高压喷射灌浆在围滩水电站建设中的应用

2010-05-09梁俊生

山西水利 2010年6期

梁俊生

（山西省水利建筑工程局，山西太原 030006）

围滩水电站大坝围堰工程为回填土，建于原河床，且河床上有导流洞石碴。鉴于当时的情况，未对围堰下透水层做彻底处理，因此，围堰建成后存在渗漏问题。自1998年采用高喷灌浆工法建造地下连续防渗板墙、治理坝基渗漏问题以来，取得了较好效果。在利用高喷灌浆造墙工法解决渗漏问题的施工中初步积累了一些经验，可为类似工程提供借鉴。

1 高压喷射灌浆工法

高压喷射灌浆工法是地基处理的一项新技术，日本在20世纪60年代末首次在土木工程中使用，当时定名为CCP工法（单管法）。70年代中期应用该法在加固地基和基础防渗帷幕方面做了大量研究，相继开发出JSG（二管法）和CJG（三管法）等工法。此工法具有施工设备及工艺简单、施工速度快、占用场地小、无公害、相对造价低、效果明显等特点，可按工程需要构筑成不同的结构形式，解决了帷幕灌浆工法中许多难以解决的问题，很快在国际上得到广泛推广。

2 高喷灌浆施工存在问题及处理措施

2.1 突然停喷的危害及处理措施

高喷孔造孔时形成的泥浆护壁，被开始喷射灌浆后部分水、气、浆携带的泥砂不停地从孔底上升快速的冲刷，涌出孔口流向地面，这种冲刷作用能很快把造孔时形成的泥浆护壁冲掉。灌浆因故突然中断后，孔内浆液很快沉淀，已喷射切割形成的孔槽因缺失护壁层和浆液的静压平衡，砂层、砂砾卵石层容易坍塌。故障排除复喷时因孔壁坍塌,注浆管难以再次下入孔内，即使勉强下入，有时被较大的卵石卡在孔壁间，造成提管困难，甚至无法提起而废弃，该注浆孔也随之报废。

处理措施：架设专用供电线路，与供电部门协商提前通知停电时间，在停电期间不安排灌浆施工。当停喷事故不可避免时，立即启动备用电源，尽快提出注浆管；在搅浆桶内加入一定比例的红黏土、膨润土或柠檬酸等缓凝剂，搅拌均匀后注入孔内，以起到静压回填护壁及延缓地下浆液凝固的作用；一旦发生塌孔，立即用钻机扫孔，同时在泥浆池内加入红黏土或膨润土一直扫到孔内浆面以下1m，以便来电后搭接续喷。

2.2 静压回灌补浆问题

施工中发现，高喷灌浆作业一旦停止，孔内浆液面很快下落沉降，墙体收缩。浆液析水试验结果显示：当浆液比重为1.6时，其析水率为20%~22.5%，数次试验均在1~2h之内完成析水、沉淀成型。表明灌浆停止2h内墙体内浆液析水下沉20%以上，此时若不及时向孔内回填补浆，沉降后的空墙体两侧土壁因失去浆压平衡而坍塌。因此，灌浆停止后若错过回填补浆时机，会造成墙体厚薄不一或达不到设计墙顶高程，甚至因坍塌造成防渗墙漏洞，导致集中渗漏。

处理措施：指定专人负责静压回灌补浆，做到每个灌浆孔停灌后立即搅拌较浓的浆液，不停地向孔内回灌，直到孔口浆液面不再析水下沉为止。

2.3 灌浆孔孔斜问题

高喷灌浆孔距按不同地层经灌浆试验确定，如果发生孔斜，孔间距离大于两孔对喷的有效长度时，就会发造成墙体不连续，形成漏喷，可导致集中渗漏，诱发管涌破坏。因此，规范要求灌浆孔偏斜率不得超过1%。为此，在施工实践中总结出如下措施：第一，安装钻机时，用水平尺测量机架机台是否水平，以保持竖轴的垂直度，然后固定好机座，保证开孔垂直。第二，开钻时保持轻压、慢速。第三，当钻至一定深度后，下入套管并固定垂直，起导向作用。第四，加长钻具（岩芯管、钻头等），一般超过5m。第五，每钻进10m用钻孔测斜仪检测孔斜，若发现偏斜率超标，立即分析原因，进行针对性纠偏。

3 技术要点

3.1 灌浆材料的选择

为使墙体具有一定强度和防渗性能，选择灌浆材料是至关重要的。高喷灌浆材料主要是水泥，在某些特殊情况下还需要少量速凝剂、缓凝剂类化学材料和黏土、膨润土等矿物材料。以防渗为目的的灌浆用水泥一般要求颗粒细、稳定性好、胶结性强、结石强度高、耐久性好、防渗性能强等。基于对各类水泥特性的认识及施工经验，相比之下普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥较能满足灌浆对水泥特性的要求。

购置水泥时，为保证水泥质量应选择资质高的生产厂家。水泥强度等级不应低于42.5。在保证质量的前提下，尽量选择运距近的厂家，且日生产能力应超过灌浆最大日用水泥量，以免停工待料。

3.2 做好高喷灌浆前期试验工作

每座水库所处的地质地貌环境不同，因而所形成的地质结构、地层岩性、颗粒级配及密实度均有所差异，不同级配密实度的地层应采用不同的高喷工艺参数。高喷防渗墙作为隐蔽工程，其工程质量——墙体结构、抗压抗剪强度及防渗效果等，主要靠施工工艺参数及建筑材料质量来保证。所以主体工程开工前一般都要进行实地高喷灌浆试验，以便合理选择工艺参数、施工程序、灌浆材料、浆液配比及质量检查标准等，最后制定一个切实可行的施工方案，指导高喷主体防渗墙的施工。

实施高喷灌浆试验应做好以下工作：一是试验场地的选择必须能代表高喷主体工程的地层岩性；二是做好高喷灌浆试验施工组织设计，包括试验孔的布设、工序、工艺、试验参数的设计、有效的施工管理等；三是认真做好高喷灌浆试验成果的检验；四是召开专题会议，根据高喷试验成果确定适合高喷主体工程施工技术参数，以指导高喷灌浆主体工程施工。

3.3 高喷灌浆工程质量检验及评定

地下隐蔽工程效果检验及评定方法包括钻孔取芯检查、开挖检查同时取样送室内做物理力学试验、荷载试验、围井压（注）水试验、物探法（声波、电探）、激光法、同位素法、整体效果检查等，多为间接检测法，其中开挖检查法、围井压（注）水试验及整体效果检查法等较直观，为大多工程采用。

该工程采用围井注水试验进行高喷防渗墙防渗性能检验，在施工板墙一侧加喷2个孔，与原板墙形成四边形围井，待墙体凝结稳固后，在围井内打孔进行注水试验。按工程惯例，试验透水率小于5Lu，即认为板墙防渗性能合格。

地下隐蔽防渗墙工程的渗流量原体观测，即施工成墙前后的坝下渗流量对比是最现实、最具说服力的防渗效果检验方法。如高喷防渗墙建成一段时间后，坝后渗流量明显减少，直观反映了其较好的整体防渗效果。

3.4 先导孔施工

由于工程设计阶段勘探孔数量有限，透水层展布状态不可能十分详尽，在高喷灌浆工程早期选择部分高喷孔作为先导孔，以岩芯、地层来补充和完善勘探资料，为高喷灌浆施工提供详尽、准确的地层地质资料。在历次施工中，先导孔多次发现透水层超出设计墙顶高程或低于设计墙底高程，为变更设计提供依据，以避免透水层漏喷，造成集中渗漏的问题，表明先导孔是保证防渗墙质量的一道重要工序。