新三管中压浆往复高喷成墙施工工法

石 峰，毛建新，王 勇

(中国水电基础局有限公司，天津 武清，301700)

新三管中压浆往复高喷成墙施工工法

石 峰，毛建新，王 勇

(中国水电基础局有限公司，天津 武清，301700)

新三管中压浆往复高喷成墙施工处理深层粉细沙层岩溶地基，属国内首创。其工法为采用全液压潜孔钻机加扶正器造孔，替代了地质回施钻机垂线孔造孔工艺；新三管法中压浆往复喷射施工，解决了高喷施工成孔难、喷嘴易堵等难题，在武都水库基础处理中得到成功运用。本文主要介绍了该工法的施工方法及其质量控制措施，在类似工程中有推广价值。

高喷 中压浆 新三管 砂层 岩溶 武都水库

四川武都水库基础处理工程为国内仅有、世界少有的施工难度，在底层廊道KS1沙层段采用常规帷幕灌浆施工时，出现灌浆效果差、灌后无法成孔等现象，无法形成完整的帷幕墙。为解决这一技术难题，中国水利水电基础局、中国水利水电第九工程局联合四川省水利设计院、国电贵阳勘测设计研究院及国内知名水电基础处理专家开展了技术创新，取得了深层粉细沙层岩溶基础处理国内首创、国际领先的新工艺，同时形成了全液压潜孔钻高精度造孔施工工艺，取代了长期以来地质回旋钻垂线孔造孔工艺。由于该工艺在深层全充填粉细砂层岩溶基础处理中防渗效果显著，技术先进，工效较高，故有明显的社会效益和经济效益。本文介绍如下。

1 工艺原理及流程

采用全液压潜孔钻机加扶正器造孔穿过粉细沙层岩溶，利用高喷机将三重喷管下至岩溶沙层顶部，用高压水(大于35MPa)、中压浆(15MPa～20MPa)、中压风(大于0.8MPa)从顶部旋转切割沙层下喷，穿过沙层进入基岩50cm到达底部，待孔口返浆达到设计标准后开始旋转切割上喷，转速与提升或下降速度根据沙层的密实度确定，利用高压水和中压浓浆结合风压保护水击和排气，将粉细砂与水泥浆液结合在一起，形成密实帷幕防渗墙体。其施工工艺流程如下：

施工准备→全液压潜孔钻机造孔施工→新三管中压浆下降喷射→新三管中压浆提升喷射→置换封孔→检查孔施工。

2 全液压潜孔钻造孔施工

造孔孔径及施工工艺根据岩石条件、岩溶埋深、粉细砂层厚度等因素确定，可采用全液压潜孔钻偏心正循环带钢套段钻进和直冲反循环抽沙钻进，对深层岩溶沙层一般较密实，沙层较薄，一般为5m～20m厚。因为沙层埋深较深，在施工中较易采用直冲反循环抽沙钻进，穿过沙层进入基岩0.5m。直冲反循环钻孔施工工艺流程见图1，直冲反循环成孔钻孔成孔示意见图2。

图1 直冲反循环钻孔施工工艺流程

图2 直冲反循环钻孔成孔示意

2.1 施工要求及注意事项

2.1.1 严格控制钻机开孔精度。为方便钻机就位和锚固，混凝土盖板上沿高喷轴线铺设两榀工字钢，每榀工字钢的长度与高喷轴线长度一致，用水准仪对工字钢进行校平后固定。

2.1.2 根据施工控制点，利用全站仪现场测量放孔，将要钻进的高喷孔孔位测放点，高喷孔孔位与设计孔位偏差不大于2cm。钻机就位后，用地锚钢筋将钻机固定在工字钢上，校正钻机立轴进行钻孔施工，孔口导向管需高出混凝土盖板20cm，防止钻孔中流出的细沙倒灌。

2.1.3 钻进过程中每1.5m加一孔斜扶正器，确保钻孔精度，同时及时用高精度测斜仪进行孔斜测量。如发现孔斜超过设计标准孔斜，立即停止钻进进行纠偏，或将原孔回填后重新开孔。该造孔工艺孔斜保证率较高，一般情况下不会出现孔斜偏大。

2.1.4 钻孔到达沙层顶部后，立即起用反循环钻程序钻进，将孔壁部分细沙抽出孔外，作用有两个方面：(1)可有效阻止细沙封堵潜孔锤气眼；(2)可减少孔内沙量，提高沙层内的成孔率。

2.1.5 钻孔时遇到孔内涌水、漏气、断层、塌孔、掉块、洞穴(沙层)等特殊情况，做好详细记录，分析钻孔和地质情况后进行相应处理。

2.1.6 钻孔进入沙层后，详细分析钻机进度及孔内返回的杂质，确保钻孔穿过沙层进入完整基岩50cm，保障后期高喷质量。

2.1.7 钻孔结束后做好孔口保护，防止施工异物掉进孔内，影响下一步高喷施工效果。

2.2 施工方法

钻孔时采用φ171mm金刚石开孔器开孔，钻孔深度1.0m左右(具体长度可根据实际情况确定)，下入φ168mm孔口导向管(长1.2m左右，外漏20cm)，管外用水泥砂浆固结。然后用φ150mm冲击器钻进，钻穿溶洞顶板后，起用反循环程序穿过沙层进入基岩0.5m，确保溶洞底部0.5m高喷灌浆的设计要求。终孔后，起拔钻杆和冲击器后，若沙层段出现塌孔现象不做处理；高喷时采用往复喷法，如沙层段以上部位出现塌孔，钻孔可采用正循环带钢套管钻进，用高压水清理干净套管内的沉砂后，下入PVC管，最后逐级起拔套管。

2.3 防止钻孔偏斜的措施

钻孔偏斜是影响墙体可靠搭接的关键因素，施工时采取以下措施进行防斜。

2.3.1 钻机加设底座，力求钻机工作时保持平稳。钻机就位后，应垫稳及调整好钻机，使开孔钻具保持铅垂状态，用地锚将钻机与调试好工字钢焊接为一体。

2.3.2 随时校对立轴垂直度，加长粗径冲击器，禁止使用弯曲钻杆和弯曲的冲击器，除开孔外，不得使用短冲击器；冲击器长度宜保持在2.0m左右，并在钻进时合理使用钻进参数。

2.3.3 钻孔每1.5m进尺加一个孔斜扶正器，全孔扶正，扶正器直径与孔径相同。

2.3.4 钻孔每5m进行一次孔斜测量。对钻孔过程适时检测，如孔斜偏差较大，采取回填封孔法进行纠偏，终孔测斜发现孔斜大于设计要求的，作为废孔处理。因冲击钻造孔工效较高(可达5m/h)，纠斜主要采用回填封孔纠斜法；当某一孔段偏斜值较大而采用纠斜方法效果不理想时，可采用混凝土封填。由于封填混凝土凝固后与偏斜孔段岩石硬度相等或略高，可避免纠斜钻进时又回到原偏斜孔段里，因而能取得较好的纠斜效果。孔位孔斜误差见表1。

表1 深层岩溶高喷施工潜孔钻机造孔参数

3 新三管中压浆往复喷射施工

3.1 施工工艺

三管喷射装置输送水、气、浆三种介质，分别用高压水泵、空气压缩机、高压泥浆泵输送至喷射装置，三管喷射装置由三管喷管体、三管喷头、三管喷嘴组成。高压喷射注浆的成套设备分造孔、供水、供气、供浆、喷注等五大系统和其他配套设备等六个部分。

3.2 高喷施工主要工序与技术措施

3.2.1 地面试喷

将高喷机移至孔口处，先进行地面浆、气、水试喷，检查各管路是否畅通，检验合格后向成孔内下入喷射管。

3.2.2 高压喷射工艺改进

本工程高压喷射灌浆采用新三管法施工工艺，为新工艺施工，本次高喷孔孔深最深处达80m，施工时要求使用高压水、高压浆、压缩空气。与常规三管法相比，该工艺有以下改进：

(1)浆压由老三管的0.2MPa～1.0MPa改为15MPa～20MPa，进浆密度由常规新三管法的1.45kg/L～1.50kg/L提升到1.70kg/L～1.75kg/L。施工工艺充分吸取了常规新老三管高喷的优点，进一步加强高喷质量；

(2)高喷采用往复喷射，解决了沙层段成孔难、易堵嘴、喷射时PVC管消耗量大等问题。

3.2.3 具体喷射方法

高喷管下至沙层顶部后，按气、水、浆顺序开启，待孔口返出水泥浆后，达到回浆标准，开始按参数要求进行高压喷射灌浆。高喷灌浆先自上而下均匀连续进行，穿过沙层到达设计孔底，回浆达到设计要求标准后开始自下而上喷射施工。提升过程中因拆卸喷射管而中断时，重复高喷灌浆长度不小于0.5m。喷浆中因机械故障中断时，尽量缩短中断时间，及早恢复灌浆，且续喷时应复喷0.5m，以保证高压旋喷体的连续性。如中断时间超过2h，则应扫孔后重新喷射。高喷时具体参数见表2。

4 工程质量检查及质量控制要求

4.1 工程质量检查

高喷结束后，从孔底逐级起拔喷管，并及时进行孔口补浆，浆液沉淀后采用水泥砂浆置换孔内泌水，孔口捣实磨平。其后进行工程质量检查。

工程质量检查应以检查孔压水试验结合物探测试及孔内录像的检测手段进行，主要对压水吕荣值和沙层部位取芯抗压技术进行分析，以及对工程资料和测试成果进行分析，综合评定。检查孔压水试验应在高喷结束14d后进行。

4.2 质量控制要求

由于高喷施工部位为深层岩溶，故孔斜要求标准高于《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》(DL/T5200-2004)，其余参数按规范标准执行，允许偏差见表3。

表3 高喷造孔允许偏差

高压喷射灌浆及置换封孔施工质量执行《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》(DL/T5200-2004)，其余参数按规范标准执行，允许偏差见表4。

表4 高压喷射灌浆及置换封孔允许偏差

5 效益分析

本工法中高喷造孔采用全液压潜孔钻加扶正器高精度造孔工艺，施工工效较以往回旋钻垂线孔造孔工艺提高10倍多，常规造孔工效约0.3m/h，该工法造孔工效达4m/h，最好可达6m/h，施工工期短。且造孔孔斜精度远高于回旋钻垂线孔造孔工艺，工程质量易保证。因其造孔孔斜精度高，高喷孔间排距可适当加宽，可节约工程投资。

高压喷射施工采用往复喷施工工艺，穿越沙层段不需要PVC管护壁或泥浆护壁，较大程度地简化了施工工序和施工成本，并减少了PVC管对水浆喷射的阻力，更易保证工程质量。

6 应用实例

四川武都水库底层帷幕KS1砂层段处理项目：经前期下游排帷幕灌浆施工及专项探测，右岸高程574m底层帷幕轴线上分布有粉细砂层，桩号为底洞0+031.00m～底洞0+051.00m、高程498m～518m区域，沙层埋深约56m到76m，形状及厚度不规则，上下游范围不确定。在该部位下游排帷幕灌浆施工时出现灌后塌孔、孔口返细沙等现象，检查孔在砂层段不能成孔，常规水泥帷幕灌浆达不到大坝防渗处理要求。

采用前述施工工法进行基础处理。钻孔施工共计有效时间为36d(高喷施工时停止钻孔)，共计完成钻孔6190m，投入2台钻机，单机月完成强度2600m/月，钻孔时采用全液压潜孔钻机反循环直冲钻孔，每钻进1.5m加一个与孔内径一致的扶正器，每钻进10m进行一次孔斜检测，钻孔将穿过沙层进入基岩0.5m，孔斜检测最大0.66%，最小的0.15%，孔斜保证率为100%。

高喷采用新三管中压浆往复喷施工工艺，对现钻穿的一序孔进行高喷施工，施工参数与上述参数一致，高喷共计完成895m，共计耗水泥953t，单位耗灰1061kg/m。其中，一序孔456m，耗灰551t，单耗1208kg/m；二序孔439m，耗灰402t，单耗918kg/m。对沙层段采用上下往复喷射施工，在二序孔施工过程中孔内返沙相对一序明显减少，沙层得到有效的凝固和置换。该部位工程于2010年7月8日开工,2010年11月25完工，到目前武都水库高水位运行2年多时间，该部位各项监测指标均在设计容许范围内，处理效果良好。

7 结语

在武都水库底层帷幕KS1砂层段处理项目中，创造性地使用新三管中压浆往复高喷成性施工工法，成功解决了在深层岩溶中粉细沙层的防渗处理难题，形成的防渗帷质量可靠，施工进度更快。该工法具有在类似工程中借鉴推广的价值。

石 峰(1974-),男，湖南吉首人，高级工程师，主要从事水利水电工程施工技术管理工作；

毛建新(1969-)，男，贵州兴仁人，高级工程师，主要从事水利水电工程施工技术管理工作；

王 勇(1978-)，男，辽宁葫芦岛人，高级工程师，主要从事水利水电工程施工技术管理工作。

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