进水闸高喷截渗墙试验技术方案探讨

□张刚强（河南省水利第二工程局）

进水闸高喷截渗墙试验技术方案探讨

□张刚强（河南省水利第二工程局）

龙山大闸除险加固工程南、北干渠进水闸由于地基结构复杂不稳定，需要进行高喷截渗墙施工。合理选择高喷截渗墙试验方法及步骤，及时整理高喷截渗墙试验成果，并将试验成果运用于高喷截渗墙试验墙体施工。同时在施工中提出质量控制要求以及特殊情况的处理方案，从而使整个高喷截渗墙施工质量和进度得以保证。

除险加固；干渠进水闸；高喷截渗墙；试验技术方案

1 工程概况

龙山大闸除险加固工程，设计洪水标准为50 a一遇，设计洪水位57.79 m；校核洪水标准为200 a一遇，校核洪水位58.12 m。南干渠进水闸拆除改建为穿堤涵洞式引水闸，新闸中心线与老闸中心线重合，为满足防洪要求，新筑60 m长堤防连接南龙山和右侧连接堤。进水闸穿堤布置，穿堤涵洞总长34 m。涵洞一联2孔，孔口尺寸3.00 m×3.50 m（宽×高），底板高程50 m。

北干渠进水闸位于西围堤桩号0+902处，原址拆除重建。进水闸主要由引水渠、防洪控制闸、堤下涵洞及消能防冲段组成。防洪控制闸顺水流向总长14 m，钢筋混凝土胸墙式结构，孔口尺寸3.00 m×3.40 m，底板高程50.60 m。防洪控制闸后接14.58 m长钢筋混凝土箱涵，堤顶宽7 m，箱涵顶最大填土高度4.50 m。

2 地质概况

南干渠闸基属土岩双层结构，上部为第四系上更新统冲、洪积物及全新统冲积物，岩性主要为人工填土、中粗砂及淤泥质重壤土等，下伏基岩为安山岩。北干渠闸基属土岩双层结构，上部为第四系全新统冲积物，岩性主要为人工填土、细砂、中粗砂及淤泥质重壤土等，下伏基岩为安山岩。

3 高喷截渗墙试验方法及步骤

3.1 试验目的

本次试验要达到3个目的：选定钻机有效的钻进方法，以保证有效成孔、孔斜率能控制在1%以内；达到要求的技术指标，选定高压旋喷灌浆防渗墙采用的高喷孔孔距；确定本工程高压旋喷灌浆防渗墙采用的高喷施工工艺、有效半径、浆液性能及施工参数，制定相应的操作规程。

3.2 造孔机械

选用XY-2型液压回转式钻机。

3.3 高压旋喷灌浆方法及主要工艺参数

高压旋喷灌浆采用三重管法，采用的主要工艺参数略。

3.4 试验方法

按设计单位的要求和监理人的指示，在防渗墙轴线的起始端，选择一段进行高压喷射灌浆现场施工工艺试验，先形成一段连续的高喷截渗墙。然后在墙体中心线上相邻两孔高喷凝结体的搭接处，布置检查孔进行注水试验，取芯样进行抗压强度试验。初拟试验段布置于防渗墙轴线、南干渠进水闸中心线右侧20～16 m处，根据地质资料该处地质情况具有代表性，孔距0.80、0.95、1.10 m共布置高喷孔4个，底部深入基岩0.80 m，顶部喷灌至设计高程形成一段连续的墙体。

4 高喷截渗墙试验成果

4.1 试验成果报告内容

试验成果报告内容包括：工程概况、试验经过、试验成果及分析意见、施工方法及工艺建议。

4.2 注水试验及渗透系数计算

注水试验采用常水头—注水量求得稳定注水量与稳定常水头值。钻孔注水采用下述公式（非完整孔注水试验）计算渗透系数。

公式中代号意义如下：K—渗透系数（cm/s）； Q—向孔内注入的稳定注水量（m3/s）；R—影响半径，以一半墙体厚度计（m）；r0—钻孔半径（m）；h0—孔内水位至孔底距离（m）；S0—孔内水位至天然地下水位距离（m）。

5 高喷截渗墙试验墙体施工

5.1 施工准备

5.1.1 现场布置

修筑操作平台，整理现场，实现“三通”（水通、路通、电通），备足材料，安排机械进场，进行机械试运转，检测检验设备的计量装置，做好废浆排放措施。

5.1.2 技术准备

现场材料试验，根据选定的浆液比重，进行现场配合比试验。配合比试验成果包括浆液拌制时间、浆液密度、沉淀稳定性等。

5.1.3 技术交底

方案批准后，项目部立即组织施工技术人员对施工班组进行交底。

5.2 主要施工步骤

施工工艺流程：试验孔钻孔→灌浆→查孔钻孔→注水试验→试验成果分析、整理。

5.3 主要施工方法

5.3.1 定孔测量

定孔测量依照试验孔的孔位布置放线进行测量放孔位，单孔的误差≤20 mm，并用木桩进行固定，标识上孔号，同时进行保护。

5.3.2 钻机造孔

用钻机造孔、成孔使用XY-2型地质钻机，该钻机的合金钻头在泥浆护壁状态下回转钻进，基岩采用金刚石钻头。钻机开钻孔前仔细校对孔位，在确认孔位正确后将钻探机具移至钻孔位置，核准孔位，同时用水平尺微调机身至水平，保证立轴垂直和机座水平牢固，测量正确后方才开钻。保证成孔的垂直度。钻进时，如若出现泥浆严重漏失、孔口不返浆的情况，应查明原因，采取有效措施。根据以往施工经验，此时应采取以下处理办法：充填堵漏，停止钻进，开始向孔内投入泥球或掺加2～5 mm机制砂，直至孔内泥浆液面升起时再继续钻进，掺加的原则是先细后粗，先少后多。这种方法不仅是为了顺利钻孔，更重要的是形成反滤，为高喷灌浆提供施工条件。钻孔施工时，要严格控制成孔垂直度。按设计要求测量孔斜，应使孔斜率降至最低，要求孔底偏斜率≤1%，以确保防渗墙的搭接可靠。

5.3.3 下喷射管

将高喷台车移至孔口处，先进行地面试喷。喷射管按要求下到设计深度，误差≤10 cm，同时将井口转动装置调整好，并与其它工序相互配合，做好灌浆前的准备工作。

5.3.4 制浆

不合格的水泥严禁使用，严格按配合比与程序制浆。水泥采用重量称量法，称量误差应＜5%；浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度。施工中随时对现场水泥进行计量。搅拌水泥浆的时间≥95 s，制备用浆液要在4 h内用完。浆液控制过程中应保持均匀上料，使浆液比重保持在设计要求的范围内。制浆站严格按照配比配置浆液，并及时用泵送浆，输送水泥浆的流速1.40～2.00 m∕s，制浆站要30 min测定浆液比重一次，并对制浆量及比重作详细记录。

5.3.5 喷射灌浆

喷射管下至设计深度后，同时启动高压水泵、空压机、泥浆泵等设备，各工艺参数调整到设计要求，送入符合质量要求的水、气、浆，喷射1-3 min，等孔内浆液冒出孔口后，即按设计要求提升、旋转速度，自下而上开始边喷射、边旋转、边提升，一直达到设计的终喷高度再停止喷射并提出喷射管。喷射完成后，应及时将各喷射管冲洗干净，不得留有残渣，防止堵塞管子，尤其是浆液系统更要特别注意。一般是将浆液稀释成水进行连续冲洗，直至管路中出现清水为止。工程孔深不大，不需卸管。喷射过程中应随时检查设备运行状况，做好各环节配合，避免中断。

5.3.6 回灌封孔

喷射结束后，应连续将冒浆回灌至孔内，直至孔内液面不下降为止。非灌浆段利用回浆封填。

5.3.7 弃浆排放

舍弃的浆液用泥浆泵抽排到指定地点。

5.4 特殊情况的处理

5.4.1 冒浆处理

高喷灌浆时，一部分灌浆液由孔壁冒出地面，另一部分灌浆液与地层混合进入地层，俗称冒浆。从流量多少和冒浆成份可大致分析喷射地层情况和灌浆情况。被灌地层、喷射类型及进浆量决定冒浆量的大小。不论过大冒浆和过小冒浆均属不正常，都要及时辨明原因并给予处理。

在灌浆过程中如遇到地层中有较大空隙，会发生不冒浆。此时，应在灌浆材料中加细砂、粘土或中砂，等填充空隙后再继续正常喷射。

过大冒浆，往往是因为注浆量与有效喷射范围内不相匹配。遇此情况，往往采用适当缩小喷嘴孔径或提高喷射压力或适当加快提升速度的办法。

5.4.2 处理凹穴

灌浆完毕浆液在硬化凝固的过程中，浆液表面有时会出现泌水并下陷的现象。凹穴的形成是因为浆液本身成份和重力的作用，往往与浆液的性能、凝结体的直径、深度与土质等因素有关。为避免凹陷，应在灌浆完毕后继续灌浆，待浆液凝固后不出现凹陷为止。

高喷灌浆孔要连续施工，若有中断时，应进行复喷，复喷长度≥0.20 m。在高喷灌浆施工过程中，出现压力骤增或突降，孔口回浆浓度或者浆量异常时，应及时采取措施处理。

供浆正常时，孔口回浆的密度变小不能满足设计要求时，要加大进浆密度或进浆量。当发现串浆时，应把被串孔回填住，待灌浆孔高喷灌浆结束，尽快进行被串孔的清扫和灌浆或继续钻进。严重漏浆时应掺加防止浆液流失，直至返浆正常。

5.5 质量要求

孔深：深入基岩内0.80 m以上；孔斜：钻孔偏斜率＜1%；材料：普通硅酸盐水泥，水泥标号≥42.50级，新鲜无结块；墙体渗透系数：K≤5×10-6；钻孔取芯样室内试验抗压强度≥1MPa。

［1］聂磊.高喷灌浆在船闸施工中的应用［J］.黑龙江科技信息，2009（26）.

［2］尚俊伟，石英杰，欧勇.土工格室在蓄洪区安全建设撤退道路工程软基路段的应用［J］.治淮，2012（6）.

编辑：符 蕾

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