高压旋喷防渗墙在水电站船闸工程中的运用探讨

2022-06-14樊文超

中国房地产业·下旬 2022年4期

樊文超

【摘要】为优化地基修筑、水利工程等建设效果，增强其防水功能，做出合理应用高压喷射技术的提议。文章选择水电站主体工程作为研究对象，较为详细的探讨高压旋喷防渗墙技术应用情况，合理设计该项技术主要参数，全面掌握施工要求等，检测并客观评价了该项技术的应用效果。希望能和同行分享技术方法与经验，整体优化水电站船闸建造效果，为我国水利行业长久发展保驾护航。

【关键词】水电站;船闸工程;高压旋喷;防渗墙技术【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.12.055

1、工程概况

五里河旺庄闸处于五里河K2+400，河道地层从上到下分别是素填土、黏土、砂质黏土、中砂。

施工现场已完成“三通已平”，施工运输车辆可直接入进现场，现场地大致平整。基本具备施工条件。

2、现场高喷试验

既往大量的工程研究表明，水利工程特殊地质形成的原因较复杂，既有的试验成果仅能做参考了，在正式防渗墙施工建设前，参建方要先开展施工工艺试验。基于试验验证拟用工法技术层面上是否可行、成效是否可靠及经济投入是否合理等，在此基础上确定最科学的施工工序，选择应用最适宜的施工工艺，提供主要的施工技术数据，比如水泥拌合量、水灰比、钻具的掘进与提升速度等，并认真检查各类机械设备的使用性能，进而为高喷防渗墙现场施工活动提供更科学的指导。

2.1开挖检验

明确要求现场开挖深度、宽度均要≥2.0m，认真观察不同桩体之间的搭接状态、混凝土搅拌的均匀度，局部裂缝、缺损等质量缺陷的发生情况。

2.2取芯试验

通过开挖或者钻孔（墙体厚度>400mm时）的方式由防渗墙内取得水泥土芯样，在室内持续养护到28天，将其制作成试（50mmx50mmx50mm）进行无侧限抗压强度与渗透试验，獲得抗压强度、压缩模量等指标。检测验证所得试验参数是否符合工程设计要求。

试验中设定注浆孔距0.4m，孔深是打进相对不透水层O.5m;浆液水灰比1.0，控制浆液比重1.5g/㎝3;控制水泥浆灌注压力2.OMPa，流量100L/min，现场注浆提升速度0.2m/min[1]。

本次试验共计制造了3个围井，通过围井注水试验渗透系数分别是6.88×10-7㎝/s，1.62×10-7㎝/s与9.25×10-8㎝/s，都满足工程设计要求的1×10-6㎝/s。

对于砂壤土、粉质壤土、淤积质粉质壤土相间土层，高喷现场施工可以采用调整提升速度但是维持其他参数恒定的形式去达到。

3、工程设计

现场施工时，为减少周边水流给施工过程带来的干扰，需要组织施工队在清除过的淤泥区域开展施工活动，建造出围墙结构。围堰建造好以后，对其基地进行防水处理。执行该步骤施工过程时，一定要参照既有航道的实际情况完善设计内容，防水墙主项数据如下：墙长66m、总墙面积540㎡。其中桩基深度达到2m-13m，间隔1.1m，场地内钻孔总长度达到540m。结合水利项目的真实状况，完善高压旋喷工艺设计（表1）[2]。

4、施工

施工流程（见图1）。

本工程旋喷桩采用三重管符合喷射高压水流和压缩空气、水泥浆液的工艺，其施工工艺流程如下：

测方孔位→冲洗器具→回灌浆液→移机至下一孔位。

4.1确定桩位

测放孔位：按设计要求进行，在确定孔位时，应由甲乙双方技术人员共同参与确定，为保证孔位的准确性，桩位必须打入木桩做标记。

4.2配制浆液

严格按照1：1的水灰比确定实际加水高度以及加灰量，并在搅拌机设备局部做好相应标记信息，见表2[3]。

具体实践中，严格按照前期标注好的加水高度及加灰量进行管理控制，浆液水灰比1.0，浆液比重1.5g/㎝3。充分搅拌以后采用比重计测量控制浆液密度。要做到每罐一测，并指派专人准确记录相关信息，包括加水量、加灰量以及浆液密度等。将一道过滤网布置在灰浆搅拌机和集料斗之间，利用其过滤浆液。本工程要求制备好的浆液不可以存在离析情况，如果环境气温在10℃以上并超过3h，或者在10℃之下超过5h，都要按照废浆处理。

4.3钻机引孔

先使钻机安置在标定的孔位上，使钻头中心对准孔中心，桩位偏差部应大于±5cm;调整钻机水平度及钻杆垂直度，施工时保证钻孔的垂直偏差部超过1%;成孔直径为110mm，深度进入强风化岩1.00m;终孔后较量钻具，孔深精度控制在±10cm以内;以满足设计要求方可终孔。

4.4三重管法高压旋喷桩

高喷灌浆注浆料选用42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比设计1.0～1.2，明确要求水泥用量≥550Kg/m（11包/m），可以工程现场实际需求在水泥浆液中添入外加剂，包括掺和料和速凝剂、减水剂等，加强水泥浆搅拌时间的控制，配合使用高速、普通搅拌机的搅拌时间要分别在30s、90s以上，水泥浆从制备至到完的时间应该被控制在4h以内。

高压注浆泵自身的使用性能要和工程现场所用注浆液的品类、密度相互适应，指派专人定时检查各种压力表的使用情况。

高喷灌浆要按照从上到下的方向持续进行，控制喷射注浆管提升速度≤10cm/min，中途进行接、卸喷射管等操作时，要对搭接段进行复喷，复喷长度要≥0.2m。高喷灌浆因其他情况中断后恢复作业时要复喷中断孔，要确保搭接长度≥0.5m。

高喷灌浆施作时，若出现压力急剧降低或者土壤增高的情况，则一定要尽早探查具体成因，及时解决。如果钻孔中出现了十分严重的漏浆情况时，可以结合现场实际情况采用如下方法处置：一是适度降低喷射压力、流量，开展原位灌浆活动;二是把适量速凝剂添加至浆液内;三是增加浆液密度或者持续灌注水泥砂浆，水泥粘土浆等物料;四是朝向钻孔中灌注砂、土等堵漏类建材。

当观察到孔口不出现返浆现象时，工人就要立即停止提升，孔口存在少许返浆时，应适度降低提升速度，在进口浆正常的工况下，如果检测到孔口回浆密度减小，实际回浆量增加，则可以降低气压并且适度增加进浆浆液密度或进浆量。

如果高喷灌浆现场施工中出现串浆这一不良状况时，则要尽早填堵串浆孔，在灌浆孔高喷灌浆施工康过程结束后，要尽早对串浆孔进行扫孔操作，随后就可以进入到高喷灌浆工序内，当然参建工人结合现场实况还可以持续钻进。

本工程施工时，把高压旋喷施工作为重要工艺内容：

（1）高喷台车就位，先对施工机具进行试运转或称试喷，位置机具试运转时的高压水泵泵压（20±2）MPa，空压机风压0.7MPa为宜，泥浆泵泵压1.OMPa，一定要做到同轴喷射。通过试喷过程检测检查喷咀、喷管及全部设备能正常运转后，下放φ89mm高喷管（三重管）到设计深度，在喷射管下放的环节中，要配合应用胶带用于保护喷嘴，减少或规避局部堵塞的不良情况。

（2）喷浆：在确认喷头抵达设计深度时，工人要严格按照设计参数送浆，水、气执行静喷过程，当观察到浆液返出孔口、一切正常以后就开始提升喷管，一定要确保现场喷射过程连续进行，控制浆液用量70L/min～80L/min。中途如果拆卸喷射管，那么工人随后应把喷射管下放到原位0.2m之下执行复喷操作，现场喷射活动中要定时检查车辆原浆、返浆比重以及水泥浆用量等指标，加强风压、水压的管理控制。如果测量发现返浆密度<1.2g/cm3时，则要即刻暂停提升操作，直到回浆≥1.2g/cm3时，拆允许恢复正常喷浆作业过程。本工程现场高喷作业被细化成三道工序进行，明确规定相邻I、II序孔的作业间隔时间≥24h。

（3）高喷灌注施工中，如果能确定冒浆量超过注浆量20%时或彻底不冒浆时，可以尝试运用如下方法处理：一是如果地层之内有较大空隙导致不冒浆时，可以指导工人在空隙地段增加注浆量，确认空隙被填满以后在进行后续喷射活动;二是如果现场冒浆量过大时，可以采用增加喷射压力或者适度减缩喷嘴孔径，或者加速旋转与提高速度等方式，降低场区内的冒浆量;三是加强“冒浆”关卡的控制，发现冒浆异常或者不冒浆时不可进行提升操作。

严格按照工程设计要求及监理人员做出的指示，利用标准试模收集冒浆试样去检查现场高喷注浆情况。高喷灌浆在工程现场要做到全孔自下向上连续作业，如果发生中断，则要把喷浆管沉到停喷点之下0.5m，在其恢复正常以后再进行喷浆提升。如果停机时间>3h，则要逐一清洗泵体和输浆管路。现场施工严格控制压力与提升速度两大指标，确保孔中浆液上返过程畅通，规避发生局部地层劈裂、地面抬动等不良情况。高喷灌浆作业整体结束后，采用回浆或者水泥浆及时进行补灌，直到孔口浆面不出现下降现象为止。

（4）加强注浆材料以及注浆量的控制。本工程选择42.5普通硅酸盐水泥作为注浆材料，现场注浆量一定要和设计要求吻合，利用公式测算出具体的喷浆液用量。结合旋喷浆液用量、浆液水灰比能够求出桩体每1.0m实际所需的水泥用量。实际平均水泥用量是0.92t/m。

按照工艺参数要求计算，公式：

Q=（H/v）q（1+B）

Q表示的是浆液现场实际用量（m3）;q是注浆泵的排浆量（L/min）;H是桩体长度（n）;v代表的是注浆管的提升速率（m/min）;B是损失系数，范围0.1～0.3。

4.5注意事项

（1）在钻孔施工环节中一定要确保现场

打孔方位符合设计要求，建议将其实际测量误差控制在1㎝之内。在正式应用钻机设备之前，一定要确保其组合状态安全且和设计要求相吻合，方位精准度高，这样打孔操作以后就能规避发生偏移情况，确保钻心与空心处于一个水平点上，借此方式提升偏差度的控制效果。

（2）高压喷浆时，一定要确保钻孔设备被安置在提前设定好的位置，随后指派专人调试高压设备，确保其和符合相应的使用标准要求.试压完成后，按照设计要求配制泥浆，随后将其装进喷射设备中，严格按照有关要求执行浇筑工序，使喷浆工序的合理性、科学性得到最大保障。如果现场施工时发现铺筑的管道长度不够时，则要对管道进行对接处理，一定要确保对接过程额度安全性、可靠性。当有暂停设备运行的要求时，要及时更换新品，并且要认真清洗各类钻具。

（3）对于喷射施工完的建筑墙面，施工方要结合项目设计要求，有针对性的调整局部。这主要是因为墙体发生凝固时，会发生整个建筑高度降低的状况，为确保其符合设计要求的高度范围，则要组织工人进行再浇筑，确保施工整体水平满足项目要求。

（4）运用高压设备执行喷射施工过程时，要密切关注设备的现场运转状况，切边其内部压强和施工设计要求相契合，若出現隐患因素或者故障问题时，则要关闭设备启用电源，做停工处理，对其开展全面的检查、维修工作，科学调整后确保各项参数均符合工程要求，只有这样才能继续施工运行。

（5）针对现场施工中引起坍塌、漏浆等不良状况，施工方要综合多方面因素分析其成因，编制应急处理方案，这样遇到突发情况时能取得良好的治理效果。如果以上情况十分严重，则要在添加封堵剂等以后，再进行喷射，在确认其符合设计要求以后，才可以执行后续施作项目。

5、质量检查以及防渗效果

针对墙体施工质量的检查，可以结合应用开挖、围井注水以及室内试验等方法。

开挖主要用于检查防渗墙的连续性与实际有效长度。高喷防渗墙桩要和桩体搭接良好，各处混凝土搅拌均匀，未见裂缝及缺损等现象。

注水试验检查。即应用全孔一次注水开展试验，利用下式计算渗透系数（K）：

K=QL/（FH）

Q代表的是渗水流量（㎝3/s）;L即为渗径长度，实质上就是板墙平均厚度（㎝）;F是渗水面积（㎝2）;H表示的是水头（㎝）。

本工程被检查的防渗墙K取值范围是6.87×10-7～9.25

×10-7㎝/s范围，符合设计要求。

结语：