石 峰，毛建新，王 勇

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 武清，301700)

新三管中壓漿往復(fù)高噴成墻施工工法

石 峰，毛建新，王 勇

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 武清，301700)

新三管中壓漿往復(fù)高噴成墻施工處理深層粉細沙層巖溶地基，屬國內(nèi)首創(chuàng)。其工法為采用全液壓潛孔鉆機加扶正器造孔，替代了地質(zhì)回施鉆機垂線孔造孔工藝；新三管法中壓漿往復(fù)噴射施工，解決了高噴施工成孔難、噴嘴易堵等難題，在武都水庫基礎(chǔ)處理中得到成功運用。本文主要介紹了該工法的施工方法及其質(zhì)量控制措施，在類似工程中有推廣價值。

高噴 中壓漿 新三管 砂層 巖溶 武都水庫

四川武都水庫基礎(chǔ)處理工程為國內(nèi)僅有、世界少有的施工難度，在底層廊道KS1沙層段采用常規(guī)帷幕灌漿施工時，出現(xiàn)灌漿效果差、灌后無法成孔等現(xiàn)象，無法形成完整的帷幕墻。為解決這一技術(shù)難題，中國水利水電基礎(chǔ)局、中國水利水電第九工程局聯(lián)合四川省水利設(shè)計院、國電貴陽勘測設(shè)計研究院及國內(nèi)知名水電基礎(chǔ)處理專家開展了技術(shù)創(chuàng)新，取得了深層粉細沙層巖溶基礎(chǔ)處理國內(nèi)首創(chuàng)、國際領(lǐng)先的新工藝，同時形成了全液壓潛孔鉆高精度造孔施工工藝，取代了長期以來地質(zhì)回旋鉆垂線孔造孔工藝。由于該工藝在深層全充填粉細砂層巖溶基礎(chǔ)處理中防滲效果顯著，技術(shù)先進，工效較高，故有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。本文介紹如下。

1 工藝原理及流程

采用全液壓潛孔鉆機加扶正器造孔穿過粉細沙層巖溶，利用高噴機將三重噴管下至巖溶沙層頂部，用高壓水(大于35MPa)、中壓漿(15MPa～20MPa)、中壓風(fēng)(大于0.8MPa)從頂部旋轉(zhuǎn)切割沙層下噴，穿過沙層進入基巖50cm到達底部，待孔口返漿達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)后開始旋轉(zhuǎn)切割上噴，轉(zhuǎn)速與提升或下降速度根據(jù)沙層的密實度確定，利用高壓水和中壓濃漿結(jié)合風(fēng)壓保護水擊和排氣，將粉細砂與水泥漿液結(jié)合在一起，形成密實帷幕防滲墻體。其施工工藝流程如下：

施工準(zhǔn)備→全液壓潛孔鉆機造孔施工→新三管中壓漿下降噴射→新三管中壓漿提升噴射→置換封孔→檢查孔施工。

2 全液壓潛孔鉆造孔施工

造孔孔徑及施工工藝根據(jù)巖石條件、巖溶埋深、粉細砂層厚度等因素確定，可采用全液壓潛孔鉆偏心正循環(huán)帶鋼套段鉆進和直沖反循環(huán)抽沙鉆進，對深層巖溶沙層一般較密實，沙層較薄，一般為5m～20m厚。因為沙層埋深較深，在施工中較易采用直沖反循環(huán)抽沙鉆進，穿過沙層進入基巖0.5m。直沖反循環(huán)鉆孔施工工藝流程見圖1，直沖反循環(huán)成孔鉆孔成孔示意見圖2。

圖1 直沖反循環(huán)鉆孔施工工藝流程

圖2 直沖反循環(huán)鉆孔成孔示意

2.1 施工要求及注意事項

2.1.1 嚴(yán)格控制鉆機開孔精度。為方便鉆機就位和錨固，混凝土蓋板上沿高噴軸線鋪設(shè)兩榀工字鋼，每榀工字鋼的長度與高噴軸線長度一致，用水準(zhǔn)儀對工字鋼進行校平后固定。

2.1.2 根據(jù)施工控制點，利用全站儀現(xiàn)場測量放孔，將要鉆進的高噴孔孔位測放點，高噴孔孔位與設(shè)計孔位偏差不大于2cm。鉆機就位后，用地錨鋼筋將鉆機固定在工字鋼上，校正鉆機立軸進行鉆孔施工，孔口導(dǎo)向管需高出混凝土蓋板20cm，防止鉆孔中流出的細沙倒灌。

2.1.3 鉆進過程中每1.5m加一孔斜扶正器，確保鉆孔精度，同時及時用高精度測斜儀進行孔斜測量。如發(fā)現(xiàn)孔斜超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)孔斜，立即停止鉆進進行糾偏，或?qū)⒃谆靥詈笾匦麻_孔。該造孔工藝孔斜保證率較高，一般情況下不會出現(xiàn)孔斜偏大。

2.1.4 鉆孔到達沙層頂部后，立即起用反循環(huán)鉆程序鉆進，將孔壁部分細沙抽出孔外，作用有兩個方面：(1)可有效阻止細沙封堵潛孔錘氣眼；(2)可減少孔內(nèi)沙量，提高沙層內(nèi)的成孔率。

2.1.5 鉆孔時遇到孔內(nèi)涌水、漏氣、斷層、塌孔、掉塊、洞穴(沙層)等特殊情況，做好詳細記錄，分析鉆孔和地質(zhì)情況后進行相應(yīng)處理。

2.1.6 鉆孔進入沙層后，詳細分析鉆機進度及孔內(nèi)返回的雜質(zhì)，確保鉆孔穿過沙層進入完整基巖50cm，保障后期高噴質(zhì)量。

2.1.7 鉆孔結(jié)束后做好孔口保護，防止施工異物掉進孔內(nèi)，影響下一步高噴施工效果。

2.2 施工方法

鉆孔時采用φ171mm金剛石開孔器開孔，鉆孔深度1.0m左右(具體長度可根據(jù)實際情況確定)，下入φ168mm孔口導(dǎo)向管(長1.2m左右，外漏20cm)，管外用水泥砂漿固結(jié)。然后用φ150mm沖擊器鉆進，鉆穿溶洞頂板后，起用反循環(huán)程序穿過沙層進入基巖0.5m，確保溶洞底部0.5m高噴灌漿的設(shè)計要求。終孔后，起拔鉆桿和沖擊器后，若沙層段出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象不做處理；高噴時采用往復(fù)噴法，如沙層段以上部位出現(xiàn)塌孔，鉆孔可采用正循環(huán)帶鋼套管鉆進，用高壓水清理干凈套管內(nèi)的沉砂后，下入PVC管，最后逐級起拔套管。

2.3 防止鉆孔偏斜的措施

鉆孔偏斜是影響墻體可靠搭接的關(guān)鍵因素，施工時采取以下措施進行防斜。

2.3.1 鉆機加設(shè)底座，力求鉆機工作時保持平穩(wěn)。鉆機就位后，應(yīng)墊穩(wěn)及調(diào)整好鉆機，使開孔鉆具保持鉛垂?fàn)顟B(tài)，用地錨將鉆機與調(diào)試好工字鋼焊接為一體。

2.3.2 隨時校對立軸垂直度，加長粗徑?jīng)_擊器，禁止使用彎曲鉆桿和彎曲的沖擊器，除開孔外，不得使用短沖擊器；沖擊器長度宜保持在2.0m左右，并在鉆進時合理使用鉆進參數(shù)。

2.3.3 鉆孔每1.5m進尺加一個孔斜扶正器，全孔扶正，扶正器直徑與孔徑相同。

2.3.4 鉆孔每5m進行一次孔斜測量。對鉆孔過程適時檢測，如孔斜偏差較大，采取回填封孔法進行糾偏，終孔測斜發(fā)現(xiàn)孔斜大于設(shè)計要求的，作為廢孔處理。因沖擊鉆造孔工效較高(可達5m/h)，糾斜主要采用回填封孔糾斜法；當(dāng)某一孔段偏斜值較大而采用糾斜方法效果不理想時，可采用混凝土封填。由于封填混凝土凝固后與偏斜孔段巖石硬度相等或略高，可避免糾斜鉆進時又回到原偏斜孔段里，因而能取得較好的糾斜效果?？孜豢仔闭`差見表1。

表1 深層巖溶高噴施工潛孔鉆機造孔參數(shù)

3 新三管中壓漿往復(fù)噴射施工

3.1 施工工藝

三管噴射裝置輸送水、氣、漿三種介質(zhì)，分別用高壓水泵、空氣壓縮機、高壓泥漿泵輸送至噴射裝置，三管噴射裝置由三管噴管體、三管噴頭、三管噴嘴組成。高壓噴射注漿的成套設(shè)備分造孔、供水、供氣、供漿、噴注等五大系統(tǒng)和其他配套設(shè)備等六個部分。

3.2 高噴施工主要工序與技術(shù)措施

3.2.1 地面試噴

將高噴機移至孔口處，先進行地面漿、氣、水試噴，檢查各管路是否暢通，檢驗合格后向成孔內(nèi)下入噴射管。

3.2.2 高壓噴射工藝改進

本工程高壓噴射灌漿采用新三管法施工工藝，為新工藝施工，本次高噴孔孔深最深處達80m，施工時要求使用高壓水、高壓漿、壓縮空氣。與常規(guī)三管法相比，該工藝有以下改進：

(1)漿壓由老三管的0.2MPa～1.0MPa改為15MPa～20MPa，進漿密度由常規(guī)新三管法的1.45kg/L～1.50kg/L提升到1.70kg/L～1.75kg/L。施工工藝充分吸取了常規(guī)新老三管高噴的優(yōu)點，進一步加強高噴質(zhì)量；

(2)高噴采用往復(fù)噴射，解決了沙層段成孔難、易堵嘴、噴射時PVC管消耗量大等問題。

3.2.3 具體噴射方法

高噴管下至沙層頂部后，按氣、水、漿順序開啟，待孔口返出水泥漿后，達到回漿標(biāo)準(zhǔn)，開始按參數(shù)要求進行高壓噴射灌漿。高噴灌漿先自上而下均勻連續(xù)進行，穿過沙層到達設(shè)計孔底，回漿達到設(shè)計要求標(biāo)準(zhǔn)后開始自下而上噴射施工。提升過程中因拆卸噴射管而中斷時，重復(fù)高噴灌漿長度不小于0.5m。噴漿中因機械故障中斷時，盡量縮短中斷時間，及早恢復(fù)灌漿，且續(xù)噴時應(yīng)復(fù)噴0.5m，以保證高壓旋噴體的連續(xù)性。如中斷時間超過2h，則應(yīng)掃孔后重新噴射。高噴時具體參數(shù)見表2。

4 工程質(zhì)量檢查及質(zhì)量控制要求

4.1 工程質(zhì)量檢查

高噴結(jié)束后，從孔底逐級起拔噴管，并及時進行孔口補漿，漿液沉淀后采用水泥砂漿置換孔內(nèi)泌水，孔口搗實磨平。其后進行工程質(zhì)量檢查。

工程質(zhì)量檢查應(yīng)以檢查孔壓水試驗結(jié)合物探測試及孔內(nèi)錄像的檢測手段進行，主要對壓水呂榮值和沙層部位取芯抗壓技術(shù)進行分析，以及對工程資料和測試成果進行分析，綜合評定。檢查孔壓水試驗應(yīng)在高噴結(jié)束14d后進行。

4.2 質(zhì)量控制要求

由于高噴施工部位為深層巖溶，故孔斜要求標(biāo)準(zhǔn)高于《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T5200-2004)，其余參數(shù)按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，允許偏差見表3。

表3 高噴造孔允許偏差

高壓噴射灌漿及置換封孔施工質(zhì)量執(zhí)行《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T5200-2004)，其余參數(shù)按規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，允許偏差見表4。

表4 高壓噴射灌漿及置換封孔允許偏差

5 效益分析

本工法中高噴造孔采用全液壓潛孔鉆加扶正器高精度造孔工藝，施工工效較以往回旋鉆垂線孔造孔工藝提高10倍多，常規(guī)造孔工效約0.3m/h，該工法造孔工效達4m/h，最好可達6m/h，施工工期短。且造孔孔斜精度遠高于回旋鉆垂線孔造孔工藝，工程質(zhì)量易保證。因其造孔孔斜精度高，高噴孔間排距可適當(dāng)加寬，可節(jié)約工程投資。

高壓噴射施工采用往復(fù)噴施工工藝，穿越沙層段不需要PVC管護壁或泥漿護壁，較大程度地簡化了施工工序和施工成本，并減少了PVC管對水漿噴射的阻力，更易保證工程質(zhì)量。

6 應(yīng)用實例

四川武都水庫底層帷幕KS1砂層段處理項目：經(jīng)前期下游排帷幕灌漿施工及專項探測，右岸高程574m底層帷幕軸線上分布有粉細砂層，樁號為底洞0+031.00m～底洞0+051.00m、高程498m～518m區(qū)域，沙層埋深約56m到76m，形狀及厚度不規(guī)則，上下游范圍不確定。在該部位下游排帷幕灌漿施工時出現(xiàn)灌后塌孔、孔口返細沙等現(xiàn)象，檢查孔在砂層段不能成孔，常規(guī)水泥帷幕灌漿達不到大壩防滲處理要求。

采用前述施工工法進行基礎(chǔ)處理。鉆孔施工共計有效時間為36d(高噴施工時停止鉆孔)，共計完成鉆孔6190m，投入2臺鉆機，單機月完成強度2600m/月，鉆孔時采用全液壓潛孔鉆機反循環(huán)直沖鉆孔，每鉆進1.5m加一個與孔內(nèi)徑一致的扶正器，每鉆進10m進行一次孔斜檢測，鉆孔將穿過沙層進入基巖0.5m，孔斜檢測最大0.66%，最小的0.15%，孔斜保證率為100%。

高噴采用新三管中壓漿往復(fù)噴施工工藝，對現(xiàn)鉆穿的一序孔進行高噴施工，施工參數(shù)與上述參數(shù)一致，高噴共計完成895m，共計耗水泥953t，單位耗灰1061kg/m。其中，一序孔456m，耗灰551t，單耗1208kg/m；二序孔439m，耗灰402t，單耗918kg/m。對沙層段采用上下往復(fù)噴射施工，在二序孔施工過程中孔內(nèi)返沙相對一序明顯減少，沙層得到有效的凝固和置換。該部位工程于2010年7月8日開工,2010年11月25完工，到目前武都水庫高水位運行2年多時間，該部位各項監(jiān)測指標(biāo)均在設(shè)計容許范圍內(nèi)，處理效果良好。

7 結(jié)語

在武都水庫底層帷幕KS1砂層段處理項目中，創(chuàng)造性地使用新三管中壓漿往復(fù)高噴成性施工工法，成功解決了在深層巖溶中粉細沙層的防滲處理難題，形成的防滲帷質(zhì)量可靠，施工進度更快。該工法具有在類似工程中借鑒推廣的價值。

石 峰(1974-),男，湖南吉首人，高級工程師，主要從事水利水電工程施工技術(shù)管理工作；

毛建新(1969-)，男，貴州興仁人，高級工程師，主要從事水利水電工程施工技術(shù)管理工作；

王 勇(1978-)，男，遼寧葫蘆島人，高級工程師，主要從事水利水電工程施工技術(shù)管理工作。

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