“噴灌結(jié)合”技術(shù)在鍋浪蹺水電站圍堰防滲中的應(yīng)用

習(xí) 書 田， 高 強， 吳 小 兵

(中國水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610036)

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“噴灌結(jié)合”技術(shù)在鍋浪蹺水電站圍堰防滲中的應(yīng)用

習(xí) 書 田， 高 強， 吳 小 兵

(中國水利水電第十工程局有限公司, 四川 成都 610036)

圍堰高噴防滲墻施工質(zhì)量在很大程度上依賴地層情況，若特殊地層處理不當將帶來嚴重后果。以鍋浪蹺水電站廠房尾水圍堰防滲施工為例，敘述了控制性灌漿結(jié)合高噴施工的“噴灌結(jié)合”技術(shù)在孤(漂)石含量高、顆粒級配不均勻、架空嚴重、動水等復(fù)雜地層中的成功應(yīng)用。

復(fù)雜地層；高壓旋噴；控制性灌漿；噴灌結(jié)合；鍋浪蹺水電站

1 工程概述

鍋浪蹺水電站系青衣江一級支流天全河水電梯級開發(fā)中的龍頭水庫，位于四川省雅安市天全縣紫石鄉(xiāng)境內(nèi)，距縣城37 km。該工程壩址位于兩河口下游約700 m處，廠址位于下游約11 km處的傍海腔。電站裝機容量為3×70 MW，水庫正常蓄水位高程1 280 m，總庫容1.84億m3。

廠房及尾水施工采用全年鋼筋石籠圍堰擋水，采用10 a一遇的洪水設(shè)計標準，相應(yīng)導(dǎo)流設(shè)計流量為1 720 m3/s，堰體高約11 m，堰頂寬7 m，圍堰兩側(cè)坡比為1∶1.2，堰體頂部軸線總長約230 m，圍堰戧堤及堰基需進行防滲處理，上部圍堰加高采用粘土心墻進行防滲。

2 圍堰地質(zhì)條件

通過現(xiàn)場地質(zhì)資料及走訪調(diào)查得知，尾水全年圍堰所處位置工程地質(zhì)情況復(fù)雜多變，孤(漂)石含量高、含砂量少、顆粒級配不均勻、架空嚴重、地層透水性強、動水。考慮到施工組織安排，結(jié)合圍堰地層特點，將圍堰分成上、下游橫向圍堰及縱向圍堰三個區(qū)段。各區(qū)段地層具體結(jié)構(gòu)如下：

(1)上游橫向圍堰(樁號K0+024～K0+098)施工軸線長74 m。0～6 m為人工填筑層，6～7 m為細砂層，7～15 m為砂卵石層，含少量孤(漂)石，15～16 m為紅色花崗巖。孤(漂)石含量約為10%，最大粒徑約為2 m。

(2)縱向圍堰(樁號K0+098～K0+218)施工軸線長120 m。0～6 m為人工填筑層，6～7.5m為細砂層，7.5～17 m為砂卵石層，孤(漂)石多且大多分布在11 m至基巖段，15～18 m為紅色花崗巖。孤(漂)石含量約為40%，最大粒徑約為3 m。

(3)下游橫向圍堰(樁號K0+218～K0+254)施工軸線長36 m。0～3 m為人工填筑層，3～6.5 m為卵石夾細砂層，6.5～9 m為紅色花崗巖。

3 圍堰防滲方案的選擇

3.1 方案比選

水利水電工程圍堰防滲的閉氣方法較多，比如水泥灌漿、水泥化學(xué)漿液復(fù)合型灌漿、高壓噴射灌漿、控制性灌漿、混凝土防滲墻等，每種方法都有其自身的優(yōu)點和缺點，但多具有很強的互補性。常見的圍堰防滲施工方法主要是高壓噴射灌漿、混凝土防滲墻及控制性灌漿。針對該工程圍堰地層情況，經(jīng)初步研究討論，推薦單一高壓噴射灌漿法、混凝土防滲墻法及噴灌結(jié)合法供比較選擇。項目部在2個月的規(guī)定工期內(nèi)，從地層適用性、施工質(zhì)量、施工成本等方面進行了比較，具體結(jié)果見表1。

由表1可知：(1)施工成本由高至低為混凝土防滲墻﹥單一高壓旋噴﹥噴灌結(jié)合；(2)防滲效果由高至低為混凝土防滲墻﹥噴灌結(jié)合﹥單一高壓旋噴。另外，由于混凝土防滲墻施工臨建量大、投入設(shè)備多，單一高壓旋噴防滲效果可靠性較差，最終綜合選定該圍堰防滲工程采用“噴灌結(jié)合”法施工?！皣姽嘟Y(jié)合法”即采取高壓噴射灌漿配合控制性灌漿施工，對復(fù)雜地段先灌注控制性漿液進行地層改良，然后進行高噴灌漿。噴灌結(jié)合區(qū)施工的總體程序為：控制性灌漿I序孔→控制性灌漿II序孔→高噴灌漿I序孔→高噴灌漿II序孔。

3.2 防滲體系的布置

對不同地段采取不同的防滲體系布置，具體布置情況見表2。

表1 不同施工方案比較表

表2 不同地段防滲體系布置表

4 控制性灌漿施工

4.1 施工工藝

測量放線→鉆進至設(shè)計孔深→鉆具起拔→下設(shè)PVC花管置換地質(zhì)套管→埋設(shè)灌漿管→孔口封閉→分段灌漿→待凝→施工下一個孔。

4.2 鉆 孔

采用HM-90A履帶式液壓鉆機跟管鉆進，孔徑為146 mm。由于該圍堰地層富含大塊(漂、孤)石，進尺慢，鉆具損壞、廢孔等相當頻繁，給控制性灌漿及高噴灌漿鉆孔造成極大的困難，不僅影響施工工期，增加施工成本，還留下了質(zhì)量隱患。工程先后使用三件套、五件套偏心錘鉆頭、同心鉆頭及同心擴孔鉆頭、調(diào)整大塊(漂、孤)石層鉆進參數(shù)等，成功克服了該地層的鉆進難題。對大塊(漂、孤)石層采用同心擴孔鉆頭成孔，其余地層采用同心鉆頭成孔。

4.3 下設(shè)PVC花管置換地質(zhì)套管

鉆孔完成、鉆具起拔后，下設(shè)直徑110 mm PVC花管用以置換孔內(nèi)地質(zhì)套管。

4.4 埋設(shè)灌漿管

每個控制性灌漿孔孔內(nèi)埋設(shè)3根直徑為20 mm的PE管(圖1)。第一根PE管底部距孔底50 cm，第二根PE管底部距回填層與原始河床分界處往下50 cm，第三根PE管底部距孔頂50～100 cm，PE管外露20 cm以上，每根PE管做好標記，便于區(qū)分。

圖1 控制性灌漿孔孔內(nèi)灌漿管埋設(shè)示意圖

4.5 孔口封閉

為保證灌漿能夠施加一定的壓力，從孔口往下0.5～1 m區(qū)段用水泥砂漿封填密實，待凝1 d，即可進行灌漿。

4.6 灌 漿

(1) 灌漿方式。采用自下而上分段、孔口循環(huán)灌注的方式?？刂菩怨酀{孔與高噴灌漿孔均分兩序施工，先施工I序孔，再施工Ⅱ序孔。先灌注埋深最深的管，封閉埋深次深的管，埋深最淺的管作為回漿管，待灌漿達到結(jié)束條件后停止灌漿，封閉該灌漿管，改為灌注埋深次深的管，直至灌漿結(jié)束。

(2) 灌漿壓力。根據(jù)技術(shù)文件要求、水頭大小及國內(nèi)外類似工程進行設(shè)計選用，該工程灌漿壓力為0.2～0.5 MPa，Ⅱ序孔灌漿壓力較I序孔灌漿壓力提高10%～20%。

(3) 漿液配比?？刂乒酀{漿液共三種，分別為0.8∶1、0.6∶1和0.5∶1純水泥漿液；摻加水玻璃含量為水泥干灰量2%～10%的水泥-水玻璃漿液或摻加細砂、鋸木粉等的混合漿液；摻加量為水泥干灰量1%～5%的絮凝劑(為水下抗分散劑)、2%～10%的水玻璃和細砂等組成的水泥膏漿。

①對于不存在或存在較小漏失的一般地層，灌漿漿液按照純水泥漿液→混合漿液→水泥膏漿的順序選用，開灌水灰比為0.8∶1；

②對于存在較大的漏失地段，灌漿漿液按照純水泥漿液→混合漿液→水泥膏漿的順序選用，開灌水灰比為0.5∶1；

③對于架空嚴重、漏失很大的地段，灌漿漿液按照混合漿液→水泥膏漿的順序選用。

(4) 變漿標準。

①在某級壓力下，耗漿量大于1 000 L、壓力無變化或者變化不顯著時，可變濃一級漿液；

②灌漿過程中,若壓力呈上升趨勢,則不得變換漿液濃度；

③若灌漿流量超過40 L/min時，可越級變濃。

(5) 結(jié)束標準。

采用單孔限量或壓力與注入率控制的方式作為灌漿結(jié)束標準。

①當I序孔灌漿壓力達到0.2～0.4 MPa、II序孔灌漿壓力達到0.3～0.5 MPa且吸漿率小于5 L/min，屛漿10 min即可結(jié)束；

②當I序孔單孔累計注漿量達到8 000 L，II序孔單孔累計注漿量達到10 000 L時，灌漿壓力及注入率均無大的變化時可結(jié)束灌漿，待凝1 d，復(fù)灌。重復(fù)灌注3次仍達不到結(jié)束標準時，對該區(qū)域單獨進行加密處理。

4.7 灌漿成果

該圍堰防滲施工累計完成控制性灌漿孔191個，控制性灌漿完成2 880.1 m，平均耗灰量為138.6 kg/m，水玻璃用量7 547 L，砂用量12 150 kg，UWB-II型絮凝劑用量785 kg。

5 高噴灌漿施工

5.1 施工工藝

高噴灌漿施工工藝見圖2。

圖2 高噴灌漿施工工藝圖

5.2 主要施工參數(shù)

根據(jù)設(shè)計文件及《水電水利工程高壓噴射灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T5200-2004)中的相關(guān)技術(shù)要求，施工過程中采用的主要施工參數(shù)見表3。

5.3 鉆 孔

參考控制性灌漿孔鉆孔施工。

5.4 下設(shè)PVC管置換地質(zhì)套管

鉆孔完成、鉆具起拔后，下設(shè)直徑為110 mm的PVC管置換孔內(nèi)地質(zhì)套管。PVC管底部用塑料膠帶或?qū)Ｓ妹芊饧M行密封，采用“注水法”下設(shè)PVC管。

5.5 試 噴

噴具組裝完畢、下設(shè)高噴孔前應(yīng)進行試噴，無異常即可結(jié)束試噴。噴嘴用膠帶密封，以免下設(shè)時堵嘴。

表3 高噴施工主要控制參數(shù)表

5.6 下設(shè)噴具

將噴具下入到孔內(nèi)并確保其下入到終孔深度。

5.7 噴射及提升

(1)按照先通漿、后通風、水的順序施工，先原位噴射，待孔口返漿正常后邊旋轉(zhuǎn)邊提升。

(2)噴射作業(yè)采用自下而上連續(xù)施工。在噴漿過程中，時刻注意檢查風、水、漿的流量，旋轉(zhuǎn)、提升速度等各參數(shù)是否符合要求。

5.8 機具清洗

每噴射完一孔后，用清水沖洗機具及噴頭，以免堵塞。

5.9 孔口回灌

高噴結(jié)束后，對高噴孔回填飽滿。

5.10 特殊情況的處理

針對噴漿過程中出現(xiàn)的返漿量及返漿濃度不達標、間歇性返漿或不返漿等異常情況，采取濃漿噴灌、靜噴、降低提速、孔口加砂、摻加水玻璃、摻加絮凝劑、灌注膏漿等方法進行處理。

5.11 高噴成果

累計完成高噴灌漿孔394個，噴漿完成5 567.6 m，平均耗灰量為1 051.5 kg/m，水 玻 璃 用 量 為 51 540.7 L，砂用量為37 740 kg，絮凝劑用量為140 kg。

6 施工效果

6.1 鉆孔取芯

在單一高噴旋噴套接區(qū)、“噴灌結(jié)合”施工區(qū)及雙排控制性灌漿孔中間區(qū)采用單動雙管植物膠取芯。根據(jù)對取出的芯樣進行分析得知：取芯率高，芯樣完整，水泥漿液與原地層中的砂卵礫石包裹充分、均勻，見圖3、4。

6.2 基坑開挖

廠房基坑開挖期間，采用1臺功率55 kW、每小時排水量為450 m3的水泵間歇排水，即能很好地滿足基坑開挖，表明該圍堰防滲效果良好。

圖3 縱向圍堰2#取芯孔芯樣圖

圖4 縱向圍堰3#取芯孔芯樣圖

7 結(jié) 語

鍋浪蹺水電站廠房全年圍堰防滲施工采用高噴灌漿與控制性灌漿結(jié)合的施工工藝，較好地解決了孤(漂)石、地下動水及架空等復(fù)雜地層條件下噴漿漿液極易被稀釋帶走的難題，提高了施工質(zhì)量，保證了施工進度，降低了施工成本。所采用的“噴灌結(jié)合”施工工藝可為今后類似地層條件下的防滲施工提供經(jīng)驗。

[1] 李相然，賀可強.高壓噴射注漿技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2007.

[2] 水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范，DL/T 5200-2004[S].

[3] 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范，DL/T 5148-2012[S].

[4] 水電水利工程覆蓋層灌漿技術(shù)規(guī)范，DL/T 5267-2012[S].

(責任編輯：李燕輝)

2016-10-10

TV7；TV551；TV52；TV223.4

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1001-2184(2016)06-0079-05

習(xí)書田(1983-)，男，江西宜春人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

高 強(1985-)，男，重慶長壽人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

吳小兵(1989-)，男，重慶秀山人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.