高喷板墙振孔施工工艺局限性分析

赵洪志　刘志红

摘要：钻孔高压喷射防渗板墙施工技术从国外引入我国以来，已经被水库防渗与加固工程等广泛应用，但是钻孔高喷板墙施工设备复杂、施工成本较高、效率低逐渐被振孔高喷工艺所取代，其具有施工设备简单、采用钻喷一体化、施工效率高、成本低等特点。文章以尼尔基水利枢纽工程为例，对振孔高喷板墙施工工艺的局限性进行了分析。

关键词：高喷防渗板墙；施工工艺；振孔高喷；水库防渗与加固工程；水利工程 文献标识码：A

中图分类号：TV544 文章编号：1009-2374（2016）26-0108-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.052

1 施工段工程地质概况

右副坝地层复杂，由上而下：黏土层→含泥砂砾、碎石黏土层→含碎石黏土、风化岩层→含泥碎块石、卵砾石层→含碎石黏土、含泥碎石层→花岗闪长岩、石英角岩、绿帘长英角岩。

导流明渠纵向围堰段是天然砂砾石层，局部砾石，基岩为花岗闪长岩；主坝上游围堰、厂房纵向围堰建基在天然砂砾石层河床上，人工回填砂砾石层，基岩为花岗闪长岩。

2 高喷防渗板墙施工

导流明渠纵向围堰采用的施工工艺是振孔旋喷灌浆，墙体采用套接方式，即相邻孔段旋喷成墙，设两排旋喷孔，排距和孔距分别是0.6m和0.8m；在主坝上游临时围堰、厂房纵向围堰段采用振孔摆喷灌浆施工工艺，单排孔布置，孔距0.6～0.8m。振孔墙体设计厚度≥20cm，墙体抗压强度R28≥2MPa，墙体渗透系数K<1×10-5cm/s。

施工效果检查结果如下：（1）直接观察开挖后成墙密度和连续性，采用钻孔取芯做室内试验、抗压等强度指标均符合设计要求标准；（2）通过闭气抽水试验，集中漏水通道极少，基本符合设计要求的防渗标准，为下道工序施工创造了有利条件。

事实证明振孔高喷板墙在天然砂砾石地层和人工砂砾石层中的应用是成功的，既能达到设计的防渗标准，又能节约成本和提高施工效率，但在地层中出现粒径较大的块石和漂石时，其局限性就充分暴露出来，只能采用原来的钻孔工艺施工，如仍采用振孔工艺则会产生漏喷、搭接不连续等效果，对墙体的防渗性能产生不利影响，在厂房围堰施工中就出现了这种情况。

在尼尔基右副坝布置单排振孔高喷孔，孔距0.6～0.8m。在右副坝段作振孔高喷试验，受地质条件影响，在振孔过程中出现进尺受阻现象，通过增加振锤功率、改变孔位等方法处理，效果欠佳，并且振管反弹现象明显，达不到设计要求墙深，导致振孔高喷试验失败。试验表明：振孔高喷工艺在右副坝含泥碎块石地层中受地层限制明显，主要是因为振孔施工艺无法穿透地层中粒径较大块石致使成孔受阻，达不到设计要求。

3 高喷板墙钻孔施工工艺

3.1 工艺试验

由于振孔高喷工艺在右副坝含泥碎块石地层中受地层限制，为解决这一问题，经参建各方研究拟采用钻孔高喷工艺。在地层较复杂、具有代表性地段进行高喷灌浆工艺试验，共完成试验孔10个，形成高喷试验防渗墙180.0m2。

试验段为右副坝坝体场外的与坝基相似地层的地段，试验段分别采用孔距1.2m、1.3m、1.4m、1.5m、1.6m，共计5个孔。

3.2 试验墙体质量检查

3.2.1 开挖检查。试验段施工结束后，在规范规定的时间内对防渗墙体进行全断面开挖检查。外露墙体1.6m，其中沙砾石层墙体出露0.5m。在扩散半径1.2m处，水泥结石均质分布，墙体表面平整光滑，单边外形为较规则扇形，在孔距1.7m的两孔之间，扩散半径为1.0m左右。Ⅰ序孔之间搭接较少，但与孔距为1.0的孔搭接明显，Ⅱ序孔搭接墙厚为35cm左右。在进行双侧开挖检查时，发现墙体连续，随着孔距的加大，搭接效果逐渐减弱，墙厚除靠近喷嘴附近有4处不足0.2m以外其余均满足设计墙厚要求，搭接部位最大墙厚达到68cm。

3.2.2 钻孔注水检查。为检验墙体的效果，在孔距1.0m、1.2m墙体搭接处，采用钻孔取芯，并进行孔内注水检查，结果见表1：

从表1看出：在孔距1.2m处墙体透水率远远小于孔距1.0m处墙体透水率。在施工中喷射的提升速度前者比后者慢，这就充分表明在搭接条件满足要求的前提下，提升速度越慢，喷射效果越好，从而表明提升效果对墙体质量效果影响较大。

3.2.3 室内试验。在大孔距部位墙体随机钻孔取样进行抗压强度试验，平均抗压强度为5.0MPa。

从各种试验结果中可以看出，在右副坝砂砾石层、含泥块石层中采用钻孔工艺与振孔工艺相比，受地层局限性影响较小，因此在施工中应根据具体情况参考选择合适的工艺，以便达到预期效果。

3.3 钻孔高喷工艺的成功应用

根据试验结果，在全面右副坝施工中全面采用钻孔高喷工艺施工，共完成高喷防渗墙26848.2m2。在施工结束后采用围井检查，围井布置位置、渗透系数见表2：

施工中根据不同的地层进行生产性试验，通过分组抽取式样的方式进行返浆和墙体式样抗压试验，结果表明返浆满足设计要求3MPa的指标；墙体式样抗压强度平均为5.0MPa，最小为2.0MPa，均满足设计要求标准。

通过试验资料说明钻孔高喷工艺在含有大块石的地层中应用，能够克服振孔工艺在这种地层中的不足，并且效果显著，在实际施工中可以穿插使用，以达到互补的效果。

4 振孔高喷施工工艺的应用分析

在尼尔基水利枢纽导流明渠天然砂砾石地层和主坝上游临时围堰、厂房纵向围堰天然和人工填筑砂砾石地层中振孔板墙施工工艺得到广泛应用且取得明显效果，但在右副坝地层复杂、大块石含量较多的地层中无法解决成孔困难的问题而存在局限性，经研究分析主要有以下两方面因素：

4.1 地层因素

振孔高喷工艺主要是靠喷灌一体化和大功率振动锤成孔，最后提升喷射灌浆成墙。其主要优点是在地层中没有大块石的情况下施工效率高、操作简单且施工成本较低，在其适应的地层中应用优势明显。但由于其对地层要求的严格性决定了其应用的局限性，导致其在较大密实度的天然黏土层、较大粒径的砂砾石层和含泥块石层中实施受阻，成孔过程中无法穿过较大的块石层，从而使其在这种地层中应用出现墙体深度不满足设计要求及漏喷导致墙体防渗性能不满足要求等现象。

4.2 工艺设备因素

由于振孔高喷防渗墙施工工艺是刚发展的一种新工艺，因此施工设备、施工工艺还需进一步改进和完善，如果在施工中采用边振孔、边旋转的成孔设备将会比现在的设备只能加大振锤功率、增加风压和水压等要实用和方便得多；施工设备有待结合施工实践进一步研发。

5 结语

（1）振孔高喷板墙工艺，在其适合的地层条件下，具有施工效率高、操作简单、成本低等特点，但在底层较硬和存在粒径较大的孤石、块石地层，会出现墙体深度不满足设计要求及漏喷导致墙体防渗性能不满足要求等形象；（2）振孔高喷板墙施工技术在尼尔基水利枢纽广泛应用，提高了效率，节约了大量成本，表明了该施工工艺技术具有非常明显的经济效益和社会效益；（3）无论是振孔工艺还是钻孔工艺只要根据不同的地层条件互补使用，既能达到设计标准要求，又能提高工作效率，同时也能大量节约成本，只要应用得当，经济和社会效益明显。

参考文献

[1] 白永年，吴士宁，王洪恩.土石坝加固[M].北京：水利电力出版社，1992.

作者简介：赵洪志（1971-），男，辽宁绥中人，中国水利水电第一工程局有限公司高级工程师，研究方向：水利水电施工技术、项目管理。

（责任编辑：王 波）