高喷防渗施工在砂卵石透水地层围堰中的应用

2015-12-02冯立恒，唐秀莲

四川水力发电 2015年2期

冯立恒，唐秀莲

(1．西藏大唐国际怒江上游水电开发有限公司，四川成都 610091;2．成都明晟建设工程质量检测有限公司，四川成都 610025)

1 概述

麒麟寺水电站位于甘肃省文县境内的白龙江上，电站上距碧口水电站13．5km，下距宝珠寺水电站89．5km，该工程一期纵向围堰位于导流明渠右导墙右侧河床，从基岩开始，经上游漫滩、中间河床至下游岸边，围堰全长为590．7m。围堰防渗采用单排高喷防渗墙，防渗墙最深达35m。高喷总量为12600m，防渗总面积为11000m2。

上游漫滩及河床冲积层主要为卵石层，厚度为17～24m，漫滩部位厚度较小，下游河槽带覆盖层厚度较大，冲积层以卵砾石为主，夹有砂砾层透镜体，结构松散，局部含漂石及砂卵石。河床冲积层为极强透水层，渗透系数K=100m/d，局部阶地砾石渗透系数K=30～80m/d，整体渗透性较强。生产性试验揭露，坝下0+130～0+170段存在两层架空强透水带，局部有漂块石。

2 高喷施工参数的确定

2．1 高喷施工工艺及方法

根据实际地质情况，堰体与堰基采用三重管旋、摆搭接高压喷射灌浆进行围堰防渗施工。钻孔采用跟管钻进，PVC管护壁，施工分两序进行，按照先导孔→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔的顺序进行。旋摆、喷结合布置情况见图1。

图1 旋、摆喷布置示意图

2．2 施工参数的确定

2．2．1 施工设备

孔深大于25m段选用HD-120型潜孔钻，孔深20～25m段选用CM-3000型潜孔钻，孔深＜20m段选用XYZ-70冲击钻。跟管钻进在拔出套管前下入PVC管护壁。

喷射设备选用山东泰安-高喷台车，试喷完成并确定参数后，将喷管下到设计深度，先输入符合参数要求的水、气、浆静喷3～5min，按规定的提升、旋转及摆动速度，自下而上喷射作业，直至设计高度再停送水、气、浆，提出喷射管。

围堰高喷防渗施工投入钻孔设备4台，喷浆设备4台，主要设备见表1。本工程工期为50d，日平均强度为252m/d，设备满足施工强度要求。

2．2．2 灌浆参数的确定

根据试验和地质情况，对围堰上游段(堰0+590．7 ～0+430．7)及下游段(堰0+00 ～0+110)地质条件相对较好、高喷孔深小于20m的地段孔距按1．2m控制。围堰中部(堰0+110～0+430．7)地质条件复杂、孔深为25～35m的部位孔距按1．1m控制;坝下0+130～0+170段架空强透水层且有大漂块石的地段孔距按1m控制。若防渗效果不理想，再采取深层堵漏等措施。

表1 主要设备明细表

2．2．3 主要施工参数控制

2．2．3．1 原材料

水泥浆液:浆液水灰比按1∶1 ～0．6∶1 进行控制，密度按1．5 ～1．7g/cm3进行控制。

2．2．3．2 造孔

孔斜小于1%，孔深入基岩大于0．8m，喷管下设深度须与实际孔深相对应。

2．2．3．3 灌浆压力

水压按 38MPa、风压按 0．6MPa、浆压按 0．6 MPa控制。

2．2．3．4 旋、摆喷提升速度

新填筑围堰部位按9cm/min控制。对于围堰以下的原河床部位:Ⅰ序孔按6cm/min控制，Ⅱ序孔按8cm/min控制。

2．2．3．5 旋、摆喷转速控制

旋转速度按6r/min、摆喷速度按8r/min控制。

2．2．3．6 高压喷射灌浆控制

喷射之前，先进行地面试喷，检查机械、管路运行情况，调准喷射方向及摆动角度;喷头下至设计深度先按照规定的参数进行原位喷射，待浆液返至孔口、情况正常后开始提升喷射;下入、拆卸喷射管时应采取措施防止喷嘴堵塞。施工过程中因故中断喷射作业时，立即停止提升和旋喷。排除故障复工时，复喷搭接长度应大于0．5m，以保证凝结体的连续性。

2．2．4 特殊情况的处理

(1)高喷因故中断时立即停止提升，记录中断深度并尽快复喷，复喷时将喷具下至中断位置以下0．5m，在搭接处进行静喷，直至孔口返浆时方可提升，以保证防渗体的连续性。

(2)对强透水带及漂块石架空地层部位采用以下措施:喷管停止提升、静压注浆，使架空层全部充填密实，待孔口返浆时才能恢复提升喷管;降低喷射水压及风压，将水压和风压分别降至5 MPa和0．3MPa以内;加浓浆液、加大供浆量，孔口掺砂;为防止喷管被埋，采用间隔提升法(即全参数切割地层、静喷交替进行)，待孔口返浆后再将风、浆等参数调至正常值。

(3)施工过程中遇到孤石部位钻孔时需做好详细记录，采用聚能爆破将孤石炸碎，再用冲击钻钻孔，对该部位进行高喷灌浆时需进行复喷以扩大喷射范围。必要时增设加密孔或采用回填灌浆等方法，确保该部位防渗体的连续性和密实性。

(4)孔内严重漏浆、孔口不返浆时:应立即停止提升并降低喷射压力，在浆液中加入速凝剂;加浓浆液密度或灌注水泥砂浆、黏土等;向孔内填砂、粘土堵漏材料。

(5)对于高喷过程中出现的孔口大量返浆(大于20%)情况的处理措施:提高喷射压力、缩小喷嘴孔径、减少注浆量、加快提升和旋转速度。

2．2．5 质量检查

在上游段高喷防渗墙进行了注水试验，得到的渗透系数K=3．1×10-5cm/s，后期基坑开挖揭示该段防渗效果较好。

但坝下0+130～0+170段由于存在两层架空透水层，虽然高喷孔距加密为1m，但仍未能达到预期的防渗效果，在该段出现了4处较大的股状渗水。针对此特殊地质情况，必须在高喷防渗的基础上采取其他工程处理措施，即在深层注浆充填堵漏，以确保围堰在该段的最终防渗质量。

3 深层注浆堵漏的工程措施

3．1 施工方案

根据开挖揭露的情况，针对坝下0+130～0+170部位围堰的特殊地质情况，在高喷防渗墙的基础上，增设了深层注浆填充堵漏的工程措施，以确保围堰下游段最终的防渗效果。

具体方案为:根据现场涌水情况，在坝下0+135～0+165之间，围堰防墙内侧30cm处基坑渗水部位布设了4个回填堵漏孔。钻机钻孔至设计深度后，先采用回填浓水泥浆(必要时添加速凝剂)填满地层内部(距堰顶12．5m、25m深)两架空强透水带的渗水通道，然后再采用高喷灌浆的措施进行全孔封闭处理。

3．2 堵漏方案的实施

3．2．1 深层回填堵漏使用的机械设备

(1)钻孔:采用XYZ-70潜孔钻。

(2)制浆站设置一台ZL400L高速制浆机，拌制0．6∶1的纯水泥浆，JJS-2搅拌机配浆，SGB-10灌浆泵输浆灌注。

3．2．2 注浆

分别在12．5m、25m两处强透水带下管注浆，先采用静压注浆的方式进行灌注，以防止浆液扩散太远，初期在浆液中添加水玻璃(3%水泥用量)，最后采用低压(0．2MPa)、浓浆对透水通道进行注浆。

3．2．3 注浆控制过程

灌浆管预埋——注浆——屏浆。灌浆过程中根据围堰内侧渗水量确定灌浆结束时间。由于1#～3#孔渗水量较大，先在孔口注入掺量为3%水玻璃的浓浆，静压灌浆3h，然后以0．05～0．1 MPa灌浆压力逐级加压，每级持续30min，当压力增至0．5MPa、吸浆率为5L/min时，渗水点已基本不再渗水，持续30min后结束灌浆;4#孔在灌浆压力增至0．1MPa时吸浆率为5L/min，渗水点已基本不再渗水，持续30min后结束灌浆。

3．2．4 高喷封闭

对于堵漏后存在的细小渗水通道采用高喷封闭，控制标准同之前的高喷灌浆。