高压旋喷施工技术在固滴水电站砂卵砾石层中的应用

摘要：本文详细论述了高压旋喷施工技术在深覆盖层砂卵石河床中的运用，成功解决在砂卵砾石层建坝，为类似工程的施工提供参考和借鉴。

关键词：高压旋喷;施工技术

引言：

近年来，随着防渗技术的不断进步及工程设计中的实际需要，高压旋喷技术为越来越多的工程所采用，但对于地质复杂的深覆盖层砂卵石河床使用单纯的高压旋喷技术不能完全满足坝基防渗的要求。笔者就固滴水站围堰及大坝基础处理的成功经验，对深覆盖层砂卵石河床采用高压旋喷施工技术进行了初步研究和探讨。

1、工程概况

固滴水电站系水洛河干流（额斯～捷可）水电规划“一库十一级”的第六个梯级，上游接钻根水电站，下游接新藏水电站，闸址位于四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县境内麦日俄西村下游4km的河段，厂址位于白水河口上游约0.7km处。坝址处控制流域面积7249km2，多年平均流量为107m3/s。电站采用引水式开发，枢纽工程由混凝土闸坝、右岸引水隧洞及地下发电厂房组成。正常蓄水位2311m，最大坝高17.5m。水洛河固滴电站大坝坝址位于勒米沟上游约4km处，河流总体流向S42°～47°E，坝址区一 般枯期河水位2301.5m，水面宽23m～35m。两岸 山体雄厚，左岸地形整齐，右岸上、下游均有冲沟 切割，两岸分水岭高程4000m ～4500m，河谷切深2000m～2500m，属构造侵蚀高山地貌，河谷横断面呈“V”型。

河床内有近期人工堆积的弃渣，河床覆盖层的层位大致可分为三层，①层为近期坝肩人工开挖碴土，由块石夹卵砾石、碎石粘土组成，结构松散，主要分布于河床表面，勘察期间厚度1.8～3.6m，受开挖及清运影响，厚度变化较大。②层为上部层崩冲积层，由漂、块石及卵砾石、碎石组成，局部为卵砾石及孤石，结构较松散、局部具架空现象，厚度4～8.3m，坝基河床均有分布。③层下部崩冲积层，由卵砾石、卵砾石夹块碎石及砂层透镜体组成、局部夹块碎石透镜体，一般稍密至中密，部分密实，厚度7～12.5m。该地层中夹有多个砂层透镜体。建基面置于③层，透水性中等，有两层粉细砂层分布，存在渗透破坏可能，需进行坝基防渗处理。

由于河床砂卵石覆盖层较厚，为保证基坑有良好的施工條件，大坝基础防渗采用双排高喷灌浆和单排静压灌浆联合防渗施工方案，钻孔深度进入基岩下1.0m。

2、高压旋喷灌浆施工技术

根据设计图纸，大坝基础高压旋喷区域为闸前铺盖及冲砂泄洪闸闸室段（坝横0+026. 50m ～ 0+060. 50m、坝纵 0-007. 50m ～ 0+030. 50m）的砂 卵石覆盖层范围，总分为7个区进行髙喷作业。高喷孔间排距为2.0mx2.0m，设计钻孔深度 1. 5m ～ 10. 5m，钻孔总数294个，设计钻孔总长2185m，高喷总深度2185m。本次高压旋喷灌浆 方法，采用“三重管高喷灌浆法”。

2.1施工方法与施工程序

高压旋喷灌浆按分区、分排、分序、加密的原则进行施工，先施工下游排孔，再施工上游排孔。相邻孔施工间隔时间不少于48小时。施工程序为场地平整 测量放线 修建浆液回收池 钻机就位 跟管钻进 下PVC管置换套管 高压喷浆 静压回灌封孔 钻机移位。高喷灌浆工程施工程序见图2-1：

2.2高喷施工方法与喷射参数

2.2.1高喷方法

本工程采用“三管法旋喷”施工工艺，孔距为2m，摆角360°

2.2.2 高压喷射参数

该基础灌浆采用二序高喷灌浆，孔距为200cm，其它施工技术参数见下表2-1，采用的材料性能参数等要求表2-2：

2.2.3旋喷施工工艺、主要工序及技术措施

（1）喷具组装及检查 高喷灌浆施工采用“三管法”，通过专用螺栓连接，连接处用尼龙垫密封。喷具组装完毕后进行试喷，水压力超过40Mpa，5min无异常即可结束试喷，并保护好喷嘴。

（2）下喷具：将喷具下入到PVC管护壁的孔内，并确保喷具下入到终孔深度，喷具嘴用胶带密封，以免下设时堵嘴。

（3）高喷灌浆必须在钻孔验收合格后进行。

（4）当喷具下入到终孔深度后，按先通浆、后通风、水的顺序施工，先进行原位喷射，待孔口返浆正常后，边旋转边提升。

（5）喷射作业采用自下而上连续施工。中途拆卸喷管时应进行复喷，复喷搭接长度不得小于0.2m，当喷射中途中断时间超过30min以上，复喷搭接长度不得小于0.5m。在喷浆过程中，要时刻注意检查风、水、浆的流量、旋转、提升速度等各项参数是否符合要求。

（6）机具清洗：每喷射完一孔后，用清水冲洗机具及喷管喷头，以免管路堵塞。

（7）孔口回灌：高喷结束后，孔内注浆至孔口，或将下一孔段的孔口返浆引入已完成高喷的孔内，进行回填，直至孔口浆液不再下降为止。

2.3高压喷射灌浆施工技术要点

2.3.1管路、旋转活接头和喷嘴等必须拧紧，达到安全密封;水泥浆液、高压水和压缩空气各管路系统均应不堵不漏不串。设备系统安装后，必须经过运行试验，试验压力要达到工作压力的1.5～2.0倍。

2.3.2钻机安放应保持水平，旋喷管的允许斜度不得大于1.5%。

2.3.3喷管进入预定深度后应先进行试喷，待达到预定压力、流量后，再提升旋喷。中途发生故障，应立即停止提升和旋喷，以防止桩体中断。同时进行检查，排除故障。若发现浆液喷射不足，影响桩体质量时，要进行复喷，施工中应做好详细记录。复喷时，将喷杆下入中断处以下50cm，如喷杆下不到位，采取扫孔再喷射的措施。

2.3.4旋喷水泥浆液必须严格过滤，防止水泥结块和杂物堵塞喷嘴及管路。

2.3.5旋喷结束后要进行压力注浆，以补填桩柱凝结收缩后产生顶部空穴。每次施工完毕后，必须立即用清水冲洗旋喷机具和管路，检查磨损情况，如有损坏零部件应及时更换。

2.3.6高压喷射作业过程中，应经常测试水泥浆液的进浆和回浆比重。当浆液比重与设计比重值超过10%时，立即停止喷灌，重新调整浆液水灰比，且经现场监理工程师批准后实施。

2.3.7喷射过程中，要按设计文件要求或监理工程师指示经常检查、调整高压泥浆泵或低压混浆泵的压力，浆液流量、空压机风压和风量，钻机旋转和提升速度以及实际的浆液耗用量。当冒浆量超过20%或完全不冒浆时，则在浆液中加入速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定地层范围内凝固，同时增大注浆量，减慢提升速度或进行静喷，直至正常为止。

2.3.8若冒浆过大，采取提高喷射压力，加快提升速度，但应经现场监理工程师批准，同时对冒出地面的浆液进行过滤，沉淀去杂质，再回收利用。

2.4施工特殊情况及处理方法

（1）高喷因故中断后应停止提升，记录中断深度，并尽快恢复。若短时间不能恢复的，应提出喷具，用水冲洗干净。待故障处理后，将喷具下入原中断位置以下0.5m继续进行喷射灌浆。

（2）高喷过程中若相邻孔串浆，应将串浆孔封堵后继续进行，高喷结束后将串浆孔扫孔至原钻孔深度。

（3）喷射中，接、卸、换管后的下管时，要比原停喷高度下落30～50cm，以使墙体能上下连接。

（4）在孤（漂）卵石架空地层和地下动水中施喷时采用以下措施进行处理：

1）.喷具停止提升，静压注浆，直到孔口返浆符合要求为止。

2）.降低喷射水压和风压，增大供浆量，加浓浆液，孔口掺砂、水玻璃等措施。

3）.可在以上处理方法的同时，孔口添加一趟浆液进行填充处理。

4）.为了防止喷具被埋住，可采用间隔提升的办法（复喷），待返浆后将风、水、浆等参数调整至规定值正常提示。

（5）在厚度50cm以上大块石（漂、孤石）的孔段进行高喷灌浆时，为了确保浆液对大块石的裹袱效果，要求降低提升速度、风压和水压，并加大供浆量。

（6）高喷过程中，若出现孔口不冒气、不返浆。可采取如下处理方法：静喷，降低水压至15MPa以下，加大水泥浆供浆量至70L/min以上，加浓浆液水灰比至0.5：1。同时，孔口采用高压清水辅助掺加中粗砂，加砂应注意速度，避免造成喷嘴堵塞，适当时候可上下活动喷杆，如此持续15～20分钟无效果时，则采用在高压水泵储水桶里添加水玻璃方式继续处理，水玻璃与水混合比例可以从8：1～2：1（体积比），掺入量应遵循由少到多逐渐增加，原则上不赞成从孔口直接倾倒水玻璃的方式处理大漏失孔（段）。直到孔口正常返浆方可恢复正常喷射压力和按照规定速度提升。

（7）孔口间断返浆，返浆量达不到规定值

此种情况可判断为孔内存在中、小漏失通道，停止提升，静喷，加浓浆液，孔口可根据漏失情況适当加砂（采用水力冲射），当采用此方法处理15min以上无效果时，可慢速（4～5 cm/min）提升50cm后静喷1～3min或下钻至原来深度复喷。

（8）孔口返浆浓度不够，比重达不到规范要求

孔口返稀浆、返水，这种现象分两种情况分别处理：

（a）短暂停止供风，如果浆液快速下沉，可初步判断为漏失，则按照3.3.5.1方法进行处理。

（b）如果停风后浆液不下沉，可在高压水泵储水桶内适当掺入水玻璃（与水混合体积比10：1～8：1）稀释后通过高压水压入地层，孔口视情况可适当掺砂，这种情况可慢速（4～5cm/min）提升，直到返浆比重和返浆量达到正常标准后再按照规定的速度提升。

3.成果分析

大坝闸基浆材耗用量如下表3.1-1所示

由表3.1-1分析可得如下结果：Ⅱ序高压旋喷灌浆孔单位注入量小于Ⅰ序高压旋喷灌浆注入量，因施工顺序为先Ⅰ序后Ⅱ序，Ⅰ序施工时，部分水泥流失（接触层吸浆、断层吸浆及裂隙吸浆等）。在吸浆部位饱和时，Ⅱ序的单位注浆量小 于Ⅰ序单位注浆量，由此看出，本次高压旋喷施工参数满足设计要求，为高压旋喷桩质量奠定了基础。

4.结束语

随着科学技术的不断发展，高压旋喷灌浆在 软弱地基加固处理中得到不断推广和应用，在实际施工过程中，应优先选用国际上比较先进的设备和施工工艺，根据实际地质情况通过现场试验确定合理的、适合工程特点的施工参数，在先进施工设备的保证下，通过控制施工工艺达到确保施工质量的目的。固滴水电站闸坝基础经过高压旋喷处理后，经抗压、压水试验检测，高压旋喷防渗效果良好，完全达到了预期的目的。经运行期观测，大坝下游无渗水点，固滴水电站坝基高压旋喷施工技术参数是比较合适的，施工方法是有效的。

参考文献：

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作者简介：罗远纯，1965年5月3日，男，汉，贵州遵义，大学本科，高级工程师，从事水利水电勘察。