杜彩霞

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 千年水庫(kù)壩基高壓噴射防滲墻施工情況概述

千年水庫(kù)位于呂梁市離石區(qū)境內(nèi)，包括水庫(kù)樞紐和供水工程兩部分。水庫(kù)樞紐由大壩、導(dǎo)流泄洪洞、溢洪道、供水工程取水口等組成。大壩為碾壓式均質(zhì)土壩。大壩最高壩高38 m，壩頂總長(zhǎng)344.2 m，總庫(kù)容608萬(wàn)m3。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑膲位貙右曰旌贤谅咽蚵咽旌贤翞橹?，其頂部土層覆蓋層較厚，所以對(duì)該段土層不進(jìn)行高噴灌漿，只對(duì)土層以下的混合土卵石或卵石混合土進(jìn)行高噴灌漿，形成防滲體。

根據(jù)千年水庫(kù)大壩主體工程的合同文件和施工規(guī)范的要求，在主體工程開工前，先進(jìn)行高壓旋噴防滲墻試驗(yàn)施工，施工結(jié)果驗(yàn)證了擬定的高壓旋噴灌漿技術(shù)參數(shù)能夠保證本工程的施工質(zhì)量，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的高噴灌漿墻體滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s、墻體結(jié)石強(qiáng)度5～15 MPa，故采用了高壓旋噴防滲墻施工方案。

2 高壓噴射灌漿試驗(yàn)方案的實(shí)施及結(jié)果分析

2.1 高壓旋噴防滲墻試驗(yàn)區(qū)域和施工方法的選定

主體工程高壓旋噴防滲墻位于大壩防滲軸線樁號(hào)起止為FS0＋307～FS0＋432段，本段根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑牡貙忧闆r，其頂部土層不進(jìn)行高噴灌漿，只對(duì)土層以下混合土卵石或卵石混合土進(jìn)行高噴灌漿，形成防滲體。試驗(yàn)區(qū)域選擇與主體工程地層類似的地段進(jìn)行此次高壓旋噴灌漿試驗(yàn)，選擇在壩體下游排水棱型體的右側(cè)，其地質(zhì)條件與高噴防滲墻軸線的地層（卵石層）相似，開挖上部土體后進(jìn)行高噴試驗(yàn)。

本次高壓旋噴防滲墻試驗(yàn)采用設(shè)計(jì)提供的二管法，以漿液作為噴射流的方法進(jìn)行，施工中采用了分序加密的原則分兩序進(jìn)行了鉆噴，及先鉆噴Ⅰ序孔，最后鉆噴Ⅱ序孔，板墻墻體凝結(jié)7 d后進(jìn)行了檢查孔靜水頭壓水試驗(yàn)，14 d后在圍井下游側(cè)開挖查看并鑿取墻體獲取墻體凝結(jié)強(qiáng)度等方法進(jìn)行了檢查。

2.2 高壓旋噴防滲墻試驗(yàn)施工工藝

1）鉆孔定位

本次高噴灌漿試驗(yàn)共分兩排，總計(jì)21個(gè)孔，其中試驗(yàn)高噴灌漿孔16個(gè)，封底封頂孔4個(gè)，壓水試驗(yàn)檢查孔1個(gè)。高噴防滲墻體按照設(shè)計(jì)要求設(shè)7個(gè)孔與其余9個(gè)孔形成圍井墻體。另外，為形成一個(gè)完整封閉的圍井，還需要檢查孔周圍鉆4個(gè)孔。試驗(yàn)孔按照設(shè)計(jì)提供的孔距1.5 m及排距0.8 m布置，按照分序加密呈梅花型布置的原則在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了孔位定位。高壓旋噴防滲墻試驗(yàn)孔孔位布置見圖1。

2）鉆孔

圖1 高壓旋噴防滲墻試驗(yàn)孔孔位布置圖

高噴灌漿試驗(yàn)孔采用了300型地質(zhì)鉆機(jī)，并嚴(yán)格按照分序的原則進(jìn)行了鉆進(jìn)，及先鉆Ⅰ序孔，最后鉆Ⅱ序孔。

鉆孔工作在高噴灌漿施工中占有極其重要的作用，因此從孔向、孔序、孔徑、孔深以及制漿護(hù)壁等方面都將進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，保證了鉆孔質(zhì)量。

（1）孔向：鉆機(jī)安裝牢固平穩(wěn)，并用水平儀找平；鉆機(jī)立軸和孔口管的方向與設(shè)計(jì)孔向一致；開孔時(shí)輕壓慢鉆，當(dāng)鉆至一定深度后改用較長(zhǎng)的粗徑鉆具鉆進(jìn)。

（2）孔序：嚴(yán)格按照了分序加密的原則進(jìn)行了鉆進(jìn)。

（3）孔徑：為保證Φ50 mm的高壓噴射管順利下放到設(shè)計(jì)孔底，選用了大口徑的Φ108 mm合金鉆頭進(jìn)行了鉆進(jìn)。

（4）孔深：開挖平臺(tái)以下12 m。

（5）制漿護(hù)壁：由于鉆孔地層以混合土卵石層為主，為了防止鉆孔坍塌，在鉆孔過(guò)程中使用了親水性好、分散性高、穩(wěn)定性、黏著性及可塑性強(qiáng)的黏土和膨潤(rùn)土進(jìn)行了制漿護(hù)壁。

3）臺(tái)車就位

保證高噴臺(tái)車的孔口裝置和鉆孔同一軸心，用水平儀找平。當(dāng)臺(tái)車就位后檢查氣、漿管路，然后試噴，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，開始準(zhǔn)備下噴射管。

4）下噴射管

下管過(guò)程中，為防止泥砂堵塞漿、氣噴嘴，對(duì)其纏上膠布進(jìn)行了保護(hù)，然后緩慢下放噴射管直到孔底。

5）高噴灌漿

本工程高噴灌漿設(shè)計(jì)為360°旋噴，成墻后墻體成柱狀體。

（1）參數(shù)設(shè)定

水泥漿液按照水灰比1∶1進(jìn)行攪拌制漿；漿液流量及噴射流壓力通過(guò)高壓灌漿泵無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制；氣壓力及流量通過(guò)空壓機(jī)調(diào)壓閥進(jìn)行控制；旋轉(zhuǎn)速度及提升速度通過(guò)調(diào)整高噴臺(tái)車上無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)分別進(jìn)行控制；漿液密度分為進(jìn)漿比重和冒漿比重，均用人工采用比重計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

（2）噴射提升及成墻

當(dāng)噴射管下至孔底后，開始靜噴。靜噴系將高壓灌漿泵、空壓機(jī)、高噴臺(tái)車等全部灌漿機(jī)械全部運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)噴射管向孔內(nèi)注入純水泥漿液以及壓縮氣，當(dāng)灌漿壓力、氣壓力、旋轉(zhuǎn)速度、漿流量、進(jìn)漿密度等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，且孔口冒漿比重不小于1.2 g/cm3時(shí)，按設(shè)計(jì)擬定的提速噴嘴一面提升，一面進(jìn)行旋噴。旋噴時(shí)，漿液噴射流沿著自下而上和旋轉(zhuǎn)的復(fù)合作用切削地層，在切削攪拌、升揚(yáng)置換、充填擠壓、滲透凝結(jié)以及旋轉(zhuǎn)離心力和重力的作用下，形成柱狀凝結(jié)體墻體。

當(dāng)噴嘴噴至離孔口1.0 m處時(shí)停噴，提出噴射管。灌漿結(jié)束后利用后一個(gè)孔的冒漿對(duì)前一個(gè)孔進(jìn)行靜壓回灌，回灌結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為孔口液面不再下降。

在檢查孔周圍鉆4個(gè)孔，孔深12 m，對(duì)其下部2 m和上部2 m進(jìn)行高噴，封閉圍井底部和頂部。

（3）高噴灌漿質(zhì)量控制

高噴灌漿屬于隱蔽工程，為了保證工程質(zhì)量，施工中對(duì)各個(gè)施工環(huán)節(jié)都進(jìn)行了嚴(yán)格的控制。首先保證進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的水泥均有廠家提供的水泥出廠合格證和化驗(yàn)單，并對(duì)所進(jìn)水泥進(jìn)行了抽樣檢測(cè)，其質(zhì)量符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求；其次對(duì)噴射提升環(huán)節(jié)進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，進(jìn)漿比重通過(guò)灰漿攪拌桶上的水位刻度以及重量法稱出水泥進(jìn)行配比，回漿比重每隔10 min用比重計(jì)測(cè)量一次，始終保持了進(jìn)漿比重不小于1.5 g/cm3，回漿比重不小于1.2 g/cm3，高壓灌漿泵、空壓機(jī)以及高噴臺(tái)車設(shè)有專職技術(shù)員進(jìn)行操作，各個(gè)技術(shù)參數(shù)均滿足高噴試驗(yàn)方案的要求。

由于施工中對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行了嚴(yán)格控制，所以高噴灌漿試驗(yàn)孔無(wú)一例質(zhì)量事故的發(fā)生。高壓旋噴防滲墻試驗(yàn)孔設(shè)計(jì)及施工技術(shù)參數(shù)對(duì)比見表1。

2.3 高壓旋噴防滲墻試驗(yàn)孔檢查驗(yàn)收

表1 高壓旋噴防滲墻試驗(yàn)孔設(shè)計(jì)及施工技術(shù)參數(shù)對(duì)比表

高噴灌漿試驗(yàn)孔完成后，通過(guò)檢查孔靜水頭壓水試驗(yàn)、墻體兩側(cè)開挖以及墻體凝結(jié)強(qiáng)度三種方法對(duì)墻進(jìn)行了檢查。

1）檢查孔靜水頭壓水試驗(yàn)

高噴灌漿試驗(yàn)孔完成7 d后，在墻體中心位置進(jìn)行了檢查孔鉆孔，檢查孔深度10.00 m，墻體頂部至自然地面之間有1.0 m土層，然后下入10 m長(zhǎng)的花管?；ü芘c封頂層凝結(jié)體用水泥密封。

花管與凝結(jié)體完成密封后，施工技術(shù)人員利用1 d時(shí)間向檢查孔內(nèi)不計(jì)量地注水，讓墻體內(nèi)水流處于一個(gè)穩(wěn)定的流量狀態(tài)，并于次日進(jìn)行了靜水頭壓水試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)開始前，先用量杯將套管內(nèi)注滿清水，然后開始?jí)核囼?yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，隨時(shí)向套管內(nèi)注入清水，使水面與套管口始處于同一水平面上，并每5 min測(cè)讀一次注入量。當(dāng)測(cè)讀數(shù)據(jù)符合施工規(guī)范要求后，結(jié)束壓水試驗(yàn)。本次壓水試驗(yàn)共測(cè)讀數(shù)據(jù)4組，詳見檢查孔壓水試驗(yàn)注入量數(shù)據(jù)成果一覽表（表2）。

根據(jù)水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范（DL/T 5148-2001），取最小流量0.155 L/min為計(jì)算用穩(wěn)定流量。

高壓旋噴防滲墻防滲性能檢查是通過(guò)《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》（DL/T5200—2004）附錄B滲透系數(shù)公式來(lái)驗(yàn)證的。公式如下：

表2 檢查孔壓水試驗(yàn)注入量數(shù)據(jù)成果一覽表

式中：K——滲透系數(shù)，m/d；

Q——穩(wěn)定流量，L/min；

t——高噴墻平均厚度，m；

L——圍井周邊高噴墻軸線長(zhǎng)度，m；

H——圍井內(nèi)試驗(yàn)水位至井底的深度，m；

h0——地下水位至井底的深度，m。

開挖后墻體平均厚度t為0.86 m，L為12.1 m，H為10 m，h0為5.7 m，結(jié)合滲透系數(shù)公式，求得滲透系數(shù) k=0.000 47 m/d，即 k=0.5×10-6cm/s。

2）墻體兩側(cè)開挖

檢查孔壓水試驗(yàn)完成后，一周以后進(jìn)行了對(duì)高噴墻體下游側(cè)深度3.0 m的開挖。

從墻體現(xiàn)場(chǎng)開挖來(lái)看，下游側(cè)SY2-5、SY2-6、SY2-7噴柱樁徑平均為1.25 m，未搭接。開挖測(cè)量數(shù)據(jù)詳見板墻墻體下游側(cè)開挖測(cè)量數(shù)據(jù)成果一覽表（表3）。

3）墻體凝結(jié)強(qiáng)度

表3 板墻墻體下游側(cè)開挖測(cè)量數(shù)據(jù)成果一覽表

開挖檢查完成后，分別在墻體不同的位置不同深度采取試塊，并送往試驗(yàn)室作抗壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為7.8 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求的5～15 MPa。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

1）檢查孔壓水試驗(yàn)滲透系數(shù)k=0.5×10-6cm/s，符合設(shè)計(jì)要求的小于1×10-6cm/s。

2）從防滲墻現(xiàn)場(chǎng)開挖以及結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)可以明顯看到：（1）同一排上噴柱之間未能搭接上，排之間梅花型布置能夠搭接。（2）卵石層由于漂石粒徑過(guò)大，漿液噴射流在噴射過(guò)程中根本就不能將其切割，使卵石與卵石縫隙之間以及卵石的背流面，水泥漿液難以充填，造成墻體沒有搭接上，達(dá)不到設(shè)計(jì)所要求墻體最小厚度要求的標(biāo)準(zhǔn)。

土層和過(guò)渡層墻體厚度能滿足設(shè)計(jì)要求，卵石層中墻體搭接不上的原因有四種：第一、設(shè)計(jì)提供的孔距過(guò)大，已超出漿液噴射流有效的噴射范圍之外。第二、從墻體開挖的現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，地層中含漂石過(guò)多過(guò)大，漿液噴射流很難將其切割。第三、噴射提速在卵石地層中提升相對(duì)過(guò)快，造成噴射流在同一地段噴射切割地層次數(shù)減少。第四、漿液噴射壓力相對(duì)較小，導(dǎo)致有效的噴射范圍縮短。

以上所述四種原因，都是導(dǎo)致此次高噴防滲墻墻體在卵石地層中搭接不上的直接因素。根據(jù)以往類似工程豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，原因分析中第三條噴射提速以及第四條噴射壓力通過(guò)改進(jìn)應(yīng)該能夠保證該工程在卵石層中高噴灌漿的質(zhì)量，所以導(dǎo)致卵石層中墻體搭接不上的最主要因素是該地層中含有較多較大的漂石以及設(shè)計(jì)提供的孔距過(guò)大。

3）分別在墻體不同的位置不同深度采取試塊，并送往試驗(yàn)室作抗壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為7.8 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求的5～15 MPa。

4）根據(jù)本報(bào)告表3中提供的單孔有效噴射直徑最小1.21 m以及上述內(nèi)容的分析，為了保證本工程高噴防滲墻的質(zhì)量，調(diào)整孔距為1.0 m，其余技術(shù)參數(shù)采用設(shè)計(jì)參數(shù)。

3 大壩壩基高噴灌漿的施工

大壩壩址右岸黃土臺(tái)地下古河道沉積物為卵石混合土屬?gòu)?qiáng)透水帶，采用高壓旋噴灌漿進(jìn)行防滲處理，處理范圍為FS0+307～FS0+432段。共設(shè)兩排灌漿孔，按分序加密呈梅花形布置，孔距1.0 m，排距0.8 m，高壓旋噴底部伸入到基巖強(qiáng)風(fēng)化線以下3 m，頂部伸入到壩體內(nèi)3 m。

3.1 施工準(zhǔn)備

1）施工道路。主要利用施工期間大壩下游通往右岸黃土臺(tái)地部位的施工道路。另在灌漿平臺(tái)下游側(cè)平行灌漿軸線修筑一條縱向施工運(yùn)輸?shù)缆窛M足場(chǎng)內(nèi)材料、機(jī)械設(shè)備的運(yùn)輸。

2）施工用水。施工用水從河道中接管路抽取，集中制漿站配備一個(gè)15 m3水箱，兩套灌漿機(jī)組各配置一個(gè)10 m3水箱，利用水泵將水抽至水箱，水箱內(nèi)時(shí)刻保持滿水以保證機(jī)組內(nèi)部灌漿使用。

3）施工用電。施工用電從大壩下游施工營(yíng)地安設(shè)的變壓器接取。

4）施工用風(fēng)。共配備兩臺(tái)6 m3/min空壓機(jī)，每臺(tái)灌漿機(jī)組配備一臺(tái)，再由高壓風(fēng)管接至控制臺(tái)，保證灌漿用風(fēng)。

5）施工平臺(tái)。施工平臺(tái)為高噴作業(yè)的場(chǎng)地，沿高噴防滲墻設(shè)計(jì)軸線布置。平臺(tái)寬8 m，跟灌漿軸線同長(zhǎng)，基礎(chǔ)用推土機(jī)推平，碾實(shí)。

6）水泥制漿站及棄漿池。本工程擬采用集中制漿，制漿站配置一個(gè)50 t散裝水泥罐和一套水泥攪拌系統(tǒng)，將制備好的漿液供應(yīng)到兩臺(tái)機(jī)組。棄漿池沿灌漿平臺(tái)下游側(cè)間隔80 m挖設(shè)兩個(gè)，單池容量20 m3。施工中用排污泵及時(shí)將棄漿池中的廢漿排至下游截水槽中或監(jiān)理指定的位置，然后集中清理。

7）泥漿攪拌系統(tǒng)。泥漿攪拌系統(tǒng)采用分散制漿。每個(gè)機(jī)組設(shè)一個(gè)制漿站，供應(yīng)本機(jī)組鉆孔使用。制漿站布設(shè)在灌漿平臺(tái)下游側(cè)，每站配置2 m3臥式攪拌機(jī)1臺(tái)、250型泥漿泵2臺(tái)、6 m3泥漿池1個(gè)，制好的泥漿放入泥漿池，然后由泥漿泵送至各鉆機(jī)，泥漿從孔內(nèi)冒出以后再回收到泥漿池里，經(jīng)過(guò)濾、沉淀，調(diào)整濃度后再進(jìn)行重復(fù)利用。

3.2 高噴灌漿原材料

高噴灌漿的漿液為純水泥漿液，其材料主要是水泥和水。

1）水泥。高噴灌漿所用水泥一般采用普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)不小于42.5。本工程采用標(biāo)號(hào)42.5散裝普通硅酸鹽水泥。

2）水。施工用水采用河水，施工時(shí)從大壩下游蓄水池內(nèi)接管路抽取。

3）摻合料。為減緩水泥漿液沉淀速度，在硅酸鹽水泥中添加3%水泥重量的膨潤(rùn)土和3%的膨潤(rùn)土重量的碳酸鈉。

4 結(jié)語(yǔ)

高噴灌漿技術(shù)是一種新型的防滲技術(shù)，不僅能有效地解決滲漏問(wèn)題，還能提高地基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，適于在大壩防滲工程中廣泛推廣和應(yīng)用。千年水庫(kù)竣工驗(yàn)收后，在管理單位正常維護(hù)下，目前運(yùn)行良好，滿足設(shè)計(jì)的防滲要求，施工質(zhì)量得到業(yè)主的好評(píng)。