高压旋喷桩防渗技术在华安水电站扩建工程中的应用

顾新刚，蒋 凡

(上海勘测设计研究院，上海 200434)

1 工程概况

华安水电站扩建工程在已建华安水力发电厂枢纽基础上，利用原电厂拦河闸坝，在九龙江原进水口左岸上游2km处增设一岸塔式进水口，经引水隧洞和高压管道引水至原电站厂房下游500m处新建厂房发电，布置两台单机容量为40MW的混流式水轮发电机组。为满足进水口施工条件，在进水口外侧布置了施工围堰。根据进水口的地形地质条件、水深情况，采用修筑土石顺河围堰挡水、上游来水通过束窄后的河床过流的导流方式。进水口围堰按全年5年一遇防洪标准设计，河床束窄约48%，相应导流设计流量为4600m3/s。

2 水文地质条件

工程位于华安县境内的九龙江北溪干流的河段上，为一座引水式中型水电站，坝址控制流域面积6900km2，占九龙江北溪干流流域面积的71.6%。坝址处历年各月平均流量见表1，进水口不同频率施工分期洪水成果见表2。

表1 进水口处历年各月平均流量

表2 进水口各施工分期洪水成果 单位:m3/s

上游围堰位于左岸进水口上游冲沟侧，下游位于进水口下游冲沟附近，中间最远处距左岸约82m，跨过九龙江主河道，库区正常蓄水位94.00m时，最大水深9～10m。河道主要为冲洪积砂卵石堆积，厚0.3～6.0m。下部为文宾山组灰色细粒石英砂岩、灰白色绢云母化砂质硅泥岩、阳起石化细粒闪长岩夹薄层状灰黑色炭质粉砂岩等。左岸边有坡残积砂质黏土覆盖层，厚3～8m。围堰底部发育F1、F101、F104三条断层，F1断层从围堰上游端穿过，破碎带宽8～15m，充填碎裂岩、断层角砾岩，局部见有断层泥。F101、F104两条断层的破碎带宽0.5～2.0m，充填碎裂岩、断层角砾岩。

3 围堰结构型式

围堰采用抛填土石戗堤截流、黏土斜墙+土工布防渗及抛石护面防护的结构型式。围堰总长约263m，由上下游围堰和纵向围堰组成，纵向围堰距左河岸约81 m。上游围堰堰前洪水位96.25m，堰顶高程97.80m，顶宽5m，迎水面坡度1∶3，背水坡度1∶2;下游围堰堰前洪水位94.20m，堰顶高程96.00m，顶宽5m，迎水面坡度1∶3，背水坡度1∶2;纵向围堰堰顶高程与上下游围堰顺接，围堰总填筑方量约129088m3。下游围堰断面见图1。

图1 下游围堰断面 尺寸单位:cm

围堰填筑完成后，现场在堰体中轴线钻孔，进行 黏土水泥浆灌浆处理。由于在堆石体上钻孔和成孔困难，且难以形成有效、连续的防渗墙，经试抽水发现围堰灌浆处理防渗效果不理想。

4 高压旋喷桩防渗处理措施

进水口围堰地质情况为:以冲积砂砾石为主，夹杂部分卵石、漂石，堰体填筑料为块石渣体，最大块石粒径大于1m，且原围堰基础与堰体接触面未进行认真的防渗处理。根据现场实际情况，采用高压旋喷桩灌浆结合灌注膏浆的方案进行防渗施工。

进水口堆石围堰防渗轴线长约263m，布置一排孔，孔距0.75m(见图2)，上、下游拐角处布两排孔，排距0.75m，钻孔均入基岩1m。钻孔及高喷灌浆均分两序施工。两边Ⅰ序孔施工完成后，方可施工中间Ⅱ序孔。各序孔的施工以不影响相邻孔的施工为原则。各序孔均采用冲击跟管钻进，终孔后，下入喷杆进行高喷灌浆。

图2 旋喷桩孔序布置

4.1 灌浆浆液配合比

高压旋喷桩灌浆的浆液一般采用纯水泥浆液，二管法喷射灌浆的水灰比为1∶1。根据施工实际情况选用其他浆液或掺加掺合料等，配置膏浆并经试验确定配合比。经试验，现场采用的高浆配合比及实际各材料配比用量见表3。

表3 高压旋喷桩膏浆配合比及实际各材料配比用量

4.2 高压旋喷桩施工工艺流程

冲击成孔高压旋喷桩灌浆施工工艺流程为:测量放样→钻机就位、校准角度→跟进套管钻至基岩→测斜→下入薄壁性脆的护壁PVC管及注黏土浆→起拔套管→喷射灌浆台车就位→试喷→下入喷管→静喷→旋转提升至设计顶高程→高压喷射灌浆台车移位。高压旋喷桩灌浆工艺流程见图3。

图3 二管法高压喷射灌浆工艺流程

4.3 高压旋喷桩施工参数

该工程采用二管法进行高压旋喷，采用GZB-40高压浆泵提供高压浆，直接用高压浆切割地层，以VF-6/7电动空压机供风，以XGP-50型高喷台车喷射提升。高压旋喷桩施工参数见下页表4。

4.4 钻孔及高压旋喷灌浆施工过程

该工程采用MGY-100钻机冲击跟管钻进，孔径146mm，钻孔倾斜度不大于1.5%。孔位采用仪器放样并统一编号，孔位放样后，钻机就位，调整钻机呈水平状态，稳固后方可开孔，开孔孔位与设计孔位的偏差不大于5cm。孔深按施工图纸控制，一般进入基岩1.0m。

表4 高喷旋喷桩旋喷施工参数

膏浆灌浆孔灌浆采用“套管法”，即直接利用套管作为注浆管，在注浆管管口安装盖头连接进浆管和压力表，采用自下而上分段、纯压式灌浆工艺，灌浆分段长度为1.5～3.0m，膏浆采用卧式搅拌机制浆、GL-50螺杆泵灌浆。

套管法灌浆时，首先进行孔底纯水泥浆注浆，达设计压力后，边拔管边灌浆，直至拔至覆盖层面后，进行覆盖层段灌浆。孔底段灌浆结束后，在继续灌浆的同时缓慢拔套管，当拔管长度超过1根套管长度或出现压力骤然下降或消失时停止拔管，进行灌浆。

5 高压旋喷桩防渗效果检查

防渗施工结束后，采用钻孔压水和取芯试验以及开挖直观检查等方法检查墙体质量。

a.开挖检查。高喷灌浆完成后，采用人工开挖的方法进行直观观察，开挖深度为高喷墙顶以下2m左右，观察墙体完整性、墙体搭接等情况，进行照相、素描，最后用黏土等进行分层夯实回填。详见图4。

图4 高压旋喷桩成桩情况

b.钻孔取芯或注水试验。高喷灌浆完成且墙体强度达到设计要求后，高压旋喷桩搭接部位采用XY-2型钻机进行取芯，开孔孔径为130mm，终孔孔径为110mm，将芯样装箱编号并进行描述，并每孔选取墙体上、中、下部各一组芯样进行试验，包括抗压试验和抗渗试验等。注水试验可结合钻孔取芯孔进行，自上而下分段进行，试验方法按《水利水电工程钻孔压水试验规程》(SL 31—2003)执行。注水试验合格标准为渗透系数 K≤i×10－5cm/s。

c.进水口围堰在高压旋喷桩完成半个月后进行抽水，现场检测围堰渗水量较小，采用水泵抽水后满足围堰基坑内施工作业和安全要求。

6 特殊情况处理

a.高压旋喷桩在灌浆过程中出现压力突降或孔口返浆浓度骤增或返浆量异常等情况时，应查明原因并及时处理。高压旋喷桩灌浆过程中，孔内出现严重漏浆时，应采取如下措施进行处理:

1)孔口不返浆时应立即停止提升喷杆，待孔口有返浆时再提升喷杆，孔口返浆量较少时应减慢喷杆提升速度。

2)停止提升，进行原位灌浆。

3)在水泥浆液内按水泥重量的3%掺加水玻璃。

4)灌注水泥砂浆或水泥黏土浆。

5)从孔口向孔内回填砂、黏土、米石等堵漏材料。

b.钻孔过程中，若遇到大块石集中带或漏水量大的地段，在喷射灌浆之前，先回填有级配的砾石、砂、黏土，使该地层的大孔隙减少，在灌注稳定性浆液或水泥砂浆至不吸浆后，再进行水泥浆喷射。在地层交界处和大块石、漂石的上下方应停止提升，静喷2～3min，并根据返浆情况对提升速度做适当调整。在堆石、漂石等存在架空的地层中喷射灌浆时采取以下措施:

1)喷具停止提升，静压注浆，使架空地层全部充填密实，孔口返浆符合要求后才能恢复喷具提升。

2)降低喷射浆压和风压，加浓浆液，增大供浆量，孔口掺砂、掺加速凝剂等。

喷浆过程中发生串浆时，应封堵被串孔，待高喷孔喷灌结束后应尽快对被串孔进行扫孔、喷灌或继续钻进。

高喷灌浆应连续进行，若因故中断超过30min，要准确记录中断位置，在恢复施工时，将喷杆下入中断处以下50cm，对已喷段进行复喷搭接;若喷杆下不到位，采取扫孔后再喷射的措施进行处理，以避免出现断墙。

7 结 语

华安水电站扩建工程进水口围堰在库区内10m水深情况下先抛填土石料形成戗堤截流，再进行外侧黏土斜墙和护面块石施工。施工时围堰堰基清理不够彻底，堆石体内石块之间的空隙较大，基础底部有3条发育的断层，黏土斜墙很难起防渗作用，是围堰试抽水时防渗效果不理想的主要原因。采用高压旋喷桩进行防渗处理，并结合工程特点进行浆液配比调整和高压旋喷桩旋喷参数调整，形成防渗心墙，取得较好的防渗效果。

高压旋喷桩在该工程深水区抛填所形成的土石围堰防渗施工中的应用，具有保证施工质量，且工艺较简单适用的特点。