高压旋喷灌浆在盖下坝水电站围堰基础防渗中的应用

杨宏正，李明柱，范 永

（1.重庆市云能发电有限公司，重庆 云阳 404500；2.水电十二局第三分局，浙江 杭州 330099；3.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

盖下坝水电站位于重庆市云阳县和奉节县境内的长江一级支流长滩河中上游河段，坝址位于长滩河上游云阳县云峰乡盖下坝村以下约3 km的老鸦峡前段。

盖下坝水电站上、下游围堰场地狭小覆盖层厚度大。基坑位置狭窄围堰基础防渗是保证今后顺利施工的重点。设计采用高压旋喷对上、下游围堰基础进行防渗处理，设计孔间距1.0 m，排距75 cm。经高喷试验后依据检查效果，设计孔间距调整为80 cm，排距75 cm。

1 地质条件

上游围堰位于坝址上游，组成围堰基础岩层为嘉陵江组中薄层中等风化石灰岩，上覆第四系冲洪积物上部为砂卵砾石，厚度为6.50 m，下部为含泥砂砾石、卵石等，厚度为10.20～19.80 m。据抽、注水试验资料，砂卵砾石渗透系数k值为0.23 cm/s，属强透水层，含泥砂砾石渗透系数k值为0.0032 cm/s，属中等透水层。

下游围堰位于坝址下游，距导流洞出口约70 m，组成围堰基础岩层为嘉陵江组中薄层中等风化石灰岩，上覆第四系冲洪积物上部为砂卵砾石，厚度为8.50～12.00 m，下部为含泥砂砾石、卵石等，厚度为11.50～21.50 m。据抽、注水试验资料，砂卵砾石渗透系数k值为0.16 cm/s，属强透水层，含泥砂砾石渗透系数k值为0.01 cm/s，属中等透水层。

2 高压旋喷工艺原理

1）冲切掺搅作用。高喷技术主要是借助于高压射流，通过冲击切割和强烈扰动，使浆液在射流作用范围内扩散、充填周围土层，并与土石粒掺混搅合，硬化后形成凝结体，从而改变原地层结构和组成，达到防渗和提高承载力的目的。

2）升扬、转换作用。高喷施工时，水、气、浆由喷嘴中喷出，压缩空气，除能对水或浆液构成外包气层，使水或浆液射流能透入地层较远距离并维持较大压力破碎地层结构外，还可产生升扬作用，将经射流冲击切削后的土石碎屑和地层中细粒，由孔壁和喷射杆的环状间隙中升扬带出孔外，空余部位由浆液替代，同时也起到了转换作用。

3）挤压、渗透作用。高喷射流强度随射流距离的增加而较快地衰减至射流束末端，虽不能再冲切地层，但对地层仍产生挤压作用。同时，喷射结束后，静压灌浆持续进行，对周围土体产生渗透作用，不仅可以促使凝结体与周围土体结合更加密实，还在凝结体外侧产生明显的渗透凝结层，具有较强的防渗性能。

4）位移握裹作用。地层中较小的块石，由于喷射能量大，辅以升扬、转换作用，最终浆液可填满块石四周的空隙并将其握裹，遇到大的块石或在块石集中区，应降低提升速度，提高比能值。在强大的冲击震动力作用下，块石将会产生位移、松动，浆液沿块石四周空隙或块石间孔隙渗入。在高压喷射挤压、余压、渗透等综合作用下，产生握裹凝结作用，形成连续密实的凝结体。

3 高压旋喷灌浆施工参数

高压旋喷墙设计布置两排灌浆孔，上游围堰高喷轴线为直线，下游围堰高喷轴线为圆曲线。

高压旋喷灌浆施工参数见表1。

表1 高压旋喷灌浆施工参数表

4 高喷施工工艺

4.1 高压旋喷施工工艺流程图

4.2 先导孔布置

为了对前期地质勘探资料进行补充以确定高喷灌浆所在位置岩面线的准确深度。在下游围堰布置4个先导孔，上游围堰布置5个先导孔。先导孔要求深入基岩3 m，基岩段取芯并装箱编号保存。

所有先导孔取芯后，根据岩芯情况判断，所有先导孔均以深入基岩。高喷灌浆钻孔满足设计要求的灌浆孔深入基岩50 cm的要求。

4.3 钻孔施工

1）钻孔方法。采用MZ-200型英格索兰钻机冲击钻机同时跟φ146套管成孔，英格索兰E700空压机提供钻机冲击动力用风，开孔前严格检测钻机导轨架和钻杆的垂直度和钻头所对的孔位，直至确保位于铅垂状态和开孔孔位误差不大于5 cm。钻进过程中随时抽检钻杆的垂直度，发现异常立即重复修孔处理。

2）钻孔孔径。φ150 mm。

3）终孔深度。进入基岩0.5 m。

4）安装PVC管。在孔深验收后，下入φ110的PVC管护壁，PVC管接头用透明胶带缠绕固定。

5）起拔φ146套管。PVC管安装完毕后，用拔管机起拔φ146套管，在这个过程中要小心注意防止将φ110的PVC管一起拔出。

6）安装喷杆。φ146套管起拔完毕后，安装喷杆准备旋喷作业。

7）清孔。终孔后，采用0.6～0.7 MPa压缩空气冲孔排碴，保证孔底残存岩渣低于沉渣段顶端。

4.4 钻孔分序

每排钻孔分Ⅰ，Ⅱ两序，按先施工上游排再施工下游排,先施工Ⅰ序再施工Ⅱ序的顺序施工。

4.5 高压旋喷施工

1）材料。高压旋喷注浆应采用42.5号普通硅酸盐水泥拌制；使用满足规范要求的地表水拌和。

2）浆液要求。采用三重管喷射注浆，浆液比重要求不小于1.6。浆液存放时间：当环境气温10℃以下时，不超过5 h，当环境气温10℃以上时，不超过4 h；当浆液存放超过有效时间时，按废浆处理。

3）喷射施工。

a）旋喷机就位。根据围堰高喷孔孔位，喷射机组就位后，应保证立轴或转盘与孔位中心对正，成孔偏斜率不大于3%。

b）插管。当钻孔钻至施工规定的深度后拔出套管，并换上旋喷管插入预定深度。在插管过程中，为防止泥沙堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般不超过1 MPa，如压力过高，则易将孔壁射塌，或采取塑料薄膜包裹喷射头。

c）喷射作业。当喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业。注浆过程中应达到：高压注浆设备的额定压力和注浆量应符合施工的要求，并确保管路系统的畅通和密封。施工前进行实际压力检测。

d）冲洗。喷射提升到设计标高后，旋喷即告结束。施工完毕应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵，注浆管软管内的水泥浆液全部清出。

e）移动机具。把钻机、旋喷机等机具设备移到新孔位上。

4）施工过程中特殊情况的处理。

a）浆路被堵。在旋喷注浆过程中，送浆管路被堵，停止提升，立即用高压水进行冲洗至畅通；然后将喷杆下降原深30 cm以下继续旋喷。

b）孔口不返浆或返浆量少。采用降低提升速度或定喷、增大浆液浓度等措施进行旋喷。如果效果不明显采用孔口加入水玻璃和河砂进行喷射堵漏。

c）因故停喷。必须记录事故位置，处理后重新将喷管下到事故位置以下30 cm，方可旋喷施工。

5 高喷质量检查

该工程上、下游围堰高喷施工采用了钻孔取芯、静水头注水试验的方法对高喷墙进行了检查。在检查过程中，钻孔0～10 m范围取芯结果较好，有长柱状岩芯取出，水泥与砂砾石胶结较好；在下部11～30范围内取芯效果较差，出现了孔壁掉快、卡钻等现象。整个检查静水头注水试验结果满足设计要求。

6 高喷过程分析

盖下坝工程上下游围堰两岸上体陡峻，下游围堰左岸钻孔过程中遇到了倒悬体。后经补充勘探及采用防渗灌浆处理后满足设计要求。

盖下坝水电站高喷灌浆的主要难点在覆盖层较厚，下游围堰最深钻孔达43 m，远大于前期勘探的设计深度。覆盖层中部含泥量较大，造成喷浆后墙体强度不高，给取芯钻孔检查造成很大难度。覆盖层中含直径超过3 m的大孤石，孔斜控制困难。通过采用扶正钻具，施工过程中增加孔斜检测频率等方法达到了设计要求。

在实际施工中布置了先导孔，先导孔取芯较好的解决了通过经验判断基岩深度的不确定性的问题。

高喷质量检查方法还有待进一步研究，围井及取芯法均属于抽样检查，无法全面反应高喷墙的墙体质量。钻孔取芯法有很大的局限性，对深度大的薄墙体采用该方法检查存在较大困难。

7 结语

通过对上、下游围堰进行高喷防渗处理以后，围堰基础渗水情况得到了很好的改善，保证了大坝基坑的顺利开挖。目前盖下坝水电站垫座混凝土已经浇筑，在实际开挖过程中围堰渗漏量较小，采用4台四寸潜水泵可满足基坑排水要求，高喷的防渗效果较好。