宗格魯水電站二期上游圍堰防滲高噴灌漿技術(shù)

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南長沙 410004）

1 工程概況

宗格魯水電站位于尼日利亞尼日爾州東北的卡杜納河流上，二期上游圍堰布置于壩軸線上游約80 m 處，上游圍堰軸線全長376.76 m，堰型為填筑土石圍堰，左岸采用C15 混凝土刺墻與縱向混凝土圍堰連接。根據(jù)地質(zhì)勘測剖面，確定二期上游圍堰采用高噴灌漿防滲。

二期圍堰設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為30 年洪水重現(xiàn)期，相應(yīng)流量為2 860 m3/s，上游對應(yīng)堰前水位為168.60 m，圍堰頂寬8.0 m，堰頂高程170.00 m，最大堰高約32 m。圍堰高程158.5 m 以下為土石圍堰，158.5 m 以上為粘土芯墻土石圍堰。設(shè)計高噴平臺位于158.5 m 高程處。下游圍堰軸線全長233.83 m，下游圍堰堰型為粘土斜墻土石圍堰，圍堰設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)同上游圍堰，圍堰頂寬12.0 m，堰頂高程157.00 m，最大堰高約14.0 m。

根據(jù)宗格魯水電站前、后期勘探和高噴灌漿先導(dǎo)孔鉆孔資料揭示的地質(zhì)條件，圍堰防滲區(qū)域主要由填筑層、覆蓋層和基巖組成。填筑層土料混雜，以粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)壤土為主，含有風(fēng)化中粗砂和礫石，平均干密度1.63 g/cm3，采用分層碾壓，碾壓厚度為0.3～0.5 m，每層碾壓3～4 次；覆蓋層上部為細(xì)度不等的粉細(xì)砂 層，下部為沖擊砂卵層，局部含千枚巖飄石層；基巖均由含大量云母或絹云母礦物的千枚巖組成，基巖中石英、絹云母等礦物呈平行排列組合。河床砂厚1.0～17.0 m，高噴灌漿最深孔深為36.94 m（包含入巖深度5 m）。

2 高噴灌漿工藝試驗

高噴灌漿試驗從2016 年12 月19 日開始，至2017年1 月14 日結(jié)束，主要工作內(nèi)容有：鉆孔、高噴灌漿、開挖檢查、檢查孔注水。試驗根據(jù)不同地質(zhì)情況共布置2 個試驗區(qū)，試驗1 區(qū)選擇在二期上游圍堰防滲軸線樁號154.4～170.4 處，共21 個孔；試驗2 區(qū)選擇在下游基坑內(nèi)河床覆蓋層原始沙層上，以模擬原始河床條件下的高噴灌漿效果。高噴灌漿完成后，經(jīng)開挖檢查試驗1 區(qū)高噴防滲墻均勻性、整體性都較好，已形成連續(xù)性防滲墻，鉆孔注水試驗結(jié)果滲透系數(shù)為3.4×10-5cm/s，試驗2 區(qū)在沙層中防滲體均勻性、整體性較好，成樁效果良好，樁徑完全滿足設(shè)計要求，防滲效果較為明顯。試驗結(jié)果證明采用試驗時選定的施工參數(shù)在該地層條件下施工能達(dá)到擬定的技術(shù)指標(biāo)要求，具體施工參數(shù)見表1。

表1 二期上游圍堰高噴灌漿施工參數(shù)表

3 高噴灌漿孔位設(shè)計和補充勘探孔施工

3.1 孔位布置

為使高壓旋噴主體間能良好地銜接并最終形成防滲整體墻，布置單排高噴灌漿，孔距為0.8 m。因龍口部位填筑過程的特殊性，為保證該部位防滲效果，該部位35 m 范圍內(nèi)防滲軸線上游增加一排孔，成雙排梅花形布孔，具體見圖1。

圖1 二期上游圍堰防滲灌漿施工雙排孔孔位布置示意圖（單位：m）

3.2 輔助勘探孔施工

由于缺乏較為詳細(xì)的圍堰地質(zhì)資料，在高噴灌漿施工前需進(jìn)行基巖深度復(fù)勘工作，探明防滲軸線斷面覆蓋層厚度，以指導(dǎo)防滲施工。

選取部分Ⅰ序高噴灌漿孔作為先導(dǎo)孔，先導(dǎo)孔每16 m 布置1 個。終孔深度為進(jìn)入基巖以下3.0～5.0 m。覆蓋層采用跟管鉆進(jìn)成孔，孔徑150 mm，鉆孔過程中詳細(xì)記錄入巖深度并收集巖屑，同時記錄圍堰基礎(chǔ)地質(zhì)分層的深度和高程情況。先導(dǎo)孔進(jìn)入完整基巖后改用全斷面鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，經(jīng)現(xiàn)場質(zhì)量、技術(shù)管理人員對巖屑情況進(jìn)行鑒定，確認(rèn)進(jìn)入完整基巖后終孔。

4 高噴灌漿施工

4.1 施工流程

圍堰堰基高噴灌漿施工流程為：施工平臺及臨建建造—→先導(dǎo)孔（補充勘探）施工—→Ⅰ序灌漿孔施工—→Ⅱ序灌漿孔施工—→質(zhì)量檢查孔施工。

高噴灌漿孔采用套管跟進(jìn)沖擊鉆進(jìn)，一次到底。灌漿采用“兩管法高壓旋噴”的灌漿工藝，工藝流程見圖2。

圖2 兩管法高壓旋噴灌漿工藝流程圖

4.2 施工程序及要求

1）先導(dǎo)孔施工

①孔位布置：沿高噴灌漿軸線每16 m 布置1 個先導(dǎo)孔，并根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整，軸線起點、端點各布置1 個孔。

②鉆孔直徑：開孔孔徑Φ150 mm，終孔孔徑Φ110 mm。

③孔深：進(jìn)入基巖頂板以下3.0～5.0 m，由技術(shù)人員進(jìn)行鑒定確認(rèn)后終孔。

④鉆進(jìn)方法：回填層及覆蓋層采用跟管鉆進(jìn)，進(jìn)入基巖后改為全斷面鉆頭鉆進(jìn)，并須將巖粉巖渣收集保留，以確認(rèn)進(jìn)入基巖層并用于檢查基巖地質(zhì)情況。鉆進(jìn)過程中準(zhǔn)確記錄遇孤石、塊石和基巖頂面的深度。

2）高噴孔造孔

①高噴鉆孔采用履帶式鉆機沖擊跟管鉆進(jìn)，孔徑Φ146 mm。

②孔位放樣后，調(diào)整鉆機呈水平狀態(tài)，穩(wěn)固后方可開孔。開孔孔位與設(shè)計孔位的偏差不大于10cm。孔斜偏差不大于1°。

③當(dāng)孔深小于18 m 時，鉆孔驗收完成后注入護(hù)壁泥漿。用80 t 快速拔管機拔出套管并保護(hù)好孔口，防止異物掉入孔內(nèi)。當(dāng)孔深大于18 m 時，鉆孔驗收完成后注入護(hù)壁泥漿。待高噴臺車就位，下入噴桿后再用80 t快速拔管機拔出套管，因全部拔管影響造成塌孔的，可采用分段拔管噴射的方法施工。鉆孔分Ⅰ、Ⅱ兩個次序進(jìn)行，鉆孔次序與噴漿次序一致。

3）高噴灌漿

①高噴臺車就位：液壓步履式高噴臺車的井口裝置對準(zhǔn)孔口，然后升降液壓支腿調(diào)平臺車，在地面進(jìn)行管路及機械檢查并試噴，各參數(shù)均滿足要求后方可下入噴管。

②采用卷揚機起吊噴具（噴管、噴頭組合）通過井口對準(zhǔn)孔位中心，吊入孔內(nèi)，直至設(shè)計孔深，當(dāng)孔深超過15 m，需分段吊入，接頭密封處要擰緊，仔細(xì)檢查，防止漏漿。

③制漿：使用ZJ-800 型高速攪拌機制漿，攪拌時間不低于30 s，用比重稱或比重計測量漿液密度，符合要求后，經(jīng)過濾網(wǎng)對漿液進(jìn)行過濾后存在1 m3的貯漿桶中，進(jìn)行噴灌施工。

④噴射提升：按程序緩慢開啟供漿、供氣閘閥，靜噴待孔口返漿后，檢查各參數(shù)均符合設(shè)計要求，測定冒漿密度達(dá)到1.3 g/cm3后，按規(guī)定的提升速度和旋轉(zhuǎn)速度，開始邊旋轉(zhuǎn)邊提升，當(dāng)離設(shè)計墻頂高程1.0 m 時放慢提升速度，到達(dá)墻頂后靜噴30 s 后，高噴灌漿結(jié)束。

⑤機具清洗：單孔高噴完成后，沖洗機具及噴管（噴頭），以免管路堵塞。

⑥高噴灌漿作業(yè)分兩序施工，單孔噴射作業(yè)連續(xù)進(jìn)行，相鄰Ⅰ、Ⅱ序孔的作業(yè)時間間隔為12～24 h。施工時根據(jù)現(xiàn)場施工情況調(diào)整同序孔的施工次序。如施工間隔時間過長，則采取提高噴射壓力，降低提升速度等措施處理，確保Ⅰ、Ⅱ序墻體的可靠搭接。

4）灌漿孔回填

每個灌漿孔結(jié)束灌漿后，采用余漿回填鉆孔。由于漿液終凝干縮后，在鉆孔上部會出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，因此，須自原孔位掃孔至干縮漿液頂面后，采用濃漿進(jìn)行回填，直至灌漿孔不再出現(xiàn)脫空，確保防滲體與上部結(jié)構(gòu)物的連接可靠。

4.3 質(zhì)量檢查

圍堰防滲灌漿施工完畢，根據(jù)施工資料及時整理和分析灌漿成果確定檢查部位，采用鉆孔注水方法檢查防滲體質(zhì)量。

1）鉆孔注水試驗

因本工程主要的滲漏量來源于河床覆蓋層，本次鉆孔注水試驗主要布置在河床部位，檢查孔采用XY-2鉆機進(jìn)行鉆孔，孔徑為Φ91 mm，采用全孔一段進(jìn)行注水實驗，試驗方法按鉆孔常水頭注水方法進(jìn)行，注水實驗也可以結(jié)合鉆孔取芯檢查。注水試驗穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為：注水必須待吸水流量穩(wěn)定后方可結(jié)束，流量穩(wěn)定的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：每5 min 測讀1 次注入流量，開始每隔5 min量測1 次，連續(xù)量測5 次，連續(xù)3 次以上讀數(shù)其最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min 時，注水試驗即可結(jié)束，取最終值作為計算值。

2）檢查孔注水結(jié)果

根據(jù)施工具體情況并結(jié)合灌漿成果資料，在下游河床位置布置15 個注水檢查孔，從各檢查孔的注水試驗結(jié)果來看，滲透系數(shù)最大為3.61×10-5cm/s，平均滲透系數(shù)為1.21×10-5cm/s，滿足K≤5×10-5cm/s 的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，說明上游圍堰防滲處理高噴防滲灌漿達(dá)到了設(shè)計要求，取得預(yù)期效果。

3）整體檢查

基坑于2017 年2 月28 開始抽水，至3 月05 日基坑水位已基本滿足開挖要求，開挖過程中，總滲漏量不超過100 m3/h，說明上游圍堰防滲處理高噴灌漿取得顯著的效果，能夠滿足基坑干地施工要求。

5 灌漿成果分析

宗格魯二期上游圍堰防滲灌漿共計完成348 個孔，鉆孔6 060.41 m，灌漿5 771.89 m，含基巖灌漿619.18 m，補灌274.03 m，灌入水泥3 069.088 t，平均單位耗灰量為531.73 kg/m。隨著灌漿孔序的不斷加密，灌漿過程總體符合灌漿的一般規(guī)律，各次序孔的單位注入量均呈現(xiàn)合理的遞減規(guī)律，灌漿效果較好。

6 結(jié)語

宗格魯水電站二期上游圍堰施工過程中，因圍堰前期勘探資料不全，導(dǎo)致設(shè)計孔深和工程量與實際存在很大誤差，原設(shè)計圖紙中沙層小于10 m，孔深最深約20 m，實際施工時河床沙層厚度超過17.0 m，高噴灌漿最深孔深超過36 m。圍堰原始地層滲漏量較大，沙層很厚，再加上該工程施工的惡劣環(huán)境，對高噴灌漿施工進(jìn)度及質(zhì)量提出了嚴(yán)峻的考驗。

圍堰防滲灌漿施工全部完成后，總滲漏量明顯減少，經(jīng)過連續(xù)觀測，計算得基坑的最終總滲漏量不超過100 m3/h，其中包括上、下游圍堰和左側(cè)導(dǎo)流明渠上下游位置的滲漏量?；映樗?jīng)合理優(yōu)化后，可以實現(xiàn)“旱地”施工，基坑開挖工作可正常有序進(jìn)行。因此，宗格魯電站二期上游圍堰高噴防滲灌漿工程施工所選參數(shù)合理、施工質(zhì)量優(yōu)良。