王生潭 管依贵
中国水利水电第五工程局有限公司 四川双流 610225
概要: 本文依托大山口二级水电站工程，通过从不同角度对比塑性混凝土及高压旋喷防渗墙施工优劣性，认证了高压旋喷技术在峡谷地貌类型向盆地河谷类型过渡段，低水头闸坝主体防渗中的施工可行性。
前言：大山口二级水电站闸址区位于由峡谷地貌类型向盆地河谷类型过渡地段，河床漂石分布连续，厚度15. 5～19.0m，中等密实。主体采用60cm厚塑性混凝土防渗墙，孔距1.2m，深入基岩0.5m。
主体60cm厚塑性混凝土防渗墙造孔施工工艺主要采取“钻劈法”、墙段连接采用“钻凿法”、混凝土浇筑采用“泥浆下直升导管法”。施工过程中因右岸岩石面出露高程较招标阶段高6～7m，岩石向左岸延伸中间有一凹向“老虎嘴”结构，且有一自右岸向左岸逐渐增厚的类花钢岩侵入岩结构。造成工程进度严重滞后，同时施工区室外温度降低至零下十几度，无法进行工程造孔及混凝土浇筑施工，为次年的二期截流目标埋下重大的进度隐患。根据在围堰防渗中的成功经验，为保证施工进度及施工质量，经各参建方技术人员及专家论证确定：主体防渗墙变更为高压注浆防渗墙。
1、主体防渗墙结构形式分析与确定
1.1基础防渗形式确定
1.1.1高喷灌浆形式确定
根据高喷灌浆不同形式特点，旋喷喷射时，喷嘴一面提升一面旋转，形成柱桩凝结体；摆喷喷射时，喷嘴一面提升一面摆动，形成亚铃状凝结体；定喷喷射时，喷嘴一面提升一面喷射，喷射方向始终固定不变，形成板状凝结体。根据水工建筑物防渗工程高喷灌浆技术规范规定，定喷适应于粉土、砂土；摆喷、旋喷适应于粉土、砂土、砾石和卵（碎）石地层。结合一期围堰钻孔情况及补充勘探，经综合比较，为满足围堰防渗要求，高喷灌浆形式选用旋喷。
1.1.2高喷灌浆种类确定
单管法是利用高压泥浆泵装置，以30MPa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去，形成的射流冲击破坏土体，同时借助灌浆管的提升或旋转，使浆液与从土体上崩落下来的土粒混合掺搅，凝固后形成凝结体。该方法适用于淤泥、流砂等地层；二管法是利用两个通道的注浆管，以高压泥浆泵等高压发生装置用30MPa左右压力将浆液从内喷嘴中高速喷出，并用0.7MPa〜0.8MPa的压缩空气，从外喷嘴（气嘴）中喷出。适用于加固软土地基及粉土、砂土、砾石、卵（碎）石等地层的防渗加固。三管法由于可用高压水泵直接压送清水，机械不易磨损，可使用较高的压力，形成的凝结体长度较二管法大。在很大程度上提高了施工效率，但须使用高压水泵获得更高的喷射压力，从而因高压水的作用增加了冒浆量，增加了材料消耗。根据工程施工特点、工程规模、施工进度要求，结合单管法、二管法、三管法施工要求、作业条件等存在的优缺点，考虑主体防渗的施工灌浆采用三管法。
因凝结体切割式连接是前期形成的凝结体强度不高时，后期喷射流将其冲切割开形成插入连接；焊接式连接是前期形成的凝结体强度高，喷射流难以将其切割，在喷射流作用下，将其表面冲刷剥离洁净，新的浆液与之凝结。根据本工程进度要求及施工特点，结合施工区地质情况，高压喷射灌浆防渗墙采用切割式。
1.2高压旋喷灌浆生产性试验
1.2.1试验地段选择和参数选定
高压旋喷试验地段选取具有代表性的地层段作为高喷试验场地，选取高压旋喷轴线与一期围堰高压旋喷施工轴线交接段做为试验地段。
依据设计技术要求及《水电水利高压喷射灌浆技术规范》DL/T5200-2004，并结合一期纵向围堰的高喷参数和成果，考虑该部位地质条件复杂且尤为关键，高喷试验采用双排旋喷套接的结构形式：三管法施工、梅花型布孔、每排分两序施工、排距为0.6m，单排孔距分别为1.0m、1.1m和1.2m，提升速度11 cm/min、12 cm/min,流量60〜65 L/min 先施工下游排，再施工上游排，每组参数试验10孔，最终选取合理参数， 具体施工参数见下表1。
1.2.2试验过程分析及外观检查
髙喷灌浆过程中，约80%孔在静喷后孔口随即出现返浆现象，量测返浆密度达到1.26g/cm3；约15%孔在静喷、原位灌浆后浆液返至上部砂卵石层后漏失，返浆无法达到孔口，待提升约10m左右时浆液均返至孔口；约5%孔添加水玻璃后浆液返至孔口，回浆密度均达到设计指标要求。
生产性试验施工结束7天后开挖检查表明墙体连续性、整体性良好；双排旋喷套接墙体有效直径达1.8m，符合设计要求。
1.3试验结论及参数确定
根据试验段开挖检查及对施工过程分析，因施工区段上部卵石含量大，中下部夹层多、漂石连续分布，高压水无法切割和搅动大漂石，故高喷孔距不宜过大。经专题会统一确定高压喷注灌浆采用施工参数为：冲击钻造孔孔距为1.0m (孔位误差≦5cm, 孔斜≦1%)、排距60cm、提升速度12 cm/min,流量60〜65 L/min，Ф110mm发泡管护壁；其他数据参考上表1。
2、高压旋喷注浆实施过程及方法
2.1高压旋喷灌浆工艺流程
为便于施工管理，在保证施工进度及质量前提下完成高压旋喷墙施工，高喷灌浆防渗墙施工工艺流程如下。
2.2高压旋喷灌浆施工准备
2.2.1风、水、电布置
为满足工程需要，高喷台车后架配置1台排气压力为0.8〜1.0mpa空压机供风；就近抽取河水作为施工生产用水；就近自变压器引电至各个施工点。
2.2.2制浆系统
制浆站LSJ-1500型高速制浆机、JJS-2B低速搅拌机、储灰平台布置于钢管脚手架平台。
2.2.3施工排污系统
施工场面排污系统互相连通，施工废水、废浆集中统一排放至主排污系统，施工废渣等固相物体运至弃渣场。
高喷灌浆施工工艺流程图
2.3施工方法
2.3.1造孔
高喷防渗墙采用YGL-100D全液压跟管钻机钻进造孔，下设直径110mm的PVC管。钻机就位后采用水平尺校核垂直度，钻头直径150mm。
⑴钻孔施工工序
放线布孔→钻机就位→钻机找平→开孔、纠斜→钻进、纠斜→终孔→取钻杆→下设PVC管→测斜→终孔验收。
⑵钻孔施工
①钻孔分二序施工，先施工I序孔，再施工II序孔。相邻孔施工时间间隔不少于24h。
② 钻机就位、安放在设计孔位上，孔位偏差不大于50mm，钻孔孔径大于喷射管外径20mm以上，孔深小于30m时，钻孔孔斜率不超过1%，钻孔有效深度伸入基岩高程lm。
③钻孔过程中，详细准确记录钻孔时遇到的各种现象，根据返碴情况、钻进速度、钻机运转情况判断地层分层深度，大块石分布、埋深、粒径及架空、漏失、串通等情况，并停钻测量余尺，准确记录其厚度及埋深。
④钻孔结束后，对钻孔孔深、孔斜量测，不符合要求重新钻设。
2.3.2高喷灌浆施工
⑴灌浆工艺流程
台车行走、就位及调试→喷具组装及检查→地面试喷→下喷具→静喷、旋喷提升→孔口注浆、回灌、封孔→高喷台车移位。
⑵当喷具下入到设计深度后，启动旋摆机，调节风水浆流量、压力和旋摆机旋转速度。待孔口返浆比重符合要求后，开始提升，边旋转边提升，自下而上喷射灌浆，直至孔口停喷。
2.3.3特殊情况处理
⑴高压旋喷灌浆因故中断后立即停止提升，记录中断深度，短时间不能恢复时提出喷具，用水冲洗千净，故障处理后，将喷具下入原中断位置以下0.5m继续进行喷射灌浆。
⑵高喷过程中喷具出现堵塞时，提出喷具进行处理并记录中断深度。处理完毕后，若孔深能满足深度要求，将喷具下入原中断位置以下0.5m继续进行喷射灌浆。
⑶高喷灌浆过程中，孔口不返浆时立即停止提升，孔口少量返浆时降低提升速度。
⑷高喷灌浆过程中，串浆时填堵串浆孔，待灌浆孔高喷灌浆结束后对串浆孔扫孔，进行高喷灌浆，或重新钻孔。
⑸高喷灌浆过程中，根据钻孔记录，在喷至孤石深度时，采取上、下50cm加大旋转速度、放慢提升速度的办法，充分将孤石用水泥浆包住，从而使柱体连续完整。
3、实施效果及结论
3.1实施效果
⑴通过对已施工的高压旋喷防渗墙采取降水头注水试验，计算分析可知：防渗墙平均渗透系数为1.97*10-6cm/s，满足规范要求。
⑵利用Ф50mm芯样切割成10cm试样进行抗压强度试验，试验结果基本满足设计要求，结果如表2。
⑶为直观上验证高压旋喷墙体强度，采用神钢反铲对其长约40m范围进行试探式开挖，下挖1.2米所需时间为2天。从施工墙体的开挖及揭露情况来，高压旋喷灌浆成墙连续，且整体成墙效果较好。
3.2结论
通过高压旋喷灌浆生产性试验、参数确定及实施各个阶段的成果说明，在未扰动的砂卵石河床中进行高旋喷注浆防渗墙施工，在保证其施工质量前提下，河道级配良好区域施工效果基本可达到混凝土防渗墙要求。高压旋喷注浆技术在低水头水电工程中作为施工方案是可行的。
通过现场生产试验以及应用实践，获得了既能满足设计指标又能缩短工期的施工技术，为依工程安全优质快速完建提供了重要的技术支持，具有重要的技术进步意义和社会效益。
参考文献：
[1]何少荣：高压旋射灌浆在偃基防渗工程中的应用，农业科忮与信息，2008(22)-25-26
[2]刘忠雨：髙压喷射灌浆在喜河水电站大坝围堰上的应用，陕西建筑，2008(3)-30-31
[3]何文菊：高压旋喷灌浆防渗技术在砂砾石地层中的应用，科技资讯，2009(30)-52-53
论文作者:王生潭,管依贵
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/4
标签：防渗墙论文; 高压论文; 钻孔论文; 浆液论文; 围堰论文; 钻机论文; 喷嘴论文; 《防护工程》2018年第34期论文;