高压喷射灌浆防渗墙技术在潘口水电站工程中的应用

　　[摘要]潘口水电站导流洞出口围堰堰基在施工过程中，因围堰防渗墙基础地质条件发生变化，原堰基的黏土防渗墙方案无法实施。为此根据以往累积的经验以及对施工现场实际地质情况进行了分析，在围堰防渗墙方案确定和施工过程中，分别采取了有针对性的措施，不仅在工程质量方面达到了预期的效果，同时也大大地降低了施工成本，收效良好。
　　[关键词]高压喷射，防渗墙，技术应用
　　1、 工程概况
　　潘口水电站位于湖北省竹山县境内堵河干流上游河段，坝址位于湖北省十堰市竹山县境内，距竹山县城13km，经鲍峡镇至十堰市公路里程162km。坝址控制流域面积8950km2，多年平均流量164m3/s，多年平均径流量51.7亿m3。
　　潘口水电站导流洞布置在右岸，由进口明渠、控制段、洞身段、出口明洞段、出口明渠组成。洞身段长534m，进口底板高程262.00m，出口底板高程259.00m。洞身断面为城门洞型，断面尺寸为15.0m×18.0m（宽×高）。导流洞围堰由进、出口两个围堰组成。进口围堰采用砼围堰方案，堰基为岩体结构，堰基高程为265ｍ，堰顶高程为274.2ｍ。出口围堰采用土石围堰，防渗墙采用黏土心墙的方案，堰顶高程为EL272.4ｍ。
　　2、 出口围堰防渗方案的选择
　　导流洞出口围堰在施工至EL264左右高程时开始进行围堰粘土心墙基础施工，因粘土心墙基础必须座在岩基上，以保证围堰的渗水性指标。当在河床EL262基础上部分位置下挖5ｍ时未见岩石，再次下挖3ｍ时仍然未见岩石，因基础下挖较深，在基础开挖阶段堵河水上涨等原因围堰内部经常被河水淹没，造成粘土心墙无法施工。采用液压钻机对围堰防渗墙轴线进行钻探发现砾砂层厚度均在4～10m之间，下伏为基岩。最低的基岩高程达到在EL249.0，低于围堰施工期河水位高程10ｍ。因地质条件的变化，原方案黏土心墙防渗方案无法进行实施。为此针对施工现场的实际情况并结合以往的施工经验将围堰粘土心墙和内围堰基础砂、砾层不做清除，采用低压控制灌浆方法或高压旋喷灌浆的方法对其围堰心墙基础渗水问题进行全面灌浆处理。
　　针对两种方案我们进行成本分析:低压控制性灌浆方案需在围堰轴线布置两排灌浆孔，灌浆孔呈梅花形布孔，排距0.5m，孔距1.5m。根据围堰的轴线长度254ｍ，可推算出灌浆孔数为350个，孔深平均按照7.0ｍ计，共计为2450ｍ。目前的市场价格512元/ｍ。基础处理需要资金为125.4万元。高压旋喷灌浆方案需在围堰轴线布置一排灌浆孔，孔距为0.8ｍ。围堰轴线为254ｍ，可推算出灌浆孔数为318个，孔深平均按照7.0ｍ计，共计为2226ｍ。目前市场价格为431元/ｍ。基础处理需要资金为95.94万元。根据成本分析可看出低压控制性灌浆的成本比旋喷灌浆成本高出近29.46万元。因此采用高压旋喷灌浆方案比较经济合理。
　　3、高压喷射灌浆防渗墙施工工艺
　　高压喷射灌浆采用三重管喷射工艺。分两序施工，两序喷灌间隔时间为7d,经过对部分开挖连接墙段的观察和分析，当第1序墙体的强度不够而切割时，由于墙体固有的不均匀和第2序喷射时穿透能力以及灌填饱和程度的限制，将附近第1序墙体冲散而第2序灌填不饱满等原因形成防渗的弱点，甚至空洞，当第1序墙体有足够的强度（1序喷灌7d后），在进行2序喷灌连接时，这样连接防渗效果好。
　　高压喷射灌浆的施工机具由高压发生装置、钻机、特种钻杆和高压管路四部分组成。主要包括：钻机、高压泵、空气压缩机、注浆管、喷嘴、流量计、输浆机、制浆机。
　　施工时在出口围堰设计桩号内，先确定施工轴线，将整个围堰分两部分进行施灌，按单排孔布置，并按设计的孔距将孔位先定好，步骤说明如下：
　　（1）进行场地平整，挖好排浆沟，做好钻机定位，要求安放水平，钻杆保持垂直，且确保钻孔倾斜率不超过0.3%。
　　（2）钻孔定位后，利用特种钻杆在设计孔位钻孔利用原浆固壁止设计高程，设计孔位与实施孔位的偏差应小于5cm。
　　（3）下三重管喷射，在地面上进行水、气试喷后下管止设计深度。
　　(4)高压喷射灌浆前的准备，主要确保水泥浆充分搅拌和控制好浆液比重、水灰比等。
　　（5）高压喷射灌浆：严格按施工技术要求来操作，用施工技术参数来控制灌浆质量。
　　（6）拔套管，高压喷射灌浆结束后，拔出套管。
　　（7）回灌，喷射完毕后，由于水泥浆固结收缩，出现孔口下沉，对已喷孔进行静压灌浆，直到浆面不下沉为止。
　　（8）再进行下一孔的施工。
　　施工前进行现场试验，确定施工工艺参数、注浆固结体强度和墙体抗渗指标等。施工钻孔过程中，要注意到各层的地质变化情况，及时调整高喷灌浆施工技术参数。
　　4、防渗墙墙体质量控制
　　4.1使用的材料的技术参数
　　出口围堰的高压喷射注浆的主要材料是水泥，设计要求采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于32.5，灌浆所用的水泥应保持新鲜无受潮结块，其细度为0.080mm方孔筛余量不大于5%，水泥出库使用前应对其质量作鉴定，合格后方可使用。搅拌水泥浆所水，应符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-89的规定。水泥浆由制浆机搅拌而成，水灰比1.0~1.5，搅拌时间不小于2min,超过4h的水泥浆作为废料处理，不得用于高喷灌浆。
　　4.2主要施工技术参数
　　高压喷射灌浆施工参数的确定是防渗墙成墙质量的重要环节,严格按照规范操作和高喷灌浆施工技术参数进行施工，是确保施工质量的关键，施工主要技术参数由现场试验决定，施工主要技术参数如下：
　　（1）高喷灌浆的孔距为0.8m,高喷灌浆的成墙厚度不小于20cm；
　　(2)防渗墙钻孔为垂直孔，其偏斜应小于0.3%；
　　（3）高喷灌浆孔位与设计孔位偏差应小于5cm；
　　(4)高喷灌浆的形式为旋喷；
　　（5）提升速度：提升速度的快慢直接影响浆液用量，提升速度过快，则墙后不稳定、易产生空洞，且切割半径不符合要求，会造成防渗墙搭接处产生薄弱环节。提升速度太慢，则冒浆量过大，造成水泥浪费，因此需根据灌浆试验确定不同岩土层的提升速度。本工程基岩层的提升速度为8cm/min，砾砂层的提升速度为6cm/min。
　　（6）高喷灌浆的水压为25~35MPa,流量为80L/min;空气压力为0.5~0.7MPa，风量为1.1~2.0m3/min;水泥浆压力为0.8~10Mpa,流量为80L/min。
　　（7）注浆水泥浆比重控制在1.6~1.7g/cm3,回浆比重控制在1.2g/cm3。
　　4.3工程中异常情况的处理
　　因出口围堰轴线地质情况复杂，钻进过程中，孔口不返浆；堰基孔隙较多，且有集中漏浆通道，一般采用以下措施：
　　（1）对局部砂砾层有孔隙不冒浆的处理。（a）停止提升，浆液正常送入，旋喷正常进行；（b）若3~5s仍不返浆，关闭气，高压水，提升三重管，浆液继续送入孔内，并往孔内灌砂。
　　（2）大量漏浆和冒浆处理。（a）加大钻进泥浆浓度，在泥浆中掺加砂子，或向孔内填入其它堵漏材料，使其恢复孔口正常返浆。（b）在空隙地段增大注浆量，填满空隙后在继续正常旋喷。
　　（3）凡经特殊处理的渗漏段，待孔口返浆后均应将喷射管下至原不返浆的最下位置，再进行正常喷射（复灌）。确保防渗墙墙体质量。
　　5、效果检查分析
　　5.1水泥单耗分析
　　根据统计结果表明，出口围堰高压旋喷灌浆钻孔2066ｍ，灌浆1916ｍ，水泥平均单耗达438kg/m。
　　5.2围堰实际渗水量检查
　　在灌浆完成7天后，现场进行围堰渗水量统计，渗水量在25～30m3/h，从渗水量看出整个高压喷射墙体抗渗性能良好。
　　6、结语
　　（1）实践证明采用高压旋喷既可以达到围堰的防渗效果，而且在成本方面，经济效益也大大提高。
　　（2）本工程的经验说明，采用高喷灌浆对深层厚砂卵石层的防渗处理虽然困难较大，但只要结合实际认真设计和精心施工，是可以成功的。
　　（3）在粒径较大的卵石和砾石层中进行高压喷射灌浆，固结体形成的机理尚待探讨。
　　（4）为确保高喷防渗墙施工质量，必须根据不同土层，合理确定高喷施工参数，针对性的采用不同的施工工艺,才能保证高喷施工质量，使墙体均匀，连续性好，连接可靠。