单管高压旋喷桩防渗墙在高唐水电站围堰施工中的应用

谢修检 舒光跃 刘贵书

（湖南水利水电职业技术学院 长沙市 410131）

前 言

高压喷射注浆技术已广泛应用于工业与民用建筑、地铁、市政、水利、矿山建设中，高压喷射注浆法分悬喷、定喷、摆喷三种，根据工程粗要和地质条件可采用单管法、双管法和三管法，高唐水电站一期上游横向围堰基础防渗处理采用单管高压旋喷注浆技术。

1 工程概况

将乐县高唐水电站是金溪流域干流规划的第七级水电站，坝址位于将乐县高唐镇上游2.5 km处，是一座以发电为主，兼有防洪、灌溉等综合利用的中型水利水电工程。

坝址出露侏罗系中统漳组中段及第四系地层。第四系地层主要有冲洪积砂卵石、含砂粘土、含卵碎石砂质粘土及坡残积含碎石粘土。砂卵石分布于河床、漫滩及Ⅰ级阶地下部。Ⅰ级阶地以含砂粘土堆积为主，厚（2.5～20）m；Ⅱ级阶地以含卵碎石砂质粘土堆积为主，厚（1.5～8）m，主要分布于右岸山坡上。坡残积堆积层分布于坝址两岸山坡，呈土黄色、紫红色，含有细砂及碎石，一般厚（0.5～4）m。

高唐水电站工程采用混凝土纵向围堰和上下游土石围堰挡水，河床导流。上游围堰长度127 m，上游土石围堰均设粘土心墙，围堰基础为第四系冲积砂卵石层、含粘土，厚度一般（2.5～20）m，砂砾卵石最大粒径（10～20）cm，心墙以下部分采用高压旋喷灌浆防渗处理。

2 高压旋喷桩防渗墙的布置

根据高唐水电站的地质情况及施工对围堰防渗处理的要求，高唐水电站一期上游围堰原地面以下采用高压旋喷桩防渗墙进行防渗处理，具体布置形式如图1、图2所示。

图1 一期施工导流布置图

图2 一期上游土石围堰断面

3 高压旋喷桩防渗墙的施工

3.1 主要施工机械设备

高唐水电站一期上游围堰高压旋喷桩防渗墙施工的主要设备如附表所示。

附表 主要施工机械设备

3.2 施工工艺

施工工艺流程如图3所示。

图3 施工工艺流程

3.3 施工控制参数

喷射切割宽度：（500～600）mm；泵压：P≥20 MPa；提速：V提=（15～25）cmmin；防渗墙：18～20；孔斜：＜1%；孔距：500 mm；孔位偏差：50 mm；孔径：130 mm；输浆流量：（60～80）L/min；水灰比：1∶1～1∶0.8；转速：（20～25）rpm；灰浆密度：（1.5～1.6）g/cm3；渗透系数：≦10-6cm/s。

3.4 施工过程

3.4.1 定孔、设备调校

将使用的钻机安置在设计孔位上，使钻杆头对准孔位中心，为保证钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就位后作水平校正，使钻机轴线垂直对准孔中心位置，旋喷注浆管的允许倾斜度不得大于1%。

3.4.2 钻 孔

在设计桩位的中心用钻机钻一旋喷管插入用的导孔，钻孔的位置与设计位置偏差不得大于50 mm，孔深应达到基岩面以下50 cm，钻孔的目的为将旋喷注浆管插入预定的地层中。本工程采用潜孔钻跟管钻进工艺，潜孔钻是由潜孔冲击器、钻头、偏心扩孔器及导向装置组成。钻进跟护壁管到孔底一次成孔，钻孔完毕后在套管内下入Φ89 mm PVC硬塑花管。开孔孔径Φ130 mm，严格控制钻孔垂直度，成孔偏斜率控制在1%之内，如偏斜过大，应采取纠斜措施。

3.4.3 插 管

当钻孔钻至规定的深度后，将旋喷注浆管插入到地层预定的位置。在插管过程中，为防止泥沙堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般不超过1 MPa。

3.4.4 材料配置、制降、泵送

注浆材料采用P.042.5R的普通硅酸盐水泥与水搅拌为基本浆液，水泥浆液的水灰比1∶1～1∶0.8，水泥浆液符合设计要求后通过高压泥浆泵的压力进行注浆。旋喷用的水泥浆液在进入高压泥浆泵施喷前，进行严格过滤，防止水泥结块和杂物堵喷嘴和管路。

3.4.5 喷射注浆

喷射时要做好压力、流量和冒浆量的量测工作，并按要求逐项记录。当喷射注浆管插入砂砾层中，喷管插入预定深度，喷射注浆参数达到规定值后，即可进行喷射注浆，水泥浆液通过高压泥浆泵形成高压水泥浆，以≥20 MPa的压力，通过喷射管由喷嘴由下而上向砂砾层中喷射。钻杆一边旋转一边向上提升，喷射的水泥浆一边切削四周的砂砾料，一边与砂砾料搅拌混合，形成圆柱状的水泥浆与砂砾料的混合加固体即旋喷桩。严格控制提升速度，注浆过程中应达到如下要求：高压注浆设备的额定压力和注浆量必须符合技术要求，并确保管路系统的畅通和密封。深层旋喷时，应先喷浆后旋转和提升，以防止注浆管扭断。高压喷射完毕后应迅速拔出喷射管，防止浆液凝固收缩后产生的空穴，在原孔位采用冒浆回灌。

3.4.6 冲 洗

高压喷射完毕后，把喷射管等机具冲洗干净，管、机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以使泥浆泵、喷射管的浆液全部排出。

3.4.7 移动机具

上述过程施工完毕后，把钻机等机具设备移到新孔位上。

4 施工过程中特殊情况的处理

在高唐水电站上游围堰高压旋喷防渗墙施工中出现过如下问题，后采取以下措施进行弥补，较好地完成了施工任务。

（1）浆路被堵：在旋喷注浆过程中，送浆管路被堵，停止提升，立即用高压水进行冲洗至畅通；然后将喷杆下降原深30 cm以下继续旋转。

（2）孔口不返浆：采用降低提升速度或静喷工艺，增大浆液浓度，加入速凝剂等措施进行旋喷。

（3）高喷中断后的处理：由于意外的原因造成高喷中断并报废，用钻机在原孔位重新钻孔，一直钻到出现水泥浆或水泥结石处再继续进行高喷。

（4）大量漏浆的钻孔，在孔内加入适量的砂砾并直到返浆为止，或采用水玻璃—水泥浆液（水玻璃参量为水泥重量的3%～6%）快速凝堵住浆液漏失通道。

（5）遇到喷管被抱住、卡住事故，记录事故位置，处理后重新将喷管下到事故位置以下30 cm，继续旋喷施工。

（6）遇到架空严重不返浆情况，采取先堵后喷的方式进行处理，保证施工质量。

5 质量控制与质量检查

5.1 质量控制

旋喷桩防渗的质量控制的重点在于施工过程中进行控制，即对操作者和操作工艺在操作过程中的控制。工程质量控制实行施工单位自检和监理单位抽检的双控制，对重要工序：喷杆下设深度，钻孔深度，注浆压力、提速、转速等全部实行技术、质量及监理人员旁站进行全程质量监督，并做好详细的记录。为确保工程质量，在施工中还做好以下几个方面的工作：

（1）建立质量管理组织机构。

项目部成立以项目经理、技术负责人、质检工程师、专职质检员为一体的质量管理控制体系，其它各科室共同参与的全过程、全方位、全员的质量管理，在施工中及时总结，并不断提高施工质量，同时会同业主、监理、设计单位定期检查与抽查，形成上下齐抓共管的良好局面。

（2）建立各项质量管理制度。

为确保工程质量，严格执行岗位责任制，技术档案管理制度等各项管理制度，使质量管理工作制度化、系统化、程序化。

（3）加强职工的质量教育。

教育职工牢固树立“百年大计，质量为本“的信念，树立”质量就是企业生命“的思想，形成人员重视质量，提出全员创优意识。

（4）进行施工作业过程的技术交底，从技术层面上保证施工的质量。

5.2 质量检测

高唐水电站上游围堰高压旋喷防渗墙的质量检查采用钻孔检查。在已旋喷好的防渗墙中钻取岩芯来判断其固结整体性，并将所取岩芯做成标准试件进行抗渗实验，共取三组试块，根据检测结果，渗透系数小于1×10-6cm/s，满足设计要求，取芯时应在高压喷射注浆结束28天后进行，保证桩体有一定强度和完整性。

6 结语

高唐水电站上游围堰高压旋喷防渗墙进行一段时期的施工，施工质量达到设计的要求，围堰旋喷防渗墙的防渗效果很好，经受住了2006年6月7日的特大洪水考验，满足主体工程、施工的需要，未出现旋喷防渗墙漏水的现象。