浅谈“喷灌结合”的综合防渗加固处理技术

赵毅，唐庆东

(中国水电七局成都水电建设工程有限公司，四川成都 611130)

1 概述

高压喷射灌浆技术是20世纪70年代初研究的一项坝体、坝基及围堰隐患和防渗处理的新技术，其具有施工速度快、成本低、防渗效果好等优点。但目前国内高喷施工孔深30 m 以内的居多，而超过30 m 的深孔高喷施工技术难度大、质量风险高，同时，由于高喷灌浆受地层匹配性的影响，其喷灌施工质量的好坏对地层的依赖性较大。但受水利水电工程枯期、汛期水流特征及施工工期等的影响，高喷灌浆所具有的施工优点使其在水利水电工程中仍然得到了广泛的认可和应用。

桐子林水电站导流明渠围堰高喷防渗墙施工规模大、孔深深、强度高、工期紧张、技术难度大，受复杂多变的地质条件影响，给高喷防渗质量的控制提出了严峻挑战，而围堰防渗则属关键施工控制性线路，其施工的成败与否直接影响总体施工进度及相关节点目标的实现。本防渗工程不论是在组织实施，还是技术管理上均具有较强的探索性，在现场组织安排、技术可行性上均制定了详细的设计和规划，通过合理的组织与规划，在技术难点及关键控制点方面采取了有针对性的处理措施，收到了良好的施工效果。

2 工程概况及围堰地质条件

桐子林水电站系雅砻江下游最末一个梯级电站，距上游二滩水电站约18 km，距雅砻江与金沙江汇合口约15 km，该电站总装机容量为600 MW，总库容为0.912亿m3。本技术的应用依托于桐子林水电站导流明渠围堰高喷防渗墙工程，其导流明渠围堰布置于右岸河漫滩外侧，高喷防渗设计纵向围堰一条(围)0-441.104～0+615.574，轴线长1056.678 m;另设计有横向子围堰两条，将明渠基坑划分为3个区段，(围)0-60子围堰长118.4 m，(围)0+185子围堰长79.3 m。本围堰高喷防渗工程量为52000 m，防渗面积约45000 m2，施工工期2.5个月，最大施工孔深为52 m，单月施工强度达21000 m/月，在砂卵砾石、孤石及漂石地层中其施工孔深及强度均为国内之最。

桐子林水电站导流明渠围堰基础置于覆盖层，通过现场地质资料及地质复勘孔揭示，该围堰施工地质情况复杂、地层结构多变，孤石、漂石含量高，覆盖层最大埋深达51 m，存在地下动水、承压水等特殊地层，其地层结构及具体分布如下:

(1)【(围)0-441.104～(围)0-074.0】段地层结构以砂卵石及人工填筑层为主，孤石、漂石含量达50%，最大粒径达3 m;

(2)【(围)0-074.0～(围)0+190.0】段地层结构以砂卵石及粉砂质粘土层为主，孤石、漂石含量为10%～20%;

(3)【(围)0+190～(围)0+615.574】段地层结构以砂卵石、粉砂质粘土层及人工填筑层为主，孤石、漂石含量达20%～30%;

(4)承压水、地下动水富集区集中于【(围)0-249.0～(围)0-121.0】及【(围)0+205.0～(围)0+324.0】段。

3 技术方案论证与创新

桐子林水电站导流明渠围堰施工地质条件复杂、地层结构多变，以砂卵石、粉砂质粘土层及人工填筑层为主。局部地下承压水、动水及孤石、漂石(含量高且最大粒径达3 m)等特殊复杂地层分布极为广泛，覆盖层最大埋深达51 m，受其影响，高喷防渗施工质量及风险极高。经过对地下水流场形态及地质构造的分析，结合对高喷灌浆的机理分析，笔者认为高喷浆液有被带走和稀释的可能。因此，通过单一的高喷灌浆作为围堰防渗的方案存在较大的质量风险，将对明渠基坑的顺利开挖产生较大影响。

针对围堰地质情况复杂及特殊地层分布广泛的施工难点，结合高喷灌浆的施工特点，课题组研究提出了“喷灌结合”的综合防渗加固施工技术、在特殊复杂地段增加控制性灌浆的技术方案，采用复合速凝及膨胀类化学浆材，有效控制浆液的流动速度及范围。在高喷灌浆前，对大块石、孤石造成地层架空所带来的钻孔困难、漏浆以及地下动水、承压水所造成的浆液被携带、稀释等特殊地层，采取控制性灌浆的方法进行预灌浆以改善地层，为高喷灌浆创造有利条件，为喷灌质量提供强有力的保障。高喷灌浆结束后，在局部增加了控制性灌浆，对地下动水、承压水及孤漂石地层等质量风险较高的特殊地段起到了补强的作用;同时，通过对高喷灌浆资料进行分析，对可能存在质量隐患的部位起到了消缺的作用，以充分保证高喷墙体的均匀连续及防渗质量。

4 “喷灌结合”的控制性灌浆施工方案

根据防渗要求及水泥浆液在砂砾石地层中的流动情况，并充分考虑了地质情况及地下动水、承压水和孤漂石架空等的影响，控制性灌浆浆液采用水泥及化学浆液两种浆材，其中化学浆材用于动水及地下承压水特殊地段，有效地控制了浆液的流动速度及范围，充分保证了控制性灌浆的防渗体面积及厚度。采用控制性灌浆“喷灌结合”的综合防渗处理方式进行孔内分段灌浆，通过设计改进灌浆塞(模袋法)及化学灌浆混合器、配备化学浆材、合理优化施工工艺，对覆盖层基础进行了综合防渗加固处理。

要充分考虑到特殊复杂地层对高喷灌浆质量的影响程度和范围，在钻孔过程中详细记录各种特殊地层的分布状况和特征，以制定有针对性的处理方案。“喷灌结合”综合防渗加固处理技术的施工程序分为两种:①控制性灌浆在高喷灌浆之前进行以改善地层构造，为高喷灌浆创造顺利实施的条件以保证喷灌质量;②控制性灌浆在高喷灌浆结束之后进行，对存在质量隐患的部位进行补强消缺以确保墙体的均匀连续。

控制性灌浆的布孔范围及参数根据不同复杂地层对高喷质量的影响程度和范围视具体情况而定，并结合高喷灌浆布孔方式进行合理设置。其中方案①要充分考虑控制性灌浆对高喷灌浆质量的影响和互补程度，可布置为单排孔、双排孔及三排孔，单排孔与高喷轴线重合，双排孔在高喷轴线两侧等距离布置(与高喷轴线的排距控制在0.6～0.8 m)，若为三排孔则其中间排孔与高喷轴线重合(排距控制在0.6～0.8 m)，其孔位布置要结合高喷孔进行合理设置(严格控制，不得重叠);方案②对存在质量隐患的部位局部增加了控制性灌浆并将其布置于高喷墙体后0.6～0.8 m，具体的孔位在两高喷孔之间进行布置;其多排孔按迎水排→背水排→中间排的顺序进行施工。

4.1 灌浆方式

控制性灌浆采用模袋法以高压浆孔口膨胀阻塞与孔壁紧密结合，以阻塞位置不漏浆及地表不冒浆为原则;灌浆浆液采用化学浆材及纯水泥浆液两种，孔口设计安装化学浆材与水泥浆液的简易混合容器，以保证化学浆材与水泥浆液的充分混合;灌浆采用“孔口模袋阻塞，分段下设射浆管，孔内分段灌浆”的方式。

4.2 灌浆压力

灌浆压力根据水头大小设计，按照所承受的水头大小确定每排一序孔的灌浆压力。迎水及背水面灌浆孔采用限量灌浆或1倍水头压力控制;中间排灌浆孔结合水头高度控制灌浆压力，设计为1.5～2倍水头压力;二序孔较一序孔灌浆压力提高了20%。

4.3 浆液配比

充分考虑不同复杂地层对灌注效果的影响程度，在不同的灌浆排数及特殊地段，分别采用不同的灌浆浆液进行有针对性的灌注。

迎水排灌浆孔采用0.8∶1及0.6∶1两种水灰比级，当地层耗浆量较大时，采用0.6∶1灌注;当耗浆量较小时，采用0.8∶1灌注。

背水面灌浆孔设置三个水灰比级:1∶1、0.8∶1及0.6∶1，开灌水灰比为1∶1，当地层耗浆量较大时可逐级变浆加浓浆液灌注。

中间排灌浆孔设置四个水灰比级:2∶1、1∶1、0.8∶1及0.6∶1，开灌水灰比为2∶1;当地层耗浆量较大时可逐级变浆加浓浆液灌注。

纯水泥浆液适用于中间排孔或较小的漏失地段，化学浆液适用于大的漏失、架空地层及受地下动水影响严重的地段，以便有效控制浆液的流动性及扩散范围。

4.4 灌浆过程控制

当浆液消耗达到一定量后，若灌浆仍无回浆或压力，应根据具体情况掺加化学外加剂，并遵循以下原则:

(1)对于无架空、粒径较小且水流速度相对小的地层，适当加入一定量的膨胀材料，使浆液膨胀后充分填充小孔隙，以达到防渗效果。

(2)对于无架空、粒径较小且水流速度相对大的地层，适当加入一定量的膨胀和速凝类材料，使浆液在膨胀的同时加快凝固，从而减小浆液扩散半径，降低原材料消耗。

(3)对于架空地层、水流速度相对小的地层，直接使用砂浆进行灌浆;当出现回浆后，使用纯水泥浆液进行灌注，以保证较小的孔隙充填密实。

(4)对于架空地层、水流速度相对大的地层，在使用砂浆灌注的同时在浆液中还需加入速凝类化学材料和膨胀类材料。当水流过大，浆液难以控制时，应考虑双管甚至三管配置化学控制液进行灌注，同时严格控制水泥浆液与化学浆材的水胶比值范围。

(5)在灌浆过程中出现漏失、注入量大、灌浆难于结束时，除采用化学浆液及稳定浆液外，还需采用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等措施。

5 结语

“喷灌结合”技术通过在工程中的成功运用，使高喷防渗与控制性灌浆进行有机的结合，对动水、地下承压水、地层串通及架空等质量风险较高的特殊地段进行了成功的处理，充分保证了高喷防渗墙的施工质量，节约了明渠基坑的抽排水费用，为基坑的顺利开挖创造了积极有利的局面。同时，将“喷灌结合”的综合防渗加固处理技术运用到高喷防渗墙中，拓展了一种对覆盖层基础进行综合防渗加固的基础处理手段。此项技术的成功运用，彰显出其对高喷施工技术完善的作用。

［1］水电水利工程高压喷射灌浆技术规范，DL/T5200-2004［S］.

［2］水工建筑物水泥灌浆施工技术规范，DL/T 5148-2012［S］.

［3］李茂芳，孙钊.大坝基础灌浆(第二版)［M］.北京:水利电力出版社，1987.