高喷灌浆技术在向家坝复杂地质防渗施工中的研究与应用

孙海全 卢艳彪

摘要:向家坝坝基地层中存在挠曲核部破碎带及挤压破碎带，常规帷幕灌浆钻孔过程中频繁出现塌孔、埋钻、卡钻等，不能有效完成帷幕灌浆施工。“高压风水冲洗后再高喷置换灌浆”的施工工艺保证了向家坝水电站工程整个防渗体系的施工质量，其施工技术值得推广。

关键词：高喷灌浆 复杂地质 防渗 研究

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

1工程概况

1.1向家坝水电站是金沙江下游河段最末一个梯级电站，位于四川省与云南省交界处的金沙江下游河段。本工程为一等大（1）型工程，水库正常蓄水位380.00m,死水位370.00m,总库容51.63亿m3，装机容量6400MW。

1.2向家坝水电站坝址处在轴向NW的立煤湾背斜倾伏段，枢纽建筑物地基与围岩属T23岩组，以巨厚状石英砂岩为主。但受地质构造运动影响，右岸挡水坝段坝基下存在挠曲核部破碎带及挤压破碎带。破碎带地层主要由碎块结构和碎屑结构的砂岩组成，破碎带内岩体完整性差，其中的碎屑结构物质颗粒细，在原位条件下具有较密实、强度低、透水率小、遇水易塌孔、可灌性差等特性。在泄③～泄⑩坝段坝踵齿槽下部仍存在的挠曲核部破碎带最大深度达63m；向右厚度变薄但埋藏变深。在向家坝右岸二期工程防渗体系中，设计根据挠曲核部挤压破碎带厚度、埋深及不同部位的防渗稳定的重要程度，布置了个性化的防渗形式。在泄④～泄⑧坝段中部坝踵坝基区域，破碎带夹层厚度超过20米、最大厚度63米，且位处上游挡水帷幕线上，采用了坝基防渗墙接墙下帷幕灌浆联合防渗的体系；为防止右岸山体高平台渗水全部集中汇至坝基最低的齿槽区，在泄⑨坝段上下游方向设计布置了单排分隔帷幕，该部位帷幕穿过两个挤压破碎带地层，破碎带厚度为13.5m～40m不等。

2技术背景

2.1在向家坝泄洪坝段坝基帷幕施工过程中，泄⑨横向廊道分隔帷幕施工区域的地层中存在挠曲破碎带及挤压破碎带厚度为13.5m～40m不等，帷幕钻孔频繁地出现塌孔、卡钻、埋钻等问题，灌浆效果无法满足设计要求，使得帷幕灌浆无法进行。在此条件下，研究提出了采用高压旋喷技术处理较厚破碎带夹层的施工工艺，即在破碎带地层中进行高压旋喷灌浆后，再对旋喷后的地层进行常规帷幕灌浆施工，确保防渗体系有效完整。根据生产性试验，最终选择了“先高压风水冲洗再高压喷浆置换”的施工工艺，高压风水冲洗可对挤压破碎带软弱夹层充分切割，将遇水易泥化的碎屑岩体冲洗出孔外，形成较大孔内腔体；高压喷浆置换可将冲洗后残余破碎带地层岩体充分搅拌，形成砂浆体，均匀地填充冲洗后的孔内腔体。在挠曲核部挤压破碎带地层帷幕施工中，通过高喷灌浆这一辅助手段，成功地解决了常规帷幕灌浆钻灌无法穿过较厚挤压破碎带软弱岩层的难题。

3方案设计

3.1高喷设计

3.1.1高喷范围及布孔。根据地质剖面图针对泄9#横向廊道帷幕区范围内需采用高喷处理范围进行区分，主要针对破碎带厚度较大的范围进行高喷灌浆处理。原帷幕孔为高喷Ⅰ序孔，在原帷幕孔间增设Ⅱ序孔，高喷孔间距1m控制。高喷孔径为89mm，高喷灌浆段长11.5～40.5m。

3.1.2设备选型及施工方法。由于泄9#横廊道结构尺寸限制，常规高喷设备无法进入廊道，选用地质钻机造孔，小型高喷机喷灌。

3.1.3施工工序、工艺设计。首先对挤压破碎带上部地层进行常规帷幕灌浆，帷幕孔开孔采用110mm，入岩2m后埋设孔口管，然后进行常规帷幕灌浆施工。当钻灌至破碎带上缘后开始进行高喷灌浆进行置换处理，高喷孔开孔采用89mm，钻进至破碎带地层内，视孔内塌孔和孔口返砂情况确定喷灌孔段长度和是否在孔内下设套管实施跟管钻进。若采用跟管钻进，则在跟管内再下设护壁用的PVC管进行辅助成孔施工，钻孔完成后进行高喷灌浆，高喷灌浆完成后待一定强度后进行对破碎带置换区域进行常规帷幕灌浆，最终使破碎带地层周边形成完整防渗体系。

3.1.4高压风水冲洗。将双管喷管下到破碎带岩体顶部50cm，然后开始自上而下进行高压喷水冲洗，将孔段内碎屑岩体冲洗出孔口、进行扩孔；冲洗过程中认真观察孔口回水返砂情况，至孔口回水基本不携砂或含砂量很小即可。

3.1.5高压喷射灌浆。将双管喷管下到破碎带岩体高喷段孔底，自下而上进行混合气浆喷射置换冲洗后的孔内腔体。

3.2工艺参数确定

3.2.1高压风水冲洗及高喷灌浆使用双管法施工；第一阶段自上而下进行高压风水冲洗扩孔，第二阶段自下而上高压喷浆置换。钻孔使用地质钻机造孔，每段造孔长度视破碎带厚度情况而定，具体为破碎带上一段至穿过破碎带1.0m位置。

3.2.2高压风水冲洗及高喷灌浆主要施工参数见下表。

施工工艺参数表

4注意事项及特殊情况处理

4.1该施工工艺目的在于处理坝基地层中的破碎带软弱夹层，高压风水冲洗可有效地将遇水易泥化的软弱夹层物质冲出孔外，形成较大空腔体，是质量控制的重点。

4.2高喷灌浆钻孔应尽可能一次成孔并穿过破碎带1米进入较好基岩；若破碎带深度厚，造孔过程中塌孔严重无法一次穿过破碎带，可高喷待凝一次后再钻进。

4.3高喷灌浆后待龄时间不宜超过3天，满足帷幕灌浆钻孔不塌孔、灌浆不埋钻即可。

4.4高喷灌浆过程中喷杆必须连续旋转提升不中断，拆卸喷杆继续喷浆时应保证上下搭接20cm，避免漏喷。

4.5喷射灌浆开始后，必须经常检测高喷气、水泥浆的流量、压力以及旋转速度、提升速度等各项施工技术参数是否符合设计要求，并且随时做好记录。

4.6高喷灌浆过程中，出现压力突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常等情况，必须查明原因，及时处理。

4.7高喷灌浆过程中，若孔内发生严重漏浆，可采取以下措施处理：

a．孔口不返浆时，应立即停止提升；孔口少量返浆时，应降低提升速度。

b．降低喷射压力、流量，进行原位灌浆。

c．在浆液中掺入速凝剂。

d．加大浆液密度或灌注水泥砂浆。

4.8高喷灌浆过程中应采取必要措施保证孔内浆液上返畅通，避免造成地层劈裂或地面抬动。

4.9高喷灌浆因故中断后恢复施工时，应对中断孔段进行复喷，搭接长度不得小于0.5m。

5施工质量效果

通过“高压风水冲洗后再高喷灌浆置换”的辅助手段,成功地解决了常规帷幕灌浆钻灌无法穿过较厚挤压破碎带软弱岩层的难题。帷幕灌浆结束后，做取芯检查孔结合压水试验进行检查（检查标准为帷幕灌浆质量检查标准）。在破碎带地层区高喷灌浆段，检查孔岩芯呈短柱状,且多为短柱状水泥结石；破碎岩体内有水泥薄膜或水泥结石充填较好，结石厚度最大达4mm～2cm；高喷对提高破碎带地层区基岩完整性起到了较大作用。破碎带地层区高喷灌浆段压水透水率在0lu～1.72lu之间，满足设计要求。

6结语

在向家坝水电站复杂地质条件下帷幕灌浆过程中，创新地采用了“高压风手冲洗后再高喷置换”这一高喷灌浆工艺做为帷幕灌浆穿过破碎带夹层时的辅助手段，并在向家坝挤压破碎带帷幕灌浆、坝基防渗墙缺陷处理中成功推广应用，取得了较好的施工效果，保证了向家坝水电站工程整个防渗体系的施工质量。这一工艺技术可以推广应用到其它防渗工程中去。