。4）根据胶结体形成的均匀程度和个别充填部位的直观效果得出，需适当降低浆第5页共6页液比重，增大浆液的流动性，增加浆液渗透性。（4）钻孔注水试验注水试验检查孔布置在D7-16与D7-17之间，孔号为DJ1，16～21单元布置2个检查孔分别为：D17-39与D17-40之间，孔号为DJ-2；D19-27与D19-28之间，孔号为DJ-3。具体检查成果见下表表3-1检查孔DJ-1注水试验成果表试验时间（T）延续时间（min）流量桶读数（cm）注入水量（L）单位流量（cm³/s）透水率（Lu）渗透系数（cm/s）段长（m）备注10：00000010：05511.51.24.10.466.1×10-67．210：1059.20.973.20.374.7×10-67．210：403048.55.122.840.334.2×10-67．211：103046.84.952.740.324.0×10-67．2表3-2检查孔DJ-2注水试验成果表试验时间（T）延续时间（min）流量桶读数（cm）注入水量（L）单位流量（cm³/s）透水率（Lu）渗透系数（cm/s）段长（m）备注15：20000015：25530.03.010.00.514.1×10-610.715：30550.05.016.70.856.8×10-610.716：003070.07.03.90.201.6×10-610.716：303085.08.54.70.241.9×10-610.7表3-3检查孔DJ-3注水试验成果表试验时间（T）延续时间（min）流量桶读数（cm）注入水量（L）单位流量（cm³/s）透水率（Lu）渗透系数（cm/s）段长（m）备注15：00000015：05515.01.55.00.493.5×10-67.715：10518.01.86.00.584.2×10-67.715：403080.08.04.40.433.1×10-67.7第6页共6页16：103075.07.54.20.412.9×10-67.7墙体渗透系数要求为：k≤1×10-5cm/s。由表中看出：高喷墙体渗透系数为10-6cm/s量级左右，根据《水电水利高压喷射灌浆技术规范DL/T5200-2004》中注水质量检查透水率q与渗透系数之间的换算，其设计要求透水率为1～5Lu，而实际施工透水率小于1Lu。通过上述注水试验成果表与墙体渗透系数要求比较，该高喷灌浆质量非常良好。5应用成果分析目前，嘉陵江亭子口水电站右岸前期工程纵向围堰高喷防渗体已经历了近两个主汛期，整个防渗体基本无渗水点，防渗效果满足了设计要求，选用高喷防渗方案是成功的。总结和分析施工成果，对于防渗方案的选择，除了考虑工程成本及工期进度外，还应考虑工程所在地流域的地层情况，要摸清围堰的构成及原始覆盖层的成分。在深厚覆盖层以及覆盖层各成分级配非常不均匀的区域不宜单独采用高喷防渗，还应结合其他防渗方式同时进行，这样更能保证围堰防渗体的防渗效果。采用高喷灌浆防渗，影响防渗效果的因素直观地反映为桩径和桩距，因此，要保证高喷施工质量，使高喷灌浆后达到设计防渗要求，应综合考虑各项施工参数，并根据地层情况选有代表性的区域适当作高喷试验，以确定相应的灌浆参数。结语高压喷射灌浆施工技术成功应用于围堰防渗处理，比较于其他处理技术为工程围堰防渗处理提供了又一种技术方案选择，其特点为工期短、功效快、工程成本低。但选择该方案前应分析地层情况，以最佳的施工方案保证工程安全。作者简介：曹明伟（1965-），男，四川蓬安人，高级工程师，任公司副总工兼项目副经理，从事水利水电工程基础处理工程施工及技术管理。杨建（1976-），男，四川渠县人，工程师，任项目经理，从事水利水电工程基础处理工程施工及技术管理；