基于圍井試驗指導高壓擺噴灌漿的研究

袁增林，尹 芊

（曲靖市車馬碧水庫工程建設管理局，云南曲靖 655000）

1 概述

高壓噴射灌漿主要適應水庫壩型是均質土壩、風化料填筑層，地層以淤泥質土、粉質粘土、粉土、砂土、礫石、卵（碎）石等松散透水地層為主，特別是對含有較多漂石、塊石的地層，沖洪積層，坡積層，各種基巖的風化層效果很好；根據(jù)設計要求，施工前要做四邊形圍井試驗。目前，高壓噴射灌漿技術在國內外大壩防滲加固工程中得到了廣泛應用并取得了很好的防滲效果，高壓噴射灌漿法按噴嘴運動方式可分為旋噴、定噴和擺噴3種形式；旋噴形成柱狀體，定噴形成板狀體，擺噴形成扇狀體；高壓噴射灌漿的3種形式都適用于均質土壩、砂卵石地層和強風化基巖的防滲處理[1]。

2 三管法四邊形圍井試驗

2.1 高壓擺噴試驗

根據(jù)設計要求，結合工程現(xiàn)場施工條件，選擇在大壩右肩作現(xiàn)場試驗平臺場地，四邊形圍井試驗平臺對大壩具有代表性。圍井試驗孔平面布置圖見圖1。

圖1 四邊形圍井試驗平面布置圖

在試驗場地上布置5個噴射孔，5個孔圍成一個四邊形圍井，利用5個擺噴試驗孔按孔距、噴射壓力、提升速度等進行組合，分三序進行擺噴試驗，S1和S2為Ⅰ序孔，S3和S4為Ⅱ序孔，S5為Ⅲ序孔。噴射方向與軸線夾角為20°，試驗技術參數(shù)見表1。擺噴試驗結束14 d后，挖井檢查。

表1 高壓擺噴灌漿試驗參數(shù)表[2]

2.2 高壓擺噴試驗成果分析

從開挖情況看，形成連續(xù)的防滲墻，且搭接較好，充填密實，S1號孔噴射長度為75～90 cm，有效長度為80 cm，S2和S5號孔噴射長度為75～80 cm,有效長度為75 cm，S3和S4號孔，噴射長度為75～85 cm，有效長度為75 cm。綜合來看，S1號孔所選參數(shù)合理，搭接較好，充填密實，有效長度最長，還能節(jié)約投資。

2.3 高壓擺噴試驗的結論和建議

通過四邊形圍井試驗的成果可以看出，S1號孔的防滲效果更好，更能保證質量，節(jié)約投資，達到設計意圖，滿足設計的防滲要求。建議S1號孔作為下步的生產(chǎn)施工參數(shù)。具體如下：

1）大壩高噴防滲孔距按1.5 m，分兩序孔施工；

2）水壓為35 MPa，水量為70 L/min；

3）氣壓為0.7 MPa，氣量為1 000 L/min；

4）漿壓為0.6 MPa，漿量為65 L/min，漿液濃度為1.55 g/cm3，回漿濃度為1.22 g/cm3；

5）提升速度，壩土為12 cm/min，砂礫石層為10 cm/min，擺噴角度為20°，擺動速度為8~10次/min。

3 高壓擺噴防滲施工

3.1 施工工藝流程

高壓擺噴灌漿分兩序施工，先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔，具體施工流程見圖2。

圖2 施工工藝流程圖

3.2 施工設備物資

高壓擺噴灌漿需要的設備物資，包括3臺液壓回轉鉆機（XY-150型），2臺高壓水泵（3D2-S），2臺空氣壓縮機（YV），3臺攪泵機（WJ-100），3臺灌漿機（3SNS），2臺高噴臺車，400 m高壓膠管，400 m輸漿管，400 m輸風管，2臺污水泵，1臺測料儀，1套漿液試驗設備，3個漿液比重計。

3.3 鉆孔

高壓擺噴灌漿帷幕線位于壩軸線，孔距按1.5 m鉆孔，孔徑110 mm，鉆孔需要穿越砂卵石層以下3 m，選擇XU-150型鉆機，孔位偏差小于2 cm，鉆孔孔斜率不大于1.0%。

3.4 防滲墻的有效連接

壩土與河床基巖之間連接，以及分段施工時先后施工墻體的有效連接也是工程質量關鍵之一。高噴作業(yè)過程中，試驗選定的水壓力、提升速度、漿液濃度等施工參數(shù)，也將影響防滲墻的有效連接，只有嚴格控制上述施工參數(shù)，方能確保墻體有效連接。對于因分段施工而造成的先后相鄰的一個后序高噴孔，可適當提高噴射水壓力、降低擺噴提升速度、復噴等措施，使前后不同時期的高噴凝結體形成“焊接式”連接。對于防滲墻上與粘土心墻、下與基巖面的結合，可采用上述措施其中之一或聯(lián)合采用，要保證有效樁徑不小于150 cm。

3.5 滲墻的噴射方向

由于擺噴防滲墻是采用折線連接相鄰兩個孔的噴射方向，就決定了防滲墻的整體連續(xù)效果，因此，每個孔在高噴作業(yè)插管工序前，在地面上應首先對準好噴射方向，并控制在擺幅范圍內，使開始對孔的噴射方向居中，這樣可保證高噴切割地層方向正確，墻體連接可靠[3]。

3.6 封孔

高噴結束后若不認真封填好鉆孔，將給大壩留下隱患，為此，封孔質量尤為重要，為解決有漿液析水而出現(xiàn)漿體收縮現(xiàn)象，以及拔出噴桿體孔內漿液面下降的問題，當噴射結束后，應在噴射孔內進行靜壓充填灌漿，直至孔口液面不下降為止。

4 特殊情況的處理

在高噴防滲墻施工中，因停電、漿管破裂或機械故障引起作業(yè)中斷時，首先盡快排除故障，恢復作業(yè)，且恢復灌漿時，均按照規(guī)范要求復噴0.5 m以上，以保證高噴防滲墻的連續(xù)性；對處理時間過長（作業(yè)時間超過4 h）的，考慮到制漿站和孔內漿液停置時間過長，可能造成漿液質量發(fā)生變化，膠結凝固性能變差，影響高噴防滲墻成墻質量，故對制漿站漿液作廢棄處理，高噴孔則作待凝后掃孔重噴處理[4]。

對施工過程中發(fā)生的壩體冒漿等現(xiàn)象，采用加濃漿液、降低提升速度、低壓濃漿減速噴灌等方法進行處理。

5 灌漿質量檢查

1）質量檢查項目包括力學性能（包括密度、抗壓、抗折和抗剪強度、強性模量、溶蝕性等）；抗?jié)B性（滲透系數(shù)）；整體性（連續(xù)性和均勻性）；形狀和尺寸（主要檢查單孔成樁直徑及樁間連接厚度，成墻整體的連續(xù)性、封閉牢固性）。

2）質量檢查方法室內試驗，一是施工前應進行室內漿液配比試驗，二是現(xiàn)場用各種方法取回試件送室內進行物理力學性能測定。漿體物理力學性能測定送水電十四局中心試驗室測定。開挖檢查，灌漿結束14天后，漿體具有一定強度便挖坑檢查，直接觀察描繪和用儀器測試成樁情況。利用鉆機鉆孔檢查，取樣觀察分析和加工，送室內進行物理力學性能試驗；在鉆孔內進行壓（注）水試驗，測定滲透參數(shù)；對灌漿進行標貫試驗，測其堅硬密實程度。

6 結論

高噴防滲墻成墻后，采用圍井開挖檢查、圍井注水試驗檢查和土層搭接部位鉆孔取芯等方法進行檢查。

6.1 通過檢查孔分析

從現(xiàn)場檢查孔看，防滲墻的綜合滲透系數(shù)K值為6.2×10-7cm/s，說明防滲墻整體防滲效果滿足防滲板墻滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s的設計標準，高噴防滲墻搭接部位取芯抗壓強度R>5 MPa，開挖圍井看形成連續(xù)的防滲墻，且搭接較好，充填密實[5]。

6.2 通過各種成果數(shù)據(jù)分析

從防滲墻全面質量檢查所取得的成果數(shù)據(jù)說明，防滲墻起到了明顯的防止?jié)B漏作用，從整體上足以達到相對不透水的程度，滿足設計要求。

通過圍井試驗所選定的各種技術參數(shù)、施工方法和質量檢驗方法[6]，為下步指導高壓噴射灌漿施工提供可靠的依據(jù)；該工程成功地應用了高壓擺噴灌漿技術，這種技術較傳統(tǒng)的防滲方法有較大的優(yōu)越性，表現(xiàn)出顯著的經(jīng)濟效益，并且通過鉆孔取樣、圍井注水試驗、現(xiàn)場開挖到基面觀測等手段檢驗，都是成功的，滿足設計和規(guī)范要求；對以后類似工程很有參考價值。