高喷防渗施工在砂卵石透水地层围堰中的应用

冯 立 恒， 唐 秀 莲

(1．西藏大唐国际怒江上游水电开发有限公司，四川成都 610091;2．成都明晟建设工程质量检测有限公司，四川成都 610025)

1 概述

麒麟寺水电站位于甘肃省文县境内的白龙江上，电站上距碧口水电站13．5km，下距宝珠寺水电站89．5km，该工程一期纵向围堰位于导流明渠右导墙右侧河床，从基岩开始，经上游漫滩、中间河床至下游岸边，围堰全长为590．7m。围堰防渗采用单排高喷防渗墙，防渗墙最深达35m。高喷总量为12600m，防渗总面积为11000m2。

上游漫滩及河床冲积层主要为卵石层，厚度为17～24m，漫滩部位厚度较小，下游河槽带覆盖层厚度较大，冲积层以卵砾石为主，夹有砂砾层透镜体，结构松散，局部含漂石及砂卵石。河床冲积层为极强透水层，渗透系数K=100m/d，局部阶地砾石渗透系数K=30～80m/d，整体渗透性较强。生产性试验揭露，坝下0+130～0+170段存在两层架空强透水带，局部有漂块石。

2 高喷施工参数的确定

2．1 高喷施工工艺及方法

根据实际地质情况，堰体与堰基采用三重管旋、摆搭接高压喷射灌浆进行围堰防渗施工。钻孔采用跟管钻进，PVC管护壁，施工分两序进行，按照先导孔→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔的顺序进行。旋摆、喷结合布置情况见图1。

图1 旋、摆喷布置示意图

2．2 施工参数的确定

2．2．1 施工设备

孔深大于25m段选用HD-120型潜孔钻，孔深20～25m段选用CM-3000型潜孔钻，孔深＜20m段选用XYZ-70冲击钻。跟管钻进在拔出套管前下入PVC管护壁。

喷射设备选用山东泰安-高喷台车，试喷完成并确定参数后，将喷管下到设计深度，先输入符合参数要求的水、气、浆静喷3～5min，按规定的提升、旋转及摆动速度，自下而上喷射作业，直至设计高度再停送水、气、浆，提出喷射管。

围堰高喷防渗施工投入钻孔设备4台，喷浆设备4台，主要设备见表1。本工程工期为50d，日平均强度为252m/d，设备满足施工强度要求。

2．2．2 灌浆参数的确定

根据试验和地质情况，对围堰上游段(堰0+590．7 ～0+430．7)及下游段(堰0+00 ～0+110)地质条件相对较好、高喷孔深小于20m的地段孔距按1．2m控制。围堰中部(堰0+110～0+430．7)地质条件复杂、孔深为25～35m的部位孔距按1．1m控制;坝下0+130～0+170段架空强透水层且有大漂块石的地段孔距按1m控制。若防渗效果不理想，再采取深层堵漏等措施。

表1 主要设备明细表

2．2．3 主要施工参数控制

2．2．3．1 原材料

水泥浆液:浆液水灰比按1∶1 ～0．6∶1 进行控制，密度按1．5 ～1．7g/cm3进行控制。

2．2．3．2 造 孔

孔斜小于1%，孔深入基岩大于0．8m，喷管下设深度须与实际孔深相对应。

2．2．3．3 灌浆压力

水压按 38MPa、风压按 0．6MPa、浆压按 0．6 MPa控制。

2．2．3．4 旋、摆喷提升速度

新填筑围堰部位按9cm/min控制。对于围堰以下的原河床部位:Ⅰ序孔按6cm/min控制，Ⅱ序孔按8cm/min控制。

2．2．3．5 旋、摆喷转速控制

旋转速度按6r/min、摆喷速度按8r/min控制。

2．2．3．6 高压喷射灌浆控制

喷射之前，先进行地面试喷，检查机械、管路运行情况，调准喷射方向及摆动角度;喷头下至设计深度先按照规定的参数进行原位喷射，待浆液返至孔口、情况正常后开始提升喷射;下入、拆卸喷射管时应采取措施防止喷嘴堵塞。施工过程中因故中断喷射作业时，立即停止提升和旋喷。排除故障复工时，复喷搭接长度应大于0．5m，以保证凝结体的连续性。

2．2．4 特殊情况的处理

(1)高喷因故中断时立即停止提升，记录中断深度并尽快复喷，复喷时将喷具下至中断位置以下0．5m，在搭接处进行静喷，直至孔口返浆时方可提升，以保证防渗体的连续性。

(2)对强透水带及漂块石架空地层部位采用以下措施:喷管停止提升、静压注浆，使架空层全部充填密实，待孔口返浆时才能恢复提升喷管;降低喷射水压及风压，将水压和风压分别降至5 MPa和0．3MPa以内;加浓浆液、加大供浆量，孔口掺砂;为防止喷管被埋，采用间隔提升法(即全参数切割地层、静喷交替进行)，待孔口返浆后再将风、浆等参数调至正常值。

(3)施工过程中遇到孤石部位钻孔时需做好详细记录，采用聚能爆破将孤石炸碎，再用冲击钻钻孔，对该部位进行高喷灌浆时需进行复喷以扩大喷射范围。必要时增设加密孔或采用回填灌浆等方法，确保该部位防渗体的连续性和密实性。

(4)孔内严重漏浆、孔口不返浆时:应立即停止提升并降低喷射压力，在浆液中加入速凝剂;加浓浆液密度或灌注水泥砂浆、黏土等;向孔内填砂、粘土堵漏材料。

(5)对于高喷过程中出现的孔口大量返浆(大于20%)情况的处理措施:提高喷射压力、缩小喷嘴孔径、减少注浆量、加快提升和旋转速度。

2．2．5 质量检查

在上游段高喷防渗墙进行了注水试验，得到的渗透系数K=3．1×10-5cm/s，后期基坑开挖揭示该段防渗效果较好。

但坝下0+130～0+170段由于存在两层架空透水层，虽然高喷孔距加密为1m，但仍未能达到预期的防渗效果，在该段出现了4处较大的股状渗水。针对此特殊地质情况，必须在高喷防渗的基础上采取其他工程处理措施，即在深层注浆充填堵漏，以确保围堰在该段的最终防渗质量。

3 深层注浆堵漏的工程措施

3．1 施工方案

根据开挖揭露的情况，针对坝下0+130～0+170部位围堰的特殊地质情况，在高喷防渗墙的基础上，增设了深层注浆填充堵漏的工程措施，以确保围堰下游段最终的防渗效果。

具体方案为:根据现场涌水情况，在坝下0+135～0+165之间，围堰防墙内侧30cm处基坑渗水部位布设了4个回填堵漏孔。钻机钻孔至设计深度后，先采用回填浓水泥浆(必要时添加速凝剂)填满地层内部(距堰顶12．5m、25m深)两架空强透水带的渗水通道，然后再采用高喷灌浆的措施进行全孔封闭处理。

3．2 堵漏方案的实施

3．2．1 深层回填堵漏使用的机械设备

(1)钻孔:采用XYZ-70潜孔钻。

(2)制浆站设置一台ZL400L高速制浆机，拌制0．6∶1的纯水泥浆，JJS-2搅拌机配浆，SGB-10灌浆泵输浆灌注。

3．2．2 注 浆

分别在12．5m、25m两处强透水带下管注浆，先采用静压注浆的方式进行灌注，以防止浆液扩散太远，初期在浆液中添加水玻璃(3%水泥用量)，最后采用低压(0．2MPa)、浓浆对透水通道进行注浆。

3．2．3 注浆控制过程

灌浆管预埋——注浆——屏浆。灌浆过程中根据围堰内侧渗水量确定灌浆结束时间。由于1#～3#孔渗水量较大，先在孔口注入掺量为3%水玻璃的浓浆，静压灌浆3h，然后以0．05～0．1 MPa灌浆压力逐级加压，每级持续30min，当压力增至0．5MPa、吸浆率为5L/min时，渗水点已基本不再渗水，持续30min后结束灌浆;4#孔在灌浆压力增至0．1MPa时吸浆率为5L/min，渗水点已基本不再渗水，持续30min后结束灌浆。

3．2．4 高喷封闭

对于堵漏后存在的细小渗水通道采用高喷封闭，控制标准同之前的高喷灌浆。

4 效果验证

通过对砂卵石(含漂块石)且有架空强透水层等复杂地层采用合理的高喷施工参数和深层堵漏措施，整个围堰达到了理想的防渗效果，基坑开挖揭示未发现较大渗水，进而为主体工程的施工创造了有利的条件。

5 结语

高压喷射灌浆用于水电站围堰基坑开挖防渗，关键在于施工设备、施工参数的选择及过程质量控制。针对不同的地质情况，科学地选用与之适应的高喷施工控制参数，将取得良好的防渗效果，对后续基坑开挖和主体工程施工干地作业提供有力的保障。

［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/T5148-2012［S］．