基于围井试验指导高压摆喷灌浆的研究

袁增林，尹 芊

（曲靖市车马碧水库工程建设管理局，云南曲靖 655000）

1 概述

高压喷射灌浆主要适应水库坝型是均质土坝、风化料填筑层，地层以淤泥质土、粉质粘土、粉土、砂土、砾石、卵（碎）石等松散透水地层为主，特别是对含有较多漂石、块石的地层，冲洪积层，坡积层，各种基岩的风化层效果很好；根据设计要求，施工前要做四边形围井试验。目前，高压喷射灌浆技术在国内外大坝防渗加固工程中得到了广泛应用并取得了很好的防渗效果，高压喷射灌浆法按喷嘴运动方式可分为旋喷、定喷和摆喷3种形式；旋喷形成柱状体，定喷形成板状体，摆喷形成扇状体；高压喷射灌浆的3种形式都适用于均质土坝、砂卵石地层和强风化基岩的防渗处理[1]。

2 三管法四边形围井试验

2.1 高压摆喷试验

根据设计要求，结合工程现场施工条件，选择在大坝右肩作现场试验平台场地，四边形围井试验平台对大坝具有代表性。围井试验孔平面布置图见图1。

图1 四边形围井试验平面布置图

在试验场地上布置5个喷射孔，5个孔围成一个四边形围井，利用5个摆喷试验孔按孔距、喷射压力、提升速度等进行组合，分三序进行摆喷试验，S1和S2为Ⅰ序孔，S3和S4为Ⅱ序孔，S5为Ⅲ序孔。喷射方向与轴线夹角为20°，试验技术参数见表1。摆喷试验结束14 d后，挖井检查。

表1 高压摆喷灌浆试验参数表[2]

2.2 高压摆喷试验成果分析

从开挖情况看，形成连续的防渗墙，且搭接较好，充填密实，S1号孔喷射长度为75～90 cm，有效长度为80 cm，S2和S5号孔喷射长度为75～80 cm,有效长度为75 cm，S3和S4号孔，喷射长度为75～85 cm，有效长度为75 cm。综合来看，S1号孔所选参数合理，搭接较好，充填密实，有效长度最长，还能节约投资。

2.3 高压摆喷试验的结论和建议

通过四边形围井试验的成果可以看出，S1号孔的防渗效果更好，更能保证质量，节约投资，达到设计意图，满足设计的防渗要求。建议S1号孔作为下步的生产施工参数。具体如下：

1）大坝高喷防渗孔距按1.5 m，分两序孔施工；

2）水压为35 MPa，水量为70 L/min；

3）气压为0.7 MPa，气量为1 000 L/min；

4）浆压为0.6 MPa，浆量为65 L/min，浆液浓度为1.55 g/cm3，回浆浓度为1.22 g/cm3；

5）提升速度，坝土为12 cm/min，砂砾石层为10 cm/min，摆喷角度为20°，摆动速度为8~10次/min。

3 高压摆喷防渗施工

3.1 施工工艺流程

高压摆喷灌浆分两序施工，先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔，具体施工流程见图2。

图2 施工工艺流程图

3.2 施工设备物资

高压摆喷灌浆需要的设备物资，包括3台液压回转钻机（XY-150型），2台高压水泵（3D2-S），2台空气压缩机（YV），3台搅泵机（WJ-100），3台灌浆机（3SNS），2台高喷台车，400 m高压胶管，400 m输浆管，400 m输风管，2台污水泵，1台测料仪，1套浆液试验设备，3个浆液比重计。

3.3 钻孔

高压摆喷灌浆帷幕线位于坝轴线，孔距按1.5 m钻孔，孔径110 mm，钻孔需要穿越砂卵石层以下3 m，选择XU-150型钻机，孔位偏差小于2 cm，钻孔孔斜率不大于1.0%。

3.4 防渗墙的有效连接

坝土与河床基岩之间连接，以及分段施工时先后施工墙体的有效连接也是工程质量关键之一。高喷作业过程中，试验选定的水压力、提升速度、浆液浓度等施工参数，也将影响防渗墙的有效连接，只有严格控制上述施工参数，方能确保墙体有效连接。对于因分段施工而造成的先后相邻的一个后序高喷孔，可适当提高喷射水压力、降低摆喷提升速度、复喷等措施，使前后不同时期的高喷凝结体形成“焊接式”连接。对于防渗墙上与粘土心墙、下与基岩面的结合，可采用上述措施其中之一或联合采用，要保证有效桩径不小于150 cm。

3.5 渗墙的喷射方向

由于摆喷防渗墙是采用折线连接相邻两个孔的喷射方向，就决定了防渗墙的整体连续效果，因此，每个孔在高喷作业插管工序前，在地面上应首先对准好喷射方向，并控制在摆幅范围内，使开始对孔的喷射方向居中，这样可保证高喷切割地层方向正确，墙体连接可靠[3]。

3.6 封孔

高喷结束后若不认真封填好钻孔，将给大坝留下隐患，为此，封孔质量尤为重要，为解决有浆液析水而出现浆体收缩现象，以及拔出喷杆体孔内浆液面下降的问题，当喷射结束后，应在喷射孔内进行静压充填灌浆，直至孔口液面不下降为止。

4 特殊情况的处理

在高喷防渗墙施工中，因停电、浆管破裂或机械故障引起作业中断时，首先尽快排除故障，恢复作业，且恢复灌浆时，均按照规范要求复喷0.5 m以上，以保证高喷防渗墙的连续性；对处理时间过长（作业时间超过4 h）的，考虑到制浆站和孔内浆液停置时间过长，可能造成浆液质量发生变化，胶结凝固性能变差，影响高喷防渗墙成墙质量，故对制浆站浆液作废弃处理，高喷孔则作待凝后扫孔重喷处理[4]。

对施工过程中发生的坝体冒浆等现象，采用加浓浆液、降低提升速度、低压浓浆减速喷灌等方法进行处理。

5 灌浆质量检查

1）质量检查项目包括力学性能（包括密度、抗压、抗折和抗剪强度、强性模量、溶蚀性等）；抗渗性（渗透系数）；整体性（连续性和均匀性）；形状和尺寸（主要检查单孔成桩直径及桩间连接厚度，成墙整体的连续性、封闭牢固性）。

2）质量检查方法室内试验，一是施工前应进行室内浆液配比试验，二是现场用各种方法取回试件送室内进行物理力学性能测定。浆体物理力学性能测定送水电十四局中心试验室测定。开挖检查，灌浆结束14天后，浆体具有一定强度便挖坑检查，直接观察描绘和用仪器测试成桩情况。利用钻机钻孔检查，取样观察分析和加工，送室内进行物理力学性能试验；在钻孔内进行压（注）水试验，测定渗透参数；对灌浆进行标贯试验，测其坚硬密实程度。

6 结论

高喷防渗墙成墙后，采用围井开挖检查、围井注水试验检查和土层搭接部位钻孔取芯等方法进行检查。

6.1 通过检查孔分析

从现场检查孔看，防渗墙的综合渗透系数K值为6.2×10-7cm/s，说明防渗墙整体防渗效果满足防渗板墙渗透系数不大于1×10-6cm/s的设计标准，高喷防渗墙搭接部位取芯抗压强度R>5 MPa，开挖围井看形成连续的防渗墙，且搭接较好，充填密实[5]。

6.2 通过各种成果数据分析

从防渗墙全面质量检查所取得的成果数据说明，防渗墙起到了明显的防止渗漏作用，从整体上足以达到相对不透水的程度，满足设计要求。

通过围井试验所选定的各种技术参数、施工方法和质量检验方法[6]，为下步指导高压喷射灌浆施工提供可靠的依据；该工程成功地应用了高压摆喷灌浆技术，这种技术较传统的防渗方法有较大的优越性，表现出显著的经济效益，并且通过钻孔取样、围井注水试验、现场开挖到基面观测等手段检验，都是成功的，满足设计和规范要求；对以后类似工程很有参考价值。