中国水利水电第四工程局有限公司 青海西宁 810000
摘要：高压喷射注浆法（High Pressure Jet Grouting）已被广泛的应用河道、堤坝、工业民用建筑基础防渗和地基加固中，但在砂砾石地层的应用因其成孔困难、成墙效果不理想等原因，并未被广泛采用。由水电四局承建的JH二级混凝土拱坝工程砂砾石围堰截渗应用了高压旋喷灌浆，并对钻孔、注浆施工过程中进行了有效改进措施，取得了成功，经济及工期效益明显。
1工程概况及内容
JH二级混凝土拱坝上下游围堰采用高压旋喷灌浆方法，工程量955m2。由于河床砂砾石层主要由细砂及砂卵石等粗颗粒组成，其透水性较强，透水率较大（根据设计文件，透水率为），对于该类型地层防渗，一般采用帷幕灌浆处理，但帷幕灌浆施工速度慢，投资大，防渗效果不明显。通过我单位在青海尼那水电站、四川毛滩水电站等类似项目施工经验，采用高压旋喷灌浆进行防渗处理可达到帷幕灌浆处理所达不到的效果。但高压喷射灌浆存在其不可回避的弊端，一是砂砾石地层成孔过程中的塌孔问题，二是地层中的孤石能否有效被水泥浆包裹问题。
2 技术背景
为了解决高压旋喷防渗墙处理方案在砂砾石层中的可施工性，在常规施工方法的基础上采取了有效改进措施。针对砂砾石地层成孔难、易塌孔、钻进速度慢等技术难题，采取了大扭矩风动回转式液压钻机跟管钻进，PVC套管护壁成孔方法。与传统泥浆、水泥浆护壁钻孔方法相比，具有成孔快、不塌孔、工艺简单等优点。针对注浆过程中的孤石能否有效被水泥浆包裹及水泥浆与砂砾石充分搅拌问题，在注浆施工方法上选用高压水孔内切割，风动搅拌，水泥固结的三管法。
3 施工工艺及特殊情况处理
3.1高压旋喷施工参数确定
高压旋喷渗墙施工前期，首先进行试验孔施工，试验孔施工主要确定孔深、孔距、水气浆压力、浆液密度、注浆率、旋转及提升速度，试验孔施工结束后，进行钻孔取芯、注水试验和开挖检查。计算出透水率并通过试验得出芯体的抗压强度，从开挖检查看，旋喷墙厚度及成墙连续性。
在JH二级拱坝工程上下游围堰高压旋喷渗墙施工前，在防渗墙体一端选取了两个孔位进行了高压旋喷试验。根据试喷试验资料，得出的砂砾石层旋喷防渗墙施工参数为：
孔 距：0.8m；水 压：≥40Mpa；气 压：≥0.6Mpa；浆 压：≥0.4～0.7Mpa；注 浆 率：≥70L/min；提升速度：6～8cm/min；旋转速度：8～10r/min；浆液密度：≥1.65g/cm3 ；浆液灰水比: 0.8:1
试验段成墙14d后，采用地质钻机分别在旋喷桩中心和连接部位进行了钻孔取芯和压水试验。取芯试验表明，桩体及连接部位水泥浆与砂砾石胶结效果较好，取得芯样最大长度1.1m，芯体28d平均抗压强度4.6Mpa。桩体中心和连接部位压水试验计算所得透水率分别为6.3Lu和4.4Lu。
3.2施工时段
第一阶段施工时段为2018年5月3日到2018年5月11日，该阶段完成上游围堰左岸灌区1～13#孔、中部14～30#孔、右岸31～45#孔灌浆施工，即静压注浆施工。
第二阶段施工时段为 2018年5月20日到2018年5月28日，该阶段完成上游围堰中部灌区6#、12#、14#、16#、18#勘探孔堵漏施工，即二次复灌阶段。
第三阶段施工时段为 2018 年5月29日到2008年5月30日，在左岸灌区以及中部灌区防渗效果均较有把握后，渗漏水量仍无明显减少。因此对有怀疑的右岸灌区及中部孔重新进行检查孔的施工，该阶段完成右岸孔及中间部位加密孔堵漏施工。
第四阶段施工时段为2018年5月31日到2008年6月1日，对下游存在少量渗水部位进行化学灌浆（水玻璃），直至渗水量达到目标值0.1m3/s以下。
3.3高压旋喷防渗墙施工工法
高压旋喷防渗墙钻孔注浆分两序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，相邻孔施工间隔时间不少于24小时。注浆采用同轴三管法高压旋喷灌浆。施工程序为：场地平整压实→造孔（跟管钻进）→下PVC管护壁→跟管拔出→高喷台车就位→试喷→下喷具→喷灌→封孔→高喷台车移位。
⑴ 造孔：针对砂砾石地层成孔难、易塌孔、钻进速度慢等技术难题，采取了大扭矩液压工程钻机跟管钻进。一是采用志高421履带式多功能岩土钻机跟管钻进；二是采用QZJ-100B动液压钻机配偏心式冲击器冲击跟管钻进（主要用于边角部位钻孔）。钻孔直径均为φ140mm，造孔效率可达6.0m/h。钻孔达到设计深度后，将钻杆提出，在跟管内下设小于跟管口径的PVC套管取代跟管。PVC护壁套管下至孔底后，再用液压拔管器分节拔出钢质护壁跟管。PVC护壁套管滞留在孔中，待喷射灌浆时通过高压水切割破碎，通过水泥浆与砂砾石固结在一起。边角部位根据现场情况采取减小孔间距，增设灌浆孔。
⑶ 护壁：造孔结束，将钻杆提出，下设底端透水无纺布包扎φ120PVC护壁管，进行成孔护壁，护壁套管接头用塑料密封带连接。护壁套管下至孔底后，采用YGB液压拔管机将套管分节拔出。
⑷ 喷具组装及检查：喷具由水、气、浆三管并列组成,采用专用螺栓连接,自下而上由喷头、喷管、旋喷三叉管组成,连接处用尼龙垫密封。喷具组装后试运行水、气、回浆管的畅通和承压情况,当水压达到设计压力的1.5倍时,管路无泄漏后再试喷15min后结束检查。
⑸ 试喷检查结束后,使喷嘴喷射方向与高喷轴线一致,并设置好旋喷转速下入喷具至设计孔深。为防止在下喷具过程中因意外而堵塞喷嘴,可送入低压水、气、浆并开始喷浆。在初始喷浆时只喷转不提,静喷3～5min,待孔口返浆浓度接近1.3g/cm3时,按参数要求的提升速度和旋转速度自下而上喷射灌浆到设计高程。喷射浆液为灰水比0.8∶1的纯水泥浆。
⑹ 三次水泥灌浆后，对下游渗水量进行监测，按照渗水位置，在孔间增设化学灌浆孔。采用水玻璃集中灌注，施工方法与水泥灌浆相同，并对下游渗水量进行观察监测，达到最终防渗效果。
4 机具设备
高喷灌浆主要机具表
5 技术经济分析
JH二级拱坝工程上游围堰高压旋喷防渗总长452.3m，深18.85m左右，总成墙面积428m2，共注入水泥浆量1.99×106 L，耗用水泥331t，平均耗浆量570L/m。高压旋喷防渗墙施工历时30天，经推算，高压旋喷防渗方案可比帷幕灌浆防渗提前工期30～50天。基坑开挖完成后，总排水不超过960m3/天，且有半数以上渗水量为导流洞洞内渗水和上游岸坡渗水，而基坑沿河侧经防渗处理后渗水量不大。基坑沿河侧开挖边坡高度自748.0～713.0m达35m，有27m位于河床高程以下，通过高压旋喷防渗处理后，不但大减小了基坑渗水量，同时也为开挖边坡的稳定提供了有力保证。
现场钻孔及灌浆施工图
上游围堰高喷灌浆参数表
论文作者:张瑜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/5
标签：砂砾论文; 高压论文; 水泥浆论文; 钻孔论文; 围堰论文; 防渗论文; 防渗墙论文; 《基层建设》2019年第5期论文;