高喷灌浆防渗墙在前坪水库砂卵石地层防渗中的应用

魏殿伟，左鹏杰，王凯强

（河南省水利第一工程局，450016，郑州）

一、工程概况

前坪水库主坝为黏土心墙砂砾（卵）石坝，坝顶高程423.5 m，总长818 m，最大坝高90.3 m，建筑物级别为1级。 戗堤位于坝轴线上游203 m，长度685 m，堤顶高程为 353 m，宽度 6 m，上游坡比为 1∶2.5，下游坡比 1∶1.5。 高程 348～353 m 回填黏土， 高程 348 m以下回填砂砾石料。

戗堤跨河布置，河床段由第四系冲洪积成因的卵石、 粉质黏土组成，下伏弱风化的安山玢岩，上部粉质黏土、 中粗砂及河床卵石层成松散～稍密，下部卵石层成中密～密实状态，夹有砂及泥卵石透镜体。 砂卵石层渗透系数为 5.2×10-1cm/s， 具有强透水性；弱风化砾岩透水率一般小于5 Lu，属弱透水性。 左岸Ⅰ级阶地宽100～400 m，高程343～350 m，其上分布的壤土、粉质黏土渗透系数为5.25×10-5cm/s，属弱透水性。 右岸Ⅰ级阶地宽70～200 m，高程 343～348 m，其上分布的砾岩渗透系数为4.02×10-4cm/s （透水率 4.8～5.9 Lu），属弱透水性。

二、高喷灌浆防渗墙布置

上游戗堤采用高压旋喷灌浆防渗墙进行防渗处理。 高喷灌浆防渗墙轴线沿戗堤轴线布置，总长度920 m，单排孔布置， 采用旋喷套接形式，分两序施工，孔距为1 m（见图1）。 重粉质壤土层高喷灌浆墙体28 天抗压强度不小于2 MPa，渗透系数不大于1×10-5cm/s。 砂卵石层高喷灌浆墙体28天抗压强度不小于4 MPa， 渗透系数不大于 5×10-5cm/s。 高喷灌浆成墙厚度不小于800 mm。

三、高喷灌浆施工技术

1.灌浆方法选择

高压喷射灌浆的方法有单管法（CCP 法）、二管法（JSG 法）、三管法（CJP 法）和多管法（SSS-MAN 法）等，可根据工程需求和地质条件选用相应的施工方法。

本工程根据地质条件和设计要求， 选用三管法进行高喷灌浆施工。三管法是使用水、气、浆3 种不同介质共同作用的灌浆方法，主要利用高压水流冲切土体， 水泥浆跟进充填，形成的凝结体密实连续，可用在砂卵石层施工。

2.施工参数设计

根据类似工程经验并结合本工程地质情况，选取具有代表性的区段进行高喷灌浆工艺试验：阶地段桩号高+400～高+407、 河床段高+660～高+667， 以确定合理的高喷灌浆施工参数。 每个试验段7 个孔，单排布置，间距1 m，采用三管法灌浆，分两序施工（见图 2）。设计桩长 20.6～32.0 m，桩底深入基层岩石不小于0.5m，旋喷桩直径 1.4 m，水灰比 1∶1，采用 P.O 42.5 普通硅酸盐水泥拌制。

对试验段进行了钻孔取芯、注水试验和开挖检查。 试验资料显示重粉质壤土层的渗透系数为4×10-7cm/s，28 天平均抗压强度为 4.6MPa， 最小成墙厚度0.9 m，最大成墙厚度1.1 m，墙体规则连续；砂卵石层的渗透系数为 1.8×10-5cm/s，28 天平均抗压强度为4.2 MPa，最小成墙厚度0.8 m，最大成墙厚度1 m，墙体规则连续。高喷灌浆的成墙质量在两种不同的地层内均满足设计技术指标。

3.施工工艺

戗堤高喷灌浆防渗墙按分序加密的原则进行施工， 分两序进行，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，相邻孔的施工时间间隔不得少于24 小时。高喷灌浆施工工艺流程：

①施工准备。 施工前对施工现场全面规划。 修筑好设备进出场施工道路，平整施工场地；在戗堤上游侧开挖排浆沟和集浆池， 排浆沟平行于高喷防渗墙轴线，每隔60 m 设一个集浆池；将施工设备运至施工现场组装、 调试检查，确保全部设备处于完好状态。

②测量布孔。 对所有灌浆孔进行统一编号，按照设计图纸的桩位使用全站仪进行放样。 孔位中心使用木桩标记， 并用不同颜色的油漆标明孔序、编号及高程。 定位桩要妥善保护，钻孔前进行二次校核。

③钻机就位、造孔。钻孔采用300型地质钻机，开孔孔径110 mm。 桩位校核后，将钻机就位，机身调平，将钻头对准桩位中心， 误差不超过10～20 mm；控制钻进速度，确保钻孔斜率不超过1% ；钻孔过程中详细记录孔位、孔深及地层变化等情况。

④高喷台车就位。 钻孔完成并检查合格后，钻机移位，将高喷台车移至成孔处就位，连接好水、气、浆管。高喷台车对下喷射管有直接影响，为此，必须保证高喷台车孔口与钻孔轴心重合。

采用P.O 42.5 普通硅酸盐水泥高速制浆机制浆，拌和时间60 秒。 制浆过程中要经常检查水泥浆比重；浆液温度控制在5～40℃， 过滤后使用，防止喷嘴在喷射过程中堵塞。 制浆后，开机在地面试喷，检查系统的各项指标是否符合要求。

⑤下喷射管。 试喷符合要求后，将喷射管缓慢插入孔内， 直到孔底。在插喷射管时， 可将管口缠上薄胶带，防止喷嘴堵塞。

⑥喷射提升。 按施工设计的旋喷方法和确定的施工参数送高压水、压缩空气和水泥浆，待泵压、风压、水压达到设计的规定值时，先对孔底进行原位高压旋喷1～3 分钟，待回浆密度大于1.2 g/cm3以上后，按选定的提升速度提升喷射管， 进行连续喷射作业，提升至设计高程后，再原位喷射1～2 分钟， 即可停止喷射， 拔出喷浆管。喷射过程中，喷射管提升速度必须连续均匀；计量要准确，喷射过程中，要经常检查各介质的喷射压力， 流量等； 如实记录灌浆的施工参数、 灌浆量、异常情况及采取的处理措施等。

⑦喷射管冲洗。 喷射完成后，拔出喷射管用清水冲洗干净管路。

⑧封孔。 高压喷射作业结束后，由于水泥浆固结收缩，出现孔内浆液下沉， 因此要连续将冒浆回灌至孔内，直到灌浆孔内浆液面稳定，不再下沉为止。

图1 高喷灌浆防渗墙布置图 (单位：m)

图2 现场试验段高喷灌浆孔布置图

4.特殊情况处理

断喷。 高喷灌浆过程中若出现中断，应进行搭接复喷，搭接复喷长度不小于0.2 m，处理后，方可提升喷射管继续喷射灌浆，并记录中断处位置和中断时间； 如中断时间超过3 小时， 要对水泥浆液管路进行清洗，清洗后进行搭接复喷，复喷搭接长度不小于0.5 m， 并如实记录中断处位置和中断时间。

漏浆。 高喷灌浆过程中若发生严重漏浆，可采取以下措施：孔口不返浆时，应立即停止提升喷射管，降低喷射压力和流量，进行原位喷射灌浆；孔口返浆量较少时， 应降低喷射管的提升速度；加大浆液密度或灌注水泥砂浆；向孔内填砂、黏土等堵漏材料。

串浆。 高喷灌浆过程中发生串浆时，应堵塞串浆孔。 待灌浆孔灌浆结束，尽快对串浆孔进行扫孔，然后进行灌浆或继续钻进。

四、施工效果

本工程由于地层中多为砂卵石且含有漂石，其粒径大、含量多、胶结程度差， 而且砂卵石地层中渗流量大，这些都给施工带来很大的困难和不利影响。 在施工中，采用地质钻机钻孔很好地探明了灌浆层的地质条件，为施工时采取合理灌浆参数提供依据。 成孔后，插入竖向切缝的PVC管可有效预防塌孔，灌浆时再利用高压冲碎管壁，在砂卵石层施工起到了很好的作用。 地下渗流会造成灌浆时浆液损失，影响成墙厚度，施工中减缓灌浆管提升速度和加大水泥浆液浓度可很好减轻地下渗流对高喷灌浆质量的影响。

前坪水库戗堤高喷灌浆施工历经4 个月完成，共灌浆1.7 万m，耗用水泥 1.2 万t，平均注浆量 684.3 kg/m，成墙1.8 万m2。 根据检验成果判断，高喷灌浆防渗墙防渗效果良好，达到了预期目的。