高压旋喷灌浆施工技术在荔金水电站工程中的应用研究

钱怡

摘要：该工程地质条件复杂，厂房尾水处多为砂砾石为主, 围堰枯水期河水位300.6m。河床部位为人工杂填砂砾石、冲积砂卵砾石层及淤砂层所覆盖,对围堰常规处理，施工难度极大,渗水处理比较困难；但通过高压旋喷灌浆施工的顺利实施。从目前基坑抽水情况来看，高压旋喷灌浆施工达到了预期防渗效果。为确保高压旋喷灌浆施工的顺利实施，本文介绍了旋喷灌浆施工过程中各主要工序的质量控制，为类似于此工程的高压旋喷灌浆施工有较好的借鉴作用。

关键词：水电站；高喷灌浆；施工工艺

引言

荔金水电站位于习水河下游官渡镇境内，坝址以上流域面积1230km，多年平均流量23.3m/s，河长93.5km，河道加权平均比降9.5，流域形状系数0.141。工程主要建筑物有拦河坝、动力渠道、隧洞、压力前池、压力管道及发电厂房等。河床布置4台贯流式水轮发电机组厂房。电站装机容量140MW，工程规模属Ⅲ等中型工程，枢纽主要建筑物为3级。高喷孔设计孔径为140mm，双排布孔，排距2.0m、孔距1.0m，孔深入基岩0.5m，采用全液压多功能工程钻机配合气动冲击器偏心跟管钻进成孔，两管法自下而上旋喷成墙。

1 施工难点

1)围堰较窄同时需交通进行，造成施工场地狭窄，施工机具布置紧凑，相互干扰较大，在一定程度上影响了正常的高喷施工。

2)砂砾石结构松软，砾石粒径以小于2mm的居多，浆液渗透能力较高。其开孔高程比河面水位低，存在自然水位差。因此，造孔形成后孔口涌水量及涌水压力非常大，给喷灌带来了很大影响。造孔完成后，在起钻杆的过程中由返水压力带出的小粒径砂砾石卡在钻头与套管之间，从而在起钻的过程中把套管或PVC护壁管带起来，造成塌孔与废孔事故发生。

3)在喷灌过程中受涌水的影响，浆液扩散极不稳定，孔口返浆较大。这样，灌浆时效就相对较低，水泥耗量大，其人工工时及机械台时也远远超定额发生。

2施工技术

针对上述施工难点，在施工过程中通过实践与摸索，采用了以下施工技术:

1)、根据实际地质情况，选用全液压多功能工程钻机(阿特拉斯A66CBT)配合气动冲击器偏心跟管钻进成孔，由于造孔形成后孔口涌水量及涌水压力非常大，起钻杆过程中易产生事故导致发生报废孔。因此，在钻至终孔时，起钻前一定要将孔底的残留余渣吹尽以防止砂砾石进入套管造成卡钻。

2）、钻机或旋喷机就位时机座要平稳，立轴或转盘与孔位对正，倾角与设计误差一般不得大于0.5° 3）、在下入PVC管前，先用无纺布将PVC管底部密封住，以避免殘留余渣进入PVC管从而影响下一步的高喷施工质量。如在起拔套管过程中，因孔口涌水过大促使PVC管也被随同带出情况时，由于PVC管是底部是全密封的，可在管内注入适量水增加自重来避免这一情况的发生。

4)、为解决在喷灌过程中受涌水的影响，浆液扩散极不稳定，孔口返浆较大这一问题，在施工中只有降低喷灌提速、旋转频率并且适当加大浆液浓度待孔口返浆稳定后方可恢复到正常施工状态。

5）、 冒浆的处理，在旋喷处理中，往往有一定数量的土粒，随着一部分浆液沿着注浆管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况、旋喷的大致效果和旋喷参数的合理性等。根据实验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量的20%为正常。超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施。

3施工工艺

3.1施工方法

二管法是用高压泥浆泵产生35～40MPa或更高压力的浆液，用压缩空气机产生0.7～0.8MPa的压缩空气，浆液和压缩空气通过具有两个通道的喷射管，在喷射管底部侧面的同轴双重喷嘴中同时喷射出高压浆液和空气两种射流，冲击破坏土体，在高压浆液射流和它外围环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量比单管法显著增大，喷嘴一边喷射一边旋转和提升，最后在土体中形成直径明显增加的柱状固结体。

3.2施工工艺流程

场地平整压实→布孔、钻机就位→校准角度、造孔→测斜→下PVC管、起拔导管→高喷台车就位→试喷、下喷具→静喷、喷灌→孔口注浆、回灌、封孔→高喷台车移位。

3.3主要技术参数

高喷板墙在不同地层的渗透性能和抗压强度，按表1的要求进行控制。

表1高喷板墙性能指标要求

地层 渗透系数K/(cm/s)透水率q/Lu 抗压强度/MPa

粉土层 i×10－5 <10.5～2.0

砂土层 i×10－5 <1 1.5～5.0

砾石层i×10－5～i×10－5≤5 3～10.0

卵(碎)石3×10-4－～i×10-4 10～1 3～10.0

3.4钻孔

钻孔施工采用全液压多功能工程钻机配合气动冲击器偏心跟管钻进成孔的工艺进行，冲击钻头采用(130～152)mm合金球齿偏心钻头，跟进套管采用140mm无缝钢管，丝扣连接;用高风压空压机供风。钻进过程中，详细准确记录钻孔时遇到的各种现象，根据返碴情况、钻进速度、钻机及冲击器运行情况判断地层分层深度、地下水位、漂卵石的分布、埋深及架空、漏失、动水等情况。钻进达到设计深度后，取出全部钻具，再从140mm跟进套管中下入薄壁100mm的PVC管护壁，然后起拔140mm跟进套管。记录员认真校测钻具长度及PVC护壁管下置深度，检查是否与孔深相符，并由质检员会同监理人进行复核。钻进结束后，孔口应妥善保护，并根据钻孔情况绘制简易钻孔柱状图及说明供高喷灌浆使用。

3.5浆液配制

高喷浆液采用的水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥，要求水泥细度通过4900孔/cm2，筛余量≤5%。主要灌浆材料及浆液配合比根据设计要求和试验结果确定。施工浆液的拌制时间、浆液密度、浆液流动性、浆液的沉淀速度和沉淀稳定性、浆液的凝结时间(初凝和终凝)以及浆液固结体密度、强度、弹性模量和透水性均通过室内实验室测试。浆液存放时间:当环境气温在10℃以下时，存放时间不超过5h;当环境气温在10℃以上时，存放时间不超过4h;当浆液存放时间超过有效时间时，按监理人指示进行处理。

采用高速搅拌槽搅制浆液时，搅拌时间不少于7min。浆液在使用前应充分过滤，自制备到用完的时间应不超过4h。在供浆过程中遇到故障，应立即通知喷灌作业人员停止提升喷具，待事故妥善处理后再进行喷灌作业。供浆过程中应随时用比重秤测量浆液密度，工作结束后，统计该孔的各种灌浆材料用量。

3.6高喷灌浆

1)高喷灌浆施工工序台车行走、就位及调试→喷具组装及检查→地面试喷→下喷具→静喷、喷灌→孔口注浆、回灌、封孔→高喷台车移位。

2)高喷采用XL-50旋喷钻机灌浆，当喷具下入到设计深度后，启动旋摆机，调节风水浆的流量、压力和旋摆机的旋转速度，使之达到设计值，待孔口返浆密度符合要求后，开始提升，边旋转边提升，自下而上喷射灌浆，直至孔口停喷。在高喷灌浆过程中，要时刻注意检查施工机具运转是否正常，风水浆的流量、压力，进浆、回浆密度及旋转、提升速度等参数是否符合要求。

3)高喷灌浆结束后，由专人负责用弃浆进行孔口注浆，直到回填密实，浆面不再析水下沉为止。

4)特殊情况的处理高喷因故中断后应停止提升，记录中断深度，并尽快恢复。若短时间不能恢复的，应提出喷具，用水冲洗干净。待故障处理后，将喷具下入原中断位置以下1.0m左右继续进行喷射灌浆。在漂卵石(块、碎石)架空地层、透镜体砂层和地下水中施喷时采用以下措施进行处理:

①下喷具前，预先注入膏状泥浆进行喷灌前堵漏;

②喷具停止提升，静压注浆，直到孔口返浆符合要求为止;

③在孔底静喷较时长间后，如果孔口仍然不返浆，为了防止喷具被埋住，可采用间隔提升的办法，即全参数切割地层→提升一定高度→静喷→全参数切割地层，待返浆后将风、浆等参数调整至正常值继续进行喷灌;

④降低喷射压力，增大供浆量，加浓浆液，孔口掺砂、水玻璃和锯末等措施。供浆正常情况下，孔口回浆密度变小、回浆量增大，应降低风压并加大进浆密度或进浆量。高喷灌浆应全孔连续作业。高喷灌浆过程中，出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度或回浆量异常等情况时，应查明原因，及时处理。高喷过程中若相邻孔串浆，将串浆孔封堵后继续进行，待高喷灌浆结束后，尽快对被串孔进行扫孔至原钻孔深度。接、卸、换管要快，并作好喷具接头保护，防止喷具堵塞和铸管。接、卸、换管后的下管，比原停喷高度下落1.0m，确保墙体能上下连接。对于地层中出现的厚度50cm以上的大块(漂、孤)石的孔段进行高喷灌浆时，为了确保浆液对大孤石的裹履效果，使用静喷，加大供浆量、复喷等方法，以利于在大孤石處保证成墙效果。下喷具过程中如出现下不到底时，采用通风、水、浆并旋转喷具的方法处理，使喷具下到设计深度。喷具不能下到设计深度时重新造孔。

4施工检查和效果分析

1)施工质量检查

通过对所有钻孔的孔位偏差、孔斜偏差、孔内沉积物厚度以及高喷中喷具入孔深度、高压水压力、水量、空压机气压、气量、水泥浆浆量、浆压、进浆和返浆密度提、升速度、旋转速度等的检查结果表明高喷灌浆质量符合设计要求，施工的过程控制符合规范要求。

2)施工效果分析(见表2)

表2 高喷灌浆耗材单元

从表2中看出:出水渠段右导墙基础高喷灌浆平均单耗量590kg/m，其中:二排Ⅱ序孔灌浆单耗量大，主要是此处施工为已浇筑混凝土盖板，大量的地表水从混凝土底部和覆盖层间的接触面涌出，导致此处的覆盖层比较松散，高喷时大浆液量从接流触面失所致。其他部分的灌浆单耗量较小，主要原因是原为状第四纪千年古河床沉积，地层比较密实，实际喷灌时，一排和二排的Ⅰ，Ⅱ序孔返浆都比较大，故耗灰量比较小，符合高喷灌浆规律。

5结束语

文章根据水电站工程具体情况，介绍了深层覆盖层下的两管法旋喷处理砂砾石层所采用的施工技术、施工工艺等，并对施工效果进行了简要的分析和评价。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。