錢怡

摘要：該工程地質(zhì)條件復(fù)雜，廠房尾水處多為砂礫石為主, 圍堰枯水期河水位300.6m。河床部位為人工雜填砂礫石、沖積砂卵礫石層及淤砂層所覆蓋,對圍堰常規(guī)處理，施工難度極大,滲水處理比較困難；但通過高壓旋噴灌漿施工的順利實(shí)施。從目前基坑抽水情況來看，高壓旋噴灌漿施工達(dá)到了預(yù)期防滲效果。為確保高壓旋噴灌漿施工的順利實(shí)施，本文介紹了旋噴灌漿施工過程中各主要工序的質(zhì)量控制，為類似于此工程的高壓旋噴灌漿施工有較好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：水電站；高噴灌漿；施工工藝

引言

荔金水電站位于習(xí)水河下游官渡鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址以上流域面積1230km，多年平均流量23.3m/s，河長93.5km，河道加權(quán)平均比降9.5，流域形狀系數(shù)0.141。工程主要建筑物有攔河壩、動力渠道、隧洞、壓力前池、壓力管道及發(fā)電廠房等。河床布置4臺貫流式水輪發(fā)電機(jī)組廠房。電站裝機(jī)容量140MW，工程規(guī)模屬Ⅲ等中型工程，樞紐主要建筑物為3級。高噴孔設(shè)計(jì)孔徑為140mm，雙排布孔，排距2.0m、孔距1.0m，孔深入基巖0.5m，采用全液壓多功能工程鉆機(jī)配合氣動沖擊器偏心跟管鉆進(jìn)成孔，兩管法自下而上旋噴成墻。

1 施工難點(diǎn)

1)圍堰較窄同時(shí)需交通進(jìn)行，造成施工場地狹窄，施工機(jī)具布置緊湊，相互干擾較大，在一定程度上影響了正常的高噴施工。

2)砂礫石結(jié)構(gòu)松軟，礫石粒徑以小于2mm的居多，漿液滲透能力較高。其開孔高程比河面水位低，存在自然水位差。因此，造孔形成后孔口涌水量及涌水壓力非常大，給噴灌帶來了很大影響。造孔完成后，在起鉆桿的過程中由返水壓力帶出的小粒徑砂礫石卡在鉆頭與套管之間，從而在起鉆的過程中把套管或PVC護(hù)壁管帶起來，造成塌孔與廢孔事故發(fā)生。

3)在噴灌過程中受涌水的影響，漿液擴(kuò)散極不穩(wěn)定，孔口返漿較大。這樣，灌漿時(shí)效就相對較低，水泥耗量大，其人工工時(shí)及機(jī)械臺時(shí)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超定額發(fā)生。

2施工技術(shù)

針對上述施工難點(diǎn)，在施工過程中通過實(shí)踐與摸索，采用了以下施工技術(shù):

1)、根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，選用全液壓多功能工程鉆機(jī)(阿特拉斯A66CBT)配合氣動沖擊器偏心跟管鉆進(jìn)成孔，由于造孔形成后孔口涌水量及涌水壓力非常大，起鉆桿過程中易產(chǎn)生事故導(dǎo)致發(fā)生報(bào)廢孔。因此，在鉆至終孔時(shí)，起鉆前一定要將孔底的殘留余渣吹盡以防止砂礫石進(jìn)入套管造成卡鉆。

2）、鉆機(jī)或旋噴機(jī)就位時(shí)機(jī)座要平穩(wěn)，立軸或轉(zhuǎn)盤與孔位對正，傾角與設(shè)計(jì)誤差一般不得大于0.5° 3）、在下入PVC管前，先用無紡布將PVC管底部密封住，以避免殘留余渣進(jìn)入PVC管從而影響下一步的高噴施工質(zhì)量。如在起拔套管過程中，因孔口涌水過大促使PVC管也被隨同帶出情況時(shí)，由于PVC管是底部是全密封的，可在管內(nèi)注入適量水增加自重來避免這一情況的發(fā)生。

4)、為解決在噴灌過程中受涌水的影響，漿液擴(kuò)散極不穩(wěn)定，孔口返漿較大這一問題，在施工中只有降低噴灌提速、旋轉(zhuǎn)頻率并且適當(dāng)加大漿液濃度待孔口返漿穩(wěn)定后方可恢復(fù)到正常施工狀態(tài)。

5）、 冒漿的處理，在旋噴處理中，往往有一定數(shù)量的土粒，隨著一部分漿液沿著注漿管壁冒出地面。通過對冒漿的觀察，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)實(shí)驗(yàn)，冒漿（內(nèi)有土粒、水及漿液）量小于注漿量的20%為正常。超過20%或完全不冒漿時(shí)，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的措施。

3施工工藝

3.1施工方法

二管法是用高壓泥漿泵產(chǎn)生35～40MPa或更高壓力的漿液，用壓縮空氣機(jī)產(chǎn)生0.7～0.8MPa的壓縮空氣，漿液和壓縮空氣通過具有兩個(gè)通道的噴射管，在噴射管底部側(cè)面的同軸雙重噴嘴中同時(shí)噴射出高壓漿液和空氣兩種射流，沖擊破壞土體，在高壓漿液射流和它外圍環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體的能量比單管法顯著增大，噴嘴一邊噴射一邊旋轉(zhuǎn)和提升，最后在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結(jié)體。

3.2施工工藝流程

場地平整壓實(shí)→布孔、鉆機(jī)就位→校準(zhǔn)角度、造孔→測斜→下PVC管、起拔導(dǎo)管→高噴臺車就位→試噴、下噴具→靜噴、噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺車移位。

3.3主要技術(shù)參數(shù)

高噴板墻在不同地層的滲透性能和抗壓強(qiáng)度，按表1的要求進(jìn)行控制。

表1高噴板墻性能指標(biāo)要求

地層 滲透系數(shù)K/(cm/s)透水率q/Lu 抗壓強(qiáng)度/MPa

粉土層 i×10－5 <10.5～2.0

砂土層 i×10－5 <1 1.5～5.0

礫石層i×10－5～i×10－5≤5 3～10.0

卵(碎)石3×10-4－～i×10-4 10～1 3～10.0

3.4鉆孔

鉆孔施工采用全液壓多功能工程鉆機(jī)配合氣動沖擊器偏心跟管鉆進(jìn)成孔的工藝進(jìn)行，沖擊鉆頭采用(130～152)mm合金球齒偏心鉆頭，跟進(jìn)套管采用140mm無縫鋼管，絲扣連接;用高風(fēng)壓空壓機(jī)供風(fēng)。鉆進(jìn)過程中，詳細(xì)準(zhǔn)確記錄鉆孔時(shí)遇到的各種現(xiàn)象，根據(jù)返碴情況、鉆進(jìn)速度、鉆機(jī)及沖擊器運(yùn)行情況判斷地層分層深度、地下水位、漂卵石的分布、埋深及架空、漏失、動水等情況。鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，取出全部鉆具，再從140mm跟進(jìn)套管中下入薄壁100mm的PVC管護(hù)壁，然后起拔140mm跟進(jìn)套管。記錄員認(rèn)真校測鉆具長度及PVC護(hù)壁管下置深度，檢查是否與孔深相符，并由質(zhì)檢員會同監(jiān)理人進(jìn)行復(fù)核。鉆進(jìn)結(jié)束后，孔口應(yīng)妥善保護(hù)，并根據(jù)鉆孔情況繪制簡易鉆孔柱狀圖及說明供高噴灌漿使用。

3.5漿液配制

高噴漿液采用的水泥為P·O42.5普通硅酸鹽水泥，要求水泥細(xì)度通過4900孔/cm2，篩余量≤5%。主要灌漿材料及漿液配合比根據(jù)設(shè)計(jì)要求和試驗(yàn)結(jié)果確定。施工漿液的拌制時(shí)間、漿液密度、漿液流動性、漿液的沉淀速度和沉淀穩(wěn)定性、漿液的凝結(jié)時(shí)間(初凝和終凝)以及漿液固結(jié)體密度、強(qiáng)度、彈性模量和透水性均通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室測試。漿液存放時(shí)間:當(dāng)環(huán)境氣溫在10℃以下時(shí)，存放時(shí)間不超過5h;當(dāng)環(huán)境氣溫在10℃以上時(shí)，存放時(shí)間不超過4h;當(dāng)漿液存放時(shí)間超過有效時(shí)間時(shí)，按監(jiān)理人指示進(jìn)行處理。

采用高速攪拌槽攪制漿液時(shí)，攪拌時(shí)間不少于7min。漿液在使用前應(yīng)充分過濾，自制備到用完的時(shí)間應(yīng)不超過4h。在供漿過程中遇到故障，應(yīng)立即通知噴灌作業(yè)人員停止提升噴具，待事故妥善處理后再進(jìn)行噴灌作業(yè)。供漿過程中應(yīng)隨時(shí)用比重秤測量漿液密度，工作結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)該孔的各種灌漿材料用量。

3.6高噴灌漿

1)高噴灌漿施工工序臺車行走、就位及調(diào)試→噴具組裝及檢查→地面試噴→下噴具→靜噴、噴灌→孔口注漿、回灌、封孔→高噴臺車移位。

2)高噴采用XL-50旋噴鉆機(jī)灌漿，當(dāng)噴具下入到設(shè)計(jì)深度后，啟動旋擺機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)水漿的流量、壓力和旋擺機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，使之達(dá)到設(shè)計(jì)值，待孔口返漿密度符合要求后，開始提升，邊旋轉(zhuǎn)邊提升，自下而上噴射灌漿，直至孔口停噴。在高噴灌漿過程中，要時(shí)刻注意檢查施工機(jī)具運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，風(fēng)水漿的流量、壓力，進(jìn)漿、回漿密度及旋轉(zhuǎn)、提升速度等參數(shù)是否符合要求。

3)高噴灌漿結(jié)束后，由專人負(fù)責(zé)用棄漿進(jìn)行孔口注漿，直到回填密實(shí)，漿面不再析水下沉為止。

4)特殊情況的處理高噴因故中斷后應(yīng)停止提升，記錄中斷深度，并盡快恢復(fù)。若短時(shí)間不能恢復(fù)的，應(yīng)提出噴具，用水沖洗干凈。待故障處理后，將噴具下入原中斷位置以下1.0m左右繼續(xù)進(jìn)行噴射灌漿。在漂卵石(塊、碎石)架空地層、透鏡體砂層和地下水中施噴時(shí)采用以下措施進(jìn)行處理:

①下噴具前，預(yù)先注入膏狀泥漿進(jìn)行噴灌前堵漏;

②噴具停止提升，靜壓注漿，直到孔口返漿符合要求為止;

③在孔底靜噴較時(shí)長間后，如果孔口仍然不返漿，為了防止噴具被埋住，可采用間隔提升的辦法，即全參數(shù)切割地層→提升一定高度→靜噴→全參數(shù)切割地層，待返漿后將風(fēng)、漿等參數(shù)調(diào)整至正常值繼續(xù)進(jìn)行噴灌;

④降低噴射壓力，增大供漿量，加濃漿液，孔口摻砂、水玻璃和鋸末等措施。供漿正常情況下，孔口回漿密度變小、回漿量增大，應(yīng)降低風(fēng)壓并加大進(jìn)漿密度或進(jìn)漿量。高噴灌漿應(yīng)全孔連續(xù)作業(yè)。高噴灌漿過程中，出現(xiàn)壓力突降或驟增、孔口回漿濃度或回漿量異常等情況時(shí)，應(yīng)查明原因，及時(shí)處理。高噴過程中若相鄰孔串漿，將串漿孔封堵后繼續(xù)進(jìn)行，待高噴灌漿結(jié)束后，盡快對被串孔進(jìn)行掃孔至原鉆孔深度。接、卸、換管要快，并作好噴具接頭保護(hù)，防止噴具堵塞和鑄管。接、卸、換管后的下管，比原停噴高度下落1.0m，確保墻體能上下連接。對于地層中出現(xiàn)的厚度50cm以上的大塊(漂、孤)石的孔段進(jìn)行高噴灌漿時(shí)，為了確保漿液對大孤石的裹履效果，使用靜噴，加大供漿量、復(fù)噴等方法，以利于在大孤石處保證成墻效果。下噴具過程中如出現(xiàn)下不到底時(shí)，采用通風(fēng)、水、漿并旋轉(zhuǎn)噴具的方法處理，使噴具下到設(shè)計(jì)深度。噴具不能下到設(shè)計(jì)深度時(shí)重新造孔。

4施工檢查和效果分析

1)施工質(zhì)量檢查

通過對所有鉆孔的孔位偏差、孔斜偏差、孔內(nèi)沉積物厚度以及高噴中噴具入孔深度、高壓水壓力、水量、空壓機(jī)氣壓、氣量、水泥漿漿量、漿壓、進(jìn)漿和返漿密度提、升速度、旋轉(zhuǎn)速度等的檢查結(jié)果表明高噴灌漿質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，施工的過程控制符合規(guī)范要求。

2)施工效果分析(見表2)

表2 高噴灌漿耗材單元

從表2中看出:出水渠段右導(dǎo)墻基礎(chǔ)高噴灌漿平均單耗量590kg/m，其中:二排Ⅱ序孔灌漿單耗量大，主要是此處施工為已澆筑混凝土蓋板，大量的地表水從混凝土底部和覆蓋層間的接觸面涌出，導(dǎo)致此處的覆蓋層比較松散，高噴時(shí)大漿液量從接流觸面失所致。其他部分的灌漿單耗量較小，主要原因是原為狀第四紀(jì)千年古河床沉積，地層比較密實(shí)，實(shí)際噴灌時(shí)，一排和二排的Ⅰ，Ⅱ序孔返漿都比較大，故耗灰量比較小，符合高噴灌漿規(guī)律。

5結(jié)束語

文章根據(jù)水電站工程具體情況，介紹了深層覆蓋層下的兩管法旋噴處理砂礫石層所采用的施工技術(shù)、施工工藝等，并對施工效果進(jìn)行了簡要的分析和評價(jià)。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。