高压旋喷灌浆在大坝围堰防渗处理中的应用

2012-04-14易钟谋

水利技术监督 2012年6期

易钟谋

（江西省源河工程有限责任公司，江西南昌 330200）

1 工程概况

本围堰防渗结构采用高喷防渗墙的结构形式，高喷施工平台顶宽不少于 12m，采取碾压平整。在平台一侧铺设供水管道，满足流量为24m3/h，压力为0.4MPa的施工用水，采用3B33离心水泵供水。分别在两围堰施工平台一侧靠近轴线处各搭设一个 10m×10m的水泥平台。根据工程地质情况，并参考类似工程施工经验，导流洞兼泄洪洞出口围堰及厂房尾水围堰防渗采取三管高压摆喷施工工艺。高压摆喷灌浆孔沿防渗轴线单排布置，摆喷灌浆孔嵌入基岩1m。单排板墙连接采取折线形。

2 围堰高喷灌浆防渗处理

围堰防渗高喷灌浆采取两序施工形式，奇数孔为Ⅰ序孔，偶数孔为Ⅱ序孔，Ⅰ、Ⅱ序孔间隔2～4天施工。

单孔喷灌的施工采取如下流程：

测量放线定位→钻孔→注护壁泥浆→起拔护壁套管→喷灌机就位、调试→下喷射管→制浆→喷射（摆动、提升）→孔口静压回灌→结束→冲洗喷管→下一孔喷射。

（1）测量放样：在高喷平台形成后，由测量人员准确放出高喷防渗轴线，逐孔放出喷灌孔位，埋设孔口标记以确保孔位准确，并在适当位置布置控制网点，进行施工期的孔位检测和校核。

（2）钻孔采用 XY-2、GQ-80型液压回转钻机进行钻孔作业。钻孔孔径为Ф300mm，孔距 1.0m。钻孔时控制孔位偏差不大于5cm，并用KXP-型测斜仪检测孔斜，发现超斜，及时纠偏，确保钻孔偏斜率控制在1.0%以内。

（3）注护壁泥浆、起拔护壁套管：将高固相的泥浆通过200型泥浆泵送入孔内，直到充满全孔，浆面基本无渗漏下沉，然后起拔护壁套管，再补注泥浆平孔口。

（4）下喷射管：在设备全面调试完成后，向孔内下放喷管，下放喷管深度要测量、记录，确保达到孔底。

（5）喷射灌浆：当喷射管下放到设计深度后，送入合乎要求的水、气、浆，喷射 1～3min，待注入的浆液冒出地面后，按规定的提升速度、摆动角度，自上而下边喷射、边摆动、边提升，直到设计高程，在孔口回灌适量浆液后，提出喷管。

（6）清洗喷管：喷射完毕，及时将各管路冲洗干净，不得留有残渣，以防堵塞。

施工时孔位放样编号定桩点后，由专职质检员复核，方可施钻高喷。钻孔孔位偏差小于 3cm，钻孔垂直度小于1%。严格控制浆液质量，要求每桶浆均要检测其比重，确保在规定范围之内。喷浆中断时，恢复喷浆后都应复喷 0.3～0.5m，保证板墙的连续性。喷浆坚持不冒浆不提升的原则，当遇到孔口不返浆时，应立即采取相应措施，直至孔口返浆为止，并复喷 0.3～0.5m。高喷灌浆施工过程中，当某一参数不符合要求时，应立即停喷并采取相应措施进行处理，直到达到要求后，方能继续施工。喷浆结束后，必须进行静压回灌，以防浆液收缩凝固形成空洞。如实认真填写施工记录，施工过程中要记录完整，并经值班工程师签字认可。

3 高喷灌浆试验

为了为大坝加固工程推荐合理的高喷灌浆施工程序、施工工艺以及适宜的灌浆材料和浆液配比，在对大坝采取高喷灌浆加固施工前应当进行灌浆生产性试验，通过灌浆试验，可为后续的高喷灌浆施工提供或论证有关技术参数，包括孔距、排距、灌浆压力等，而且灌浆试验的准确性又是确保灌浆质量的保障，因此灌浆试验是必不可少而且重要的环节。灌浆生产性试验分回填灌浆、固结灌浆和接缝灌浆等，适宜分别进行，主要试验项目有浆液试验和现场灌浆试验。

3.1 浆液试验

在高喷灌浆试验施工前，根据灌浆材料品种，按监理人指示对不同水灰比、不同掺合料和不同外加剂的浆液进行下列各项必要的试验：比重、粘度、搅拌时间、稳定性、流动性、凝结时间、析水率、沉淀速度、结石强度和透水性等。

在灌浆试验过程中，通过测定浆液比重，绘制与水灰比的关系曲线，以检测浆液的水灰比。浆液的粘度采用漏斗粘度计测定，确定浆液的水灰比与相应的流动性间的关系。浆液搅拌时间与浆液的凝结时间和结石强度有关，可选定不同的水灰比，由高速搅拌机搅拌不同的时间，测定浆液的凝结时间和结石强度，寻找最佳搅拌时间。浆液的初凝和终凝时间，可用 GB175-1999规定的检验方法进行测定。

析水率和沉淀速度采用标准测量量杯，对不同水灰比浆液进行试验，测定所析出水的体积（V1）与浆液体积（V），按照α=（V1/V）×100%计算出不同的析水率和结石率，并作出水泥的浆液全析水时间与析水值关系图，从而掌握不同品种水泥，不同水灰比浆液的稳定性。

结石强度参照混凝土强度试验方法进行，其结石的孔隙率和容重：根据不同水灰比制成的结石进行测定，绘出水泥浆结石孔隙率与水灰比关系图，水泥浆结石容重与浆液水灰比关系图。进行浆液性能试验的同时，对拟掺用的外加剂配合水泥浆进行一些相关试验，确定出浆液外加剂的掺量以及适宜性。

高喷灌浆施工前，应遵照监理工程师的要求，先进行高喷试验，选用合适的技术参数，并进一步落实完善施工方案，指导高喷工程的施工。

通过结合本工程高喷试验，拟采用技术参数如下：风压为 0.7MPa；水压为 36～38MPa；浆压为0.5MPa；摆角为 22～30。浆量为 135L/min；水量为2×75L/min；水嘴为Φ2.2～2.4mm(双嘴)；浆嘴为Φ14mm；灌浆水泥为普硅 425#；进浆比重为1.7g/cm3；摆动次数为 7～8次/min；提升速度为10～15cm/min（依孔口返浆比重调试）。

3.2 现场灌浆试验

试验区选择在混凝土衬砌段，衬砌混凝土强度达到 70%后进行。试验孔的布孔型式采用设计图纸的布孔结构，便于类比，具体布孔型式在试验开始前、试验大纲申报后由监理工程师确定。

灌浆试验的施工程序：场地准备→孔位放样→分序钻孔、压水灌浆→质量检查孔→注浆检查→资料整理分析→提交报告。灌浆孔钻孔按部位采用支架式钻机或 YT28气腿式风钻钻孔，灌浆方式采用纯压式，质量检查采用钻孔注浆法。

3.3 灌浆试验效果分析及资料整理

高喷灌浆施工过程中如实准确的作好各项原始记录，对施工中发生的事故、揭露的混凝土施工问题、施工技术和经验等均作详细记录，提供的灌浆原始资料和成果资料包括的内容按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（SL-94）中的要求执行，此外需提供灌浆试验记录表和衬砌混凝土的变形监测记录。

4 特殊情况灌浆处理技术

对于高喷灌浆在大坝中施工过程中难免存在一些特殊情况而需要采取特殊处理措施，有效而且针对性地采取处理，是确保施工安全以及大坝加固质量的重要保障。

（1）地面抬动变形。当在砂砾石层中采取高喷灌浆，如果使用的灌浆压力太大，会较易产生地表抬动变形。一般情况下，工程中允许少量地表抬动变形，通常允许最大抬动值不得超过灌浆深度的1%～2%。对于高喷灌浆施工中的地表抬动变形数值，可通过在灌浆范围内设置的观测桩系统，在高喷灌浆前、后或灌浆过程中分别进行标高测量获得。

而施工中为了有效地减少高喷灌浆而引起的地表抬动，可以采取下列措施：1）在砂砾石层上部铺设0.3m的混凝土盖板；2）增大表层灌浆孔的密度，可以增强帷幕表层的密实性；3）在砂砾石表层灌浆段（接触段）的灌注纯水泥浆，先采用低压稀浆灌注，以形成一个较坚固的盖重层；4）采取自上而下分段灌浆法。

（2）高喷灌浆施工中，若出现冒浆、漏浆，可结合施工现场实际情况而采用嵌缝，表面封堵、低压、浓浆、限流、限量或间歇灌浆等方法处理。

（3）高喷灌浆过程中发生串浆时，对于串浆孔具备灌浆条件情况下，可采取同时灌浆，而且采用一泵一孔灌浆形式，否则应把串浆孔用塞塞住，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗，而后继续钻进和灌浆。

（4）高喷灌浆作业必须连续进行，如果由于特殊原因而中断，通过工程实践表明可采取以下处理技术：1）应及早恢复灌浆，否则立即冲洗钻孔，而后恢复灌浆，若无法冲洗或冲洗无效，则进行扫孔，而后恢复灌浆。2）恢复灌浆后，使用开灌比级的水泥继续灌注，如注入率与中断前相近，即可改用中断前比级的水泥浆液继续灌注。3）恢复灌浆后，如注入率较中断前减少很多，且在较短时间内停止吸浆，则应当采取补救措施处理。

5 灌浆施工质量控制措施

有效确保高喷灌浆施工质量关系到大坝工程加固质量，而通过工程实践表明，灌浆施工质量的控制不仅与灌浆材料质量有关，更是直接与灌浆施工过程的参数控制、处理技术相关。笔者通过结合本大坝工程实践经验，提出切实可行的高喷灌浆质量控制措施。

（1）所有材料都进行验收抽检，不合格的材料不准用在工程上。所有施工仪器仪表都按规定进行率定。浆液配合比采取优化处理，在征得监理人同意情况下，适宜在浆液中加入增强功能的外加剂或其它外加剂以有效地提高浆液的稳定性和防渗效果。

（2）在高喷灌浆过程中，应加固钻机，避免钻机晃动；而且应当采取KXP-I型或JJX-3S型高精度测斜仪进行跟踪测斜，以有效地采取及时纠偏。

（3）高喷灌浆时，对于遇到大漏量情况，应当首先采用限压、限流进行处理，或者灌注稳定浆液或水泥砂浆，必要时采用间歇灌浆；如果遇到大溶洞，采用预填骨料灌浆法或灌注水泥砂浆进行处理。如果发生孔段串浆，在条件许可时将其并联灌浆；如不具备条件，则可将串浆孔用阻塞器封闭，再进行灌浆。如果发生孔段涌水，则首先测定漏水压力，然后加大压力进行灌浆，灌浆结束后，闭浆24～48h。

（4）高喷灌浆过程中应当严格按操作规程和技术要求进行作业，认真控制所有灌浆项目的灌浆压力、浆液比重、变浆标准和结束标准，保证满足各种设计指标。所有灌浆均采用自动记录仪进行监控记录，建立规范的资料档案系统和质量、安全信息系统，确保各种记录真实、准确、齐全。