汾河清水復(fù)流項(xiàng)目高噴灌漿防滲墻圍井試驗(yàn)

王 暉

（山西省汾河流域管理局，山西 太原 030006）

1 工程概況

汾河清水復(fù)流北趙聯(lián)接段工程，位于山西省西南部的河津市和萬(wàn)榮縣境內(nèi)，距河津市區(qū)約20 km。本工程自禹門口一級(jí)站改擴(kuò)建工程取水，向西范灌區(qū)、西范灌區(qū)東擴(kuò)和北趙灌區(qū)供水，同時(shí)利用汾河河道輸水，達(dá)到向汾河下游河道進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水的目的。

輸水線路：禹門口一級(jí)泵站擴(kuò)建工程渠道末端—汾河西范—廟前段，西范—廟前段為本工程的清水復(fù)流段。本工程需新建長(zhǎng)渠道19.18 km，利用現(xiàn)有黃委輸沙渠2.53 km、新建沉沙條渠寬120 m、長(zhǎng)6 948 m；利用汾河天然河道長(zhǎng)20.31 km，線路總長(zhǎng)42.02 km；渠道橫斷面為現(xiàn)澆混凝土弧底梯形，全斷面鋪復(fù)合土工膜防滲，其中渠首斷面尺寸為渠深3.8 m，底弧半徑5 m，邊坡1∶1.5，渠堤采用土堤。

新建各類建筑物25 座，其中水閘5 座、渡槽1 座、倒虹1 座、公路橋17 座、汾河橡膠壩1 座。渠道建筑物共32 座，包括節(jié)制沖沙閘1 座、渡槽1 座、沉沙條渠分水閘1 座、渠道節(jié)制閘1 座、條渠末端渠道進(jìn)水閘1 座、西范供水節(jié)制分水閘1 座、西范一級(jí)站供水倒虹1 座、公路（機(jī)耕）橋20 座、跌水2 座、涵洞2 座、汾河橡膠壩（含引水渠和進(jìn)水閘）1 座。

2 高噴防滲墻灌漿施工

2.1 高噴灌漿施工準(zhǔn)備

現(xiàn)場(chǎng)布置及技術(shù)準(zhǔn)備。現(xiàn)場(chǎng)要實(shí)現(xiàn)“三通”，備料及機(jī)械進(jìn)場(chǎng)并試運(yùn)轉(zhuǎn)，檢測(cè)檢驗(yàn)設(shè)備，做好廢漿排放措施。根據(jù)選定的漿液比重，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配合比試驗(yàn)。方案批準(zhǔn)后，安排施工準(zhǔn)備工作。圍井試驗(yàn)主要施工設(shè)備和參數(shù)見表1。

表1 主要施工設(shè)備明細(xì)表

2.2 高噴灌漿施工流程

施工工藝流程：鉆孔、灌漿、圍井鉆灌、質(zhì)量檢查、成果分析、整理。

單孔施工工藝流程：表面清理、作業(yè)層平整、測(cè)放孔位、機(jī)就位、整平、鉆孔、臺(tái)車就位調(diào)整、試噴、下設(shè)噴射管、水泥漿制備、噴漿、檢查、回漿、充填封孔、移機(jī)。

2.3 高噴灌漿施工

測(cè)量定孔，要求保證每孔孔位誤差不大于5 cm。

鉆機(jī)造孔，造孔采用XY-2 型地質(zhì)鉆機(jī)，復(fù)合片鉆頭泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。施工時(shí)，要嚴(yán)格控制成孔垂直度，每鉆進(jìn)10 m 檢測(cè)一次，孔底偏斜率不大于1%，確保防滲墻搭接可靠。

下設(shè)噴射管，高噴臺(tái)車先進(jìn)行試噴，噴射管按要求下到設(shè)計(jì)深度，誤差不大于10 cm。

制漿，按配合比與程序制漿。水泥稱量誤差應(yīng)小于5%；漿液須測(cè)定漿液密度，水泥漿漿液的配比與控制參數(shù)如表2。

表2 水泥漿漿液的配比與控制參數(shù)表

噴射灌漿，噴射管下至設(shè)計(jì)深度后，同時(shí)啟動(dòng)設(shè)備，調(diào)整各工藝參數(shù)要求，送入符合質(zhì)量要求的水、氣、漿，進(jìn)行噴射。待孔口返漿后，且密度≥1.2 g/cm3，按試驗(yàn)擬定的提升、旋轉(zhuǎn)速度，自下而上噴漿，至設(shè)計(jì)終噴高度，停噴并提出噴射管。及時(shí)沖洗干凈管路，以防堵塞。

回灌封孔，噴射結(jié)束后，利用下一相鄰灌漿孔內(nèi)的返漿進(jìn)行回灌封堵，直至孔內(nèi)液面不下降為止。

棄漿排放，舍棄的漿液沿人工開挖的排漿溝，排放到壩下游的沉淀池，沉淀一段時(shí)間后將廢漿用挖機(jī)挖出外運(yùn)至棄料場(chǎng)。

3 高噴防滲墻試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)依據(jù)及目的

根據(jù)本工程招標(biāo)文件和《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》DL/T 5200-2004（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）要求，高噴灌漿施工前首先進(jìn)行高噴灌漿試驗(yàn)。通過試驗(yàn)檢測(cè)高噴墻體防滲指標(biāo)，從而確定高噴灌漿各施工技術(shù)參數(shù)和施工工藝，以指導(dǎo)本工程正常施工。試驗(yàn)依據(jù)有施工設(shè)計(jì)圖紙、施工合同文件、《規(guī)范》以及以往類似地質(zhì)條件下的施工經(jīng)驗(yàn)。

試驗(yàn)?zāi)康摹楸ＷC施工質(zhì)量和試驗(yàn)的指導(dǎo)性，根據(jù)以往類似地質(zhì)條件下的施工經(jīng)驗(yàn)和《規(guī)范》要求，擬定本次試驗(yàn)采用三管法進(jìn)行試驗(yàn)。通過試驗(yàn)確定主要技術(shù)參數(shù)，包括噴射管提升速度和旋轉(zhuǎn)速度、水壓力和水流量、氣壓力和氣流量、進(jìn)漿密度和回漿密度、進(jìn)漿壓力和進(jìn)漿流量。

試驗(yàn)要求。按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)；驗(yàn)證按照擬定的施工參數(shù)能夠滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的可行性；確定本工程高壓噴射灌漿防滲墻采用的高噴施工工藝及相關(guān)參數(shù)，指導(dǎo)后續(xù)施工。

3.2 試驗(yàn)安排

3.2.1 試驗(yàn)區(qū)的選擇與布置

試驗(yàn)段選擇地質(zhì)條件有代表性的區(qū)段，先形成一段連續(xù)的高噴防滲墻。然后在墻體中心線上游鉆噴三個(gè)孔，布置圍井進(jìn)行注水試驗(yàn)。計(jì)劃將試驗(yàn)區(qū)段布置在壩右側(cè)，距壩軸線4.2 m。具體布置如圖1。

圖1 圍井孔位布置圖

高噴試驗(yàn)孔施工全部完成7 d 后，根據(jù)監(jiān)理人指示，由施工單位實(shí)驗(yàn)室人員進(jìn)行操作圍井注水試驗(yàn)，業(yè)主、第三方實(shí)驗(yàn)室、設(shè)計(jì)和監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)見證，測(cè)定計(jì)算滲透系數(shù)，檢查是否符合設(shè)計(jì)要求，整理形成試驗(yàn)成果報(bào)告。

試驗(yàn)進(jìn)度計(jì)劃：2016 年10 月10 日～2016 年10月20 日，試驗(yàn)孔鉆孔、灌漿、注水試驗(yàn)、成果分析。

3.2.2 試驗(yàn)成果報(bào)告

試驗(yàn)成果報(bào)告內(nèi)容包括：概況、試驗(yàn)經(jīng)過、試驗(yàn)成果及分析意見、施工中應(yīng)采用的施工方法及工藝參數(shù)。

灌漿試驗(yàn)孔完成7 d 后進(jìn)行圍井注水試驗(yàn)。灌漿試驗(yàn)孔完成28 d 后鉆孔取芯。檢查孔，布置在灌漿軸線上的相鄰兩孔高噴凝結(jié)體的搭接處，自上而下分段鉆孔、取芯和壓水試驗(yàn)。滲透系數(shù)K 值計(jì)算，依據(jù)《規(guī)范》，K≤1.0×10-6cm/s。

4 質(zhì)量控制

4.1 試驗(yàn)施工情況

4.1.1 試驗(yàn)地段的工程地質(zhì)情況

2016 年10 月9 日，在防滲軸線右側(cè)試驗(yàn)段探測(cè)地質(zhì)情況，進(jìn)行先導(dǎo)孔鉆探。根據(jù)鉆孔探測(cè)地質(zhì)情況為353.2 m 高程以上部分為細(xì)砂層，高程353.2～352.2 m 泥土層（設(shè)計(jì)高噴底高程為352.7 m），地下水位高程在363.92 m 處（見水位觀測(cè)記錄表）。

4.1.2 試驗(yàn)施工方法及施工程序

圍井試驗(yàn)主要參數(shù)表見表3。

圍井試驗(yàn)施工：采用三管法進(jìn)行，高噴灌漿試驗(yàn)采用圍井形式，分為二序孔施工；噴射形式為擺噴對(duì)接；高噴灌漿孔Ⅰ序孔擺角60°，Ⅱ序孔旋噴，噴射軸線與防滲墻軸線夾角為60°。圍井試驗(yàn)的孔深為14 m，范圍為：高程362.7 m 以下10.3 m。

圍井試驗(yàn)施工程序：選定試驗(yàn)段、先導(dǎo)孔施工、測(cè)量放樣、鉆孔、高噴臺(tái)車就位、下設(shè)噴射管、制漿、水泥漿、高壓水、壓縮空氣、高噴灌漿、提升、達(dá)到設(shè)計(jì)高程、回灌、高噴結(jié)束。

表3 高噴灌漿主要參數(shù)表

圍井孔位平面布置見圖2。計(jì)算墻體平均厚度為0.85 m。

圖2 圍井注水試驗(yàn)垂直剖面示意圖

4.2 高噴灌漿圍井試驗(yàn)方法

采用地質(zhì)鉆機(jī)在圍井中心，鉆直徑108 mm 的孔進(jìn)行注水試驗(yàn)，孔深14 m，先鉆進(jìn)4.5 m，然后旋噴提升0.5 m，對(duì)頂部進(jìn)行封閉；繼續(xù)鉆進(jìn)至圍井底部，然后旋噴提升0.5 m 對(duì)底部進(jìn)行封閉。在高程353.2～362.2 m 段下入過濾花管，高程353.2 m 至孔口為無(wú)縫鋼管。注水試驗(yàn)前，連續(xù)向井內(nèi)注水4～8 h，使井內(nèi)的天然地層，呈飽和狀態(tài)。圍井注水方法采用固定水頭，即將水位保持在孔口上，用量筒往孔口管內(nèi)注水，以推算滲透系數(shù)。用量桶量測(cè)注水流量，開始每隔5 min量測(cè)一次，連續(xù)量測(cè)5 次；以后每隔20 min 量測(cè)一次，至少連續(xù)量測(cè)6 次。當(dāng)連續(xù)的前后2 次注入流量差，不大于最后一次注入流量的10%時(shí)，試驗(yàn)即可結(jié)束，取最后一次注入流量作為計(jì)算值。

依據(jù)《規(guī)范》中，圍井防滲墻滲透系數(shù)K值計(jì)算公式如下：

式中：K——滲透系數(shù)，m/d；

Q——穩(wěn)定流量，m3/d；

t——噴墻平均厚度，m；

L——圍井周邊高噴墻軸線長(zhǎng)度，m；

H——圍井內(nèi)試驗(yàn)水位至井底深度，m；

h0——地下水位至井底深度，m。

4.3 高噴圍井試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)注水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得圍井參數(shù)為：Q=0.12 m3/d；t=0.85 m；h=13.5 m；L=9 m；h0=11 m。經(jīng)計(jì)算，滲透系數(shù)K為0.43×10-6cm/s，小于1.0×10-6cm/s。符合《規(guī)范》要求，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.4 試驗(yàn)結(jié)論與建議

根據(jù)圍井試驗(yàn)成果，高噴灌漿孔孔距選擇1.5 m。

主要施工技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)：高壓水壓力≥35 MPa；漿液流量≥70 L/min，密度≥1.51 g/cm3，壓力≥0.3 MPa；氣流量0.9～1.2 m3/min，氣壓力0.6～0.80 MPa；擺噴提升速度8 cm/min，擺角60°；旋噴提升速度8 cm/min。

5 結(jié)語(yǔ)

高噴灌漿除應(yīng)用于地基加固外，更多地應(yīng)用于水工建筑的地下防滲工程。高噴防滲墻技術(shù)在汾河清水復(fù)流北趙聯(lián)接段中的成功應(yīng)用，成功克服了施工場(chǎng)地狹小等不利因素，縮短了工期，節(jié)約投資，為同類工程提供了參考數(shù)據(jù)和成功范例。