新疆某输水工程围堰高压旋喷灌浆方案分析

高云峰，杜功宝

(1.黄河万家寨水利枢纽有限公司，山西 太原 030002;2.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222)

1 工程概况

本工程一期围堰布置于北疆BEKN河右岸及河床漫滩处，全长711.256 m，围堰最高处为7.1 m，围堰顶宽6 m，采用高喷灌浆进行防渗处理。沿线地形平坦、开阔，分布高程697 m～702 m，相对高差约5 m。地表分布有厚度5 m～18 m，密度2.09 g/cm3～2.27 g/cm3，渗透系数为2.6×10-1cm/s的第四系全新统冲洪积砂卵砾石层，属强透水层。砾石层以下为奥陶系花岗片麻岩和黑云母石英片岩，存在强风化层和弱风化层，分别为3 m～4 m和8 m～10 m。二期围堰，全长686 m，围堰最高处为9.7 m，围堰顶宽6 m，采用高喷灌浆进行防渗处理。沿线地形平坦、开阔，分布高程696 m～706 m，相对高差约10 m。地表分布有厚度7 m～18 m的第四系全新统冲洪积砂卵砾石层，表层0 m～2.0 m漂石含量较高，相对密度0.59 g/cm3，中等密实,下部结构密实。天然干密度2.09 g/cm3～2.27 g/cm3，渗透系数为2.6×10-1cm/s，属强透水层。砾石层以下为奥陶系花岗片麻岩和黑云母石英片岩，存在强风化层和弱风化层，分别为3 m～4 m和8 m～10 m。

2 施工布置

1)施工用水。

高压旋喷灌浆的施工用水，由设置在一期围堰上游的水泵抽取至临时蓄水池。

2)施工用电。

“三管法”高压旋喷灌浆的设备用电量约500 kW，由左岸下游的800变压器引至上游设置的三级配电箱接引到高喷工作面。

3)施工用风。

高压旋喷灌浆机械施工用风时采用3 m3移动式空压机。

4)制浆站布置。

根据现场条件和具体施工要求，现场设置临时制浆平台，制浆平台拟布置在高压旋喷施工区的下游侧。场地大小6 m×10 m，利用脚手架搭建临时性水泥平台，总面积约为60 m2。站内采用1台水泥制浆机、1台搅拌机、灌浆机等施工设备。

5)污水处理。

高压旋喷灌浆施工中排出的弃水和泥浆应由污水收集池沉淀，然后引至洒水车进行道路洒水，以减少灰尘。

6)施工区布置。

本围堰为临时施工，由于工期相对紧张，采用高压旋喷施工与生产相结合的方式。在一期上游的围堰填筑施工区内选择一个施工区，施工一区界定为：一期0+000.00～0+008.00(WYS1-1～WYS1-11，共计11孔)，施工一区总长8 m，孔距0.8 m，成桩直径1.0 m。

3 施工工艺流程及施工参数选择

3.1 工艺流程

1)造孔。工艺流程：固定孔位轴线→移机就位→钻入岩石1.0 m→强风清孔→下PVC管→拔出套管→保护孔口→完成钻孔。

2)高压旋喷。整体流程为：Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→灌浆效果检测。单孔施工的工艺流程为：钻孔放样定位→钻孔平台及钻机安装→钻孔至设计孔的深度→通过高压喷射灌浆施工封孔回填→通过高喷台车移动孔位置[1]。

3.2 施工方法

在高喷灌浆施工过程中，观察了Ⅰ序孔和Ⅱ序孔的返渣情况，随着作业次序的增进返水明显减小，表明了高喷灌浆在各序孔中具有明显防渗效果，可以达到设计要求。从Ⅰ序孔和Ⅱ序孔的返浆情况看出，随着灌浆次序的增进，地层返浆量逐渐增大，渗漏量不断减小，地层密实度越来越高。因此，高压旋喷灌浆施工适用于本工程围堰防渗，具体施工方法如下：

1)测放孔位。依据控制点进行测量放样，以确定高压旋喷孔的位置，并对各孔位置统一进行编号。

2)钻机造孔。选用GPB-90E钻机/钻神190钻机，钻孔直径146 mm，采用合金钻头和加长钻具进行旋挖成孔，完成钻孔后下放DN110 PVC管，上提外管。

3)下喷射管。首先将高压旋喷台车移到孔口并喷洒地面进行试验。灌浆前，将喷射管下放到所需深度，下放深度与设计深度的误差应小于30 cm，下放喷射管时应该调整井口装置，配合其他工序。

4)制浆。制备浆液时禁止使用不达标的水泥，采用自动搅拌机搅拌泥浆，水泥使用甲供P.O42.5普硅水泥。制浆应严格按照浆液的比重和工艺进行，浆液均匀混合，并需要确定其密度。

5)分别使用高速搅拌机搅拌水泥浆和使用普通搅拌机搅拌水泥浆时，应注意搅拌时间，使用前者的搅拌时间为30 s以上，使用后者的搅拌时间为90 s以上。制备的泥浆使用时间不超过4 h。为了使浆液比重符合要求，在泥浆控制期间应做到均匀进料。

6)制浆站应根据浆液的比重要求制备浆液，并用泵输送，并随时测检浆液比重并进行记录，如果比重发生变化，应增加测检次数。

7)喷射灌浆。首先需要将高压旋喷台车移至孔口喷洒地面进行试验，并临时保护喷嘴，将喷射管按要求下降到需要的深度后，启动高压水泵、空压机、灌浆泵等设备，并调整各工艺参数，当各参数达到要求后，再进行送浆、送水、送气，当回浆从孔口出来后，边喷射，边旋转，边提升，直至喷射完成。

8)孔口回填封浆及封孔。旋喷灌浆结束后，需要向孔内注入泥浆，直至液面稳定[2]，达到设计高程，设计高程以上利用回浆封孔。

9)弃浆排放。排出的弃水和泥浆应由污水收集池沉淀。

3.3 施工参数

土石围堰高喷灌浆采用旋喷灌浆方式，呈单排布置，灌浆底部深入基岩1 m，分两序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，加密孔序间缝隙，孔距0.8 m，成桩直径1.0 m。根据以往工程经验、本工程设计蓝图及相关技术要求，结合工程实际地质情况，在规范范围内初选施工参数，然后通过高压喷射注浆工艺试验来检查灌浆工艺参数设计的合理性、成墙的可靠性，指导后续施工[3-4]。经现场试验，本工程施工时可按表1中的参数进行选择。

表1 高压旋喷灌浆施工工艺参数

4 质量控制与安全检查

4.1 钻孔质量控制与检查

孔位:孔位偏差小于5 cm[5]，孔位应通过测量放样确定，并确保放置在设计钻孔位置的钻杆与钻孔位置的中心对齐。

孔斜:孔斜率不大于1.0%。由于高喷孔深均在25 m以内，在安置好钻机后，需要用水准尺或者罗盘校正机身及钻杆的垂直度。

孔深:完成钻孔后，采用强风清理孔内沉淀物，确保其厚度符合要求。

4.2 高压旋喷质量控制与检查

在注浆时，需要检查喷管的放置深度、现场工艺及施工工序、注浆和回浆密度、风水浆压力等项目。

施工完成3 d～7 d后在施工区进行开挖检查。施工步骤如下：按设计要求检查施工区是否形成良好衔接的帷幕墙，检查固结体均匀性整体性，通过施工过程及检验资料分析高压旋喷灌浆质量[6]。

4.3 安全检查

1)高压旋喷灌浆施工时，需要多种机械相互配合来进行流水作业，在进行作业时，要保证各机械运行正常，避免影响整个灌浆工作。

2)必须认真维护和定期检查各种机械，确保运行中不发生故障，以免影响作业进度。

3)在灌浆作业前，需要调试运行所有的机械设备，并测试其工作参数，避免没达到设计要求而影响作业。

4)在灌浆作业前，需要检查所有管路，以确保管路通畅并对不通畅的管路进行处理。

5)在灌浆作业期间，要随时观察所有机械的工作情况，如果检测到设备运转不正常时，应当立刻停机检查并及时修理。

6)在吊、放喷射管路时，禁止站在管路下方，人员进入工地必须按照要求佩戴安全帽。

7)由于施工现场通常位于水、浆潮湿的地段，人员往往比较多又很集中，所以电气线路应采用电杆架设，在施工人员交接班或处理事故时应切断电源。

8)在施工过程中，施工人员严禁不按照操作规程进行操作，以免造成事故。

4.4 特殊情况处理

4.4.1 冒浆处理

当孔口浆液泄露严重时，需要减缓或停止上升喷射管；需要降低高压水泵的压力和流量，就地进行喷射浆液。

4.4.2 灌浆中断处理

整个孔内应连续进行高喷灌浆，如果中途停止灌浆作业，应重新进行喷浆，并且长度应不小于0.5 m。

4.4.3 其他操作工艺

在下放喷射管之前，为了避免凝结体的连接出现偏差，需要精确确定喷射管下放的深度。1)下放喷射管时要注意避免喷嘴堵塞，利用换低压进行送水、送气、送浆。2)要严格把握浆液冒出孔口的节点，待冒出后再进行提升喷射管，当浆液从孔口不正常冒出或没有冒出时不能提升喷射管。3)在喷射灌浆时，应当随时观察所有机械系统的工作状况，如果有系统出现异常情况时要及时进行处理。4)快速连接并拆除管道，避免钻孔坍塌和喷嘴堵塞。5)在旋喷灌浆作业中，当连接、拆除管道或进行事故处理后，再下放喷射管时，喷射管的下放位置应在原先停止喷浆的高度的基础上再下放20 cm以上，以确保板墙的连贯性。6)在深层喷浆开始时应当旋转和上升喷射管，以免喷射管扭断或者被坍孔掩埋。7)喷浆作业结束后，为了避免钻孔堵塞，影响喷浆效果，应该立刻拔出喷射管并用高压水清洗管路。

5 质量检查结果

1)施工一区3.5 m以上属于换填层，能成桩成墙，具备整体性但不够均匀，成墙效果较一般但满足设计要求。

2)施工一区WYS1-2～WYS1-4孔深3.5 m～4.0 m处属于中间渗漏层，存在骨料架空，无细颗粒填充，空隙大且相对集中，高喷灌浆及堵漏后水泥浆填充不密实，不具成桩成墙效果，堵漏效果不理想，该部位整体不满足设计要求；WYS1-5～WYS1-6孔深3.5 m～4.0 m处属于原始河床砂卵砾石层，相对密实，成桩成墙，满足设计要求。

3)根据高喷灌浆取芯和注水施工检查数据采集表明：施工一区高喷取芯有明显水泥结石，注水0 m～3 m段和9 m～15 m段渗透系数量级为10-6cm/s，满足设计要求，3 m～9 m段由于水流冲刷，成桩效果差，渗透系数量级为10-5cm/s，不满足设计要求，需要进行特殊地段堵漏灌浆后再进行高压旋喷。

4)特殊地段经碎石振冲、双液灌浆处理后进行高压旋喷，检查结果表明，经处理后，注水施工0 m～5 m,5 m～10 m,10 m～17 m段渗透系数量级均为10-6cm/s，满足设计要求。

6 结语

依托新疆某输水工程围堰高压旋喷灌浆施工，设计采用三管法高压旋喷工艺，确定了高压旋喷灌浆的具体施工方法、施工参数、施工质量控制措施，以及土石围堰防渗处理方案。现场施工结果表明，施工一区总体上成墙效果能满足设计要求，但对于骨料架空、无细颗粒填充的中间渗漏层部位，需要进行堵漏灌浆后再进行高压旋喷。