姚自友，逯紅波，伏沛文

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)水電第一總隊(duì)第一支隊(duì)，河北 唐山 063004）

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

呼和浩特抽水蓄能電站位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市東北部的大青山區(qū)，距離呼和浩特市中心約20 km。電站總裝機(jī)容量1 200 MW，裝機(jī)4臺(tái)，單機(jī)容量300 MW。電站建成后接入蒙西電網(wǎng)，在電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用等任務(wù)。

下水庫(kù)位于哈拉沁溝與大西溝交匯處上游，主要建筑物有攔河壩和攔沙壩，總庫(kù)容703.75萬(wàn)m3。攔沙壩和攔河壩均采用碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1 401.00 m，壩頂寬6.0 m。攔沙壩最大壩高51.5 m，壩頂長(zhǎng)200.0 m；攔河壩最大壩高64.0 m，壩頂長(zhǎng)237.0 m。

根據(jù)工程實(shí)際情況，下水庫(kù)圍堰防滲體系采用堰基以下高壓灌漿、堰基以上粘土防滲墻組成的復(fù)合防滲結(jié)構(gòu)體系。

1.2 工程地質(zhì)條件

1.2.1 上游圍堰

上游圍堰區(qū)為較為開(kāi)闊的 “U”形河谷，河谷寬約135 m。河床靠近左岸，高程1 375 m左右，寬約35 m；河床的右側(cè)為河漫灘，高程1 380～1 385 m，寬約100 m。

圍堰區(qū)的基巖主要為片麻狀黑云母花崗巖和斜長(zhǎng)角閃巖，覆蓋層包括河床第四系沖洪積砂卵礫石層和分布在圍堰右岸坡角處的第四系崩坡積物。其中河床砂卵礫石層厚度一般為15～20 m，最大厚度23 m，大致分上下兩層。上層厚約5～10 m，巖性為卵礫石、漂石，其中漂石的粒徑一般為15～20 cm，最大可達(dá)1.5 m，含量約25%；卵礫石粒徑多為5～15 cm，次棱角狀和次圓狀含量約61%；砂含量11%；泥含量約3%。下層厚度約6～16 m，巖性主要為礫質(zhì)砂層，河床部位砂層最厚，向兩側(cè)變薄，砂層主要以中粗砂為主，其間含有卵、礫石和少量漂石，漂石、礫石、砂含量分別約為10%、38%和52%，漂石的粒徑一般小于20 cm，卵礫石的粒徑一般為5～10 cm。圍堰區(qū)構(gòu)造以裂隙為主，巖石風(fēng)化卸荷不嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化帶厚約5～8 m，自然邊坡巖體基本穩(wěn)定。

圍堰區(qū)地下水主要是覆蓋層孔隙水及兩岸基巖裂隙水?？紫稘撍饕植加诤哟矝_洪積砂卵礫石層中，兩岸基巖裂隙水補(bǔ)給河水，河床地下水位一般在1 375 m左右。河床砂卵礫石層的滲透系數(shù)為9～13 m/d，屬?gòu)?qiáng)透水巖層，按上、下游水位差16 m初步計(jì)算，圍堰地基覆蓋層的滲漏量約為11 000 m3/d。

強(qiáng)風(fēng)化片麻狀花崗巖體屬中～強(qiáng)透水層，弱風(fēng)化巖體為弱～中透水層，下部微新巖體一般為微～極微透水層。

1.2.2 下游圍堰

下游圍堰區(qū)為較開(kāi)闊的 “U”形河谷，河谷寬度一般為80 m，現(xiàn)河床靠近左岸，寬約40 m，高程1 355 m，河床的右側(cè)分布有哈拉沁溝緩坡?tīng)詈勇?，高? 357～1 363 m，寬約40 m。

圍堰區(qū)的基巖主要為片麻狀黑云母花崗巖和斜長(zhǎng)角閃巖，覆蓋層包括河床第四系沖洪積砂卵礫石層和分布在圍堰兩岸坡角處的第四系崩坡積物。其中河床砂卵礫石層厚度一般為15～20 m，大致可分為上下兩層，上層巖性主要是卵礫石、漂石，厚約10～15 m，其中漂石的粒徑多為15～30 cm，最大可達(dá)2 m，含量約33%；卵礫石粒徑以5～15 cm為主，含量約50%；砂含量15%；泥含量3%左右。下層厚度約6～8 m，巖性為礫質(zhì)砂層，以中粗砂為主，含卵、礫石和少量漂石，其中漂石體積含量約占10%，礫石含量約占42%，砂含量48%。圍堰區(qū)構(gòu)造以NE、NW兩組裂隙為主，巖石風(fēng)化卸荷不嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度約為5～8 m，兩岸自然邊坡基本穩(wěn)定。

圍堰區(qū)地下水主要是覆蓋層孔隙水及兩岸基巖裂隙水?？紫端饕植加诤哟矝_洪積砂卵礫石層中，兩岸基巖裂隙水補(bǔ)給河水，地下水位一般在1 355 m左右。河床砂卵礫石層的滲透系數(shù)為13～19 m/d。按上、下游水位差6 m初步計(jì)算，圍堰地基覆蓋層滲漏量約為20 000 m3/d。

基巖片麻狀花崗巖體屬弱透水層，弱風(fēng)化巖體為中等透水層，下部微新巖體為微～極微透水層。

2 圍堰設(shè)計(jì)及施工方案

2.1 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)樞紐布置特點(diǎn)、壩址地形地質(zhì)條件和水文特征等，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的邊界條件，采用的圍堰滲透結(jié)構(gòu)體系為：上游圍堰堰基高壓旋噴灌漿（以下簡(jiǎn)稱 “高噴灌漿”）、上部粘土心墻，下游圍堰采用高噴灌漿。

2.2 高壓旋噴防滲墻施工

2.2.1 施工方案

施工方案為：①上游圍堰堰基高噴灌漿施工。清理現(xiàn)有地面并找平，碾壓后進(jìn)行堰基以下高噴灌漿，地面高程為1 385～1 387 m，灌漿孔底高程約為1 352 m，最大孔深33～35 m。②下游圍堰高噴灌漿施工。在堰頂直接進(jìn)行高噴施工，最大孔深27.7 m。③灌漿采用三管法旋噴形式。

2.2.2 灌漿孔布置及工藝參數(shù)

高噴灌漿孔布設(shè)在堰體中心線上，上下游圍堰均布置單排孔，孔距0.8～1.0 m，分兩序施工。采用潛孔鉆鉆孔，套管跟進(jìn)，終孔后下入硬質(zhì)PVC花管。

灌漿水壓30～50 MPa，漿壓1.5～2.0 MPa，氣壓0.7～0.8 MPa，采用32.5普通水泥，漿液密度1.6～1.7 g/cm3，提升速度為6～12 cm/min。

2.2.3 灌漿材料

高壓噴射漿液采用普通硅酸鹽水泥拌制，強(qiáng)度不低于32.5 MPa。為減緩水泥漿液沉淀速度，在水泥中摻加3%水泥質(zhì)量的膨潤(rùn)土和3%膨潤(rùn)土質(zhì)量的碳酸鈉。遇漏漿和吃漿量大的孔位時(shí)灌注水玻璃。

采用三重管法噴射注漿的水灰比為0.8∶1。漿液存放時(shí)間為：當(dāng)環(huán)境氣溫在10℃以下時(shí)不超過(guò)5 h；在10℃以上時(shí)不超過(guò)3 h；當(dāng)漿液的存放時(shí)間超過(guò)有效時(shí)間時(shí)，按降低強(qiáng)度等級(jí)使用或按廢漿處理。

2.2.4 終孔深度的確定

終孔深度的確定原則是按設(shè)計(jì)要求鉆入強(qiáng)風(fēng)化基巖下限1.0 m。根據(jù)設(shè)計(jì)地層勘探報(bào)告結(jié)合地質(zhì)鉆機(jī)取芯判定。

高噴灌漿孔軸線每20 m左右劃分為一個(gè)單元工程，每個(gè)單元工程在一序孔中選定1個(gè)先導(dǎo)孔。在每個(gè)單元工程內(nèi)必須先完成先導(dǎo)孔的施工。

根據(jù)先導(dǎo)孔返出的粉顆粒和進(jìn)尺速度變化，初步判斷進(jìn)入基巖1.0 m左右時(shí)，應(yīng)采用地質(zhì)巖芯鉆在先導(dǎo)孔內(nèi)取0.3～0.5 m長(zhǎng)巖芯，由地質(zhì)監(jiān)理確認(rèn)達(dá)到終孔要求后，該先導(dǎo)孔的深度就代表該單元工程的設(shè)計(jì)深度，其他孔按此深度控制。

2.2.5 現(xiàn)場(chǎng)高壓噴射注漿試驗(yàn)

選擇地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段，并按室內(nèi)試驗(yàn)選定的漿液配合比進(jìn)行高壓定噴和高壓旋噴灌漿工藝試驗(yàn)，以選定布孔方式、孔距、孔深以及噴射流量、壓力、旋速和提升速度等工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)束后，鉆取芯樣進(jìn)行固結(jié)體的均勻性、整體性、強(qiáng)度和滲透性等試驗(yàn)。

2.2.6 施工特殊情況及處理

（1）噴射灌漿應(yīng)由下而上連續(xù)進(jìn)行。接、卸換管時(shí)動(dòng)作要迅速，防止坍孔和堵塞噴嘴；接、卸換管及事故處理后，下管位置應(yīng)比原停噴高度下落20～50 cm，進(jìn)行復(fù)噴搭接，以保證墻（樁）的上下連貫。

（2）在插入旋噴管前先檢查高壓水與空氣噴射情況，各部位密封圈是否封閉，插入后先做高壓水射水試驗(yàn)，合格后方可噴射漿液。如因塌孔插入困難時(shí)，可用低壓（0.1～2 MPa）水沖孔，但必須把高壓水噴嘴用塑料布包裹，以免被泥土堵塞。

（3）噴射過(guò)程中發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)停止提升和旋噴，以防樁體中斷，同時(shí)立即進(jìn)行檢查，排除故障；如發(fā)現(xiàn)有漿液噴射不足影響樁體的設(shè)計(jì)直徑時(shí)，應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴。

（4）大量漏漿和冒漿處理。在旋噴過(guò)程中，往往有一定數(shù)量的土粒隨著漿液沿噴射管管壁冒出地面。通過(guò)對(duì)冒漿的觀察，可以及時(shí)了解土層狀況、旋噴的大致效果和旋噴參數(shù)的合理性等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，冒漿（內(nèi)有土粒、水及漿液）量小于注漿量20%為正常現(xiàn)象，超過(guò)20%或完全不冒漿時(shí)，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)措施：①地層中有較大空隙引起不冒漿或嚴(yán)重漏漿的，可在漿液中摻加適量的速凝劑，縮短固結(jié)時(shí)間，使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)凝固；另外，還可在空隙地段增大注漿量，填滿空隙后再繼續(xù)正常旋噴。②冒漿量過(guò)大的主要原因一般是有效噴射范圍與注漿量不相適應(yīng)，注漿量超過(guò)旋噴體凝結(jié)所需的漿量所致。減少冒漿量的措施有提高噴射壓力、適當(dāng)縮小噴嘴孔徑或減小注漿量、加快提升和旋轉(zhuǎn)速度三種。對(duì)于冒出地面的漿液，如能迅速進(jìn)行過(guò)濾、沉淀、除去雜質(zhì)和調(diào)整濃度，達(dá)到要求后可回收利用。但回收處理后的漿液中難免會(huì)有砂粒，故只有三重管旋噴注漿法可以利用冒漿再注漿。

（5）在含粘粒較少的地層中進(jìn)行高噴灌漿時(shí)，孔口回漿經(jīng)處理后方可重復(fù)使用；在粘性土或軟塑-流塑狀淤泥質(zhì)土層中，孔口回漿不宜重復(fù)使用。

3 高噴灌漿施工質(zhì)量控制措施

高噴灌漿施工質(zhì)量控制措施主要有以下幾點(diǎn)：

（1）鉆孔鉆機(jī)要穩(wěn)固，開(kāi)孔前校正鉆孔垂直度，鉆孔偏斜不得超過(guò)1%。

（2）下噴射管前應(yīng)進(jìn)行地面試噴，檢查機(jī)械及管路運(yùn)行情況。

（3）圍堰堰體高噴灌漿過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制孔底原位噴射，返漿后再提升。

（4）在孔口返漿量小或不返漿的情況下，應(yīng)停止提升噴射管，繼續(xù)輸漿并加濃漿液，若仍無(wú)效時(shí)，應(yīng)從孔口回填細(xì)砂，直至孔口返漿。

（5）在鉆孔過(guò)程中應(yīng)較準(zhǔn)確記住大漂石的位置，在噴射過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)降低提升速度，先在正常壓力下噴射，然后將壓力降低30%進(jìn)行重復(fù)噴射，盡量提高漂石四周的密實(shí)度。

（6）嚴(yán)格分次序施工，一序孔灌漿結(jié)束7 d后，相鄰的二序孔方可施工。

4 高噴防滲墻工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

4.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)DL/T 5200—2004《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》第5.0.3條的要求，高噴墻合格技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 高噴墻墻體性能指標(biāo)

4.2 檢查孔布設(shè)情況

高噴灌漿結(jié)束14 d后，按照防滲面積小于1 000 m2為一單元打一檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查孔孔深視具體情況確定，孔徑不宜小于91 mm，芯樣應(yīng)予暫時(shí)保留。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果

高壓旋噴灌漿結(jié)束后，在上游圍堰及下游圍堰共計(jì)打了3個(gè)檢查孔進(jìn)行注水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。表 2 中滲透系數(shù)計(jì)算公式為 kh=[qln（2L/D）]/（2×3.14LHc），式中，D為鉆孔直徑，cm；L為試驗(yàn)段長(zhǎng)度，cm；Hc為靜水頭，cm；q為注水流量，cm3/s。試驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行了檢查，攔沙壩壩基開(kāi)挖至1 358 m高程，圍堰上游水位穩(wěn)定在1 375 m左右，基坑中未出現(xiàn)較大滲漏情況，證明在含有較多漂石、塊石的地層中，鉆孔時(shí)對(duì)大塊石進(jìn)行精確定位，在高噴施工時(shí)在塊石底部和頂部控制提升速度，采取變壓施工等綜合措施后，所形成的高噴體可以達(dá)到較好的防滲效果。

表2 檢查孔注水試驗(yàn)成果