关州电站围堰防渗工程应用三管法高压旋喷灌浆技术的实例研究论文
1 工程概况
关州电站位于四川省甘孜州丹巴县境内的大渡河一级支流——小金河干流上，电站为低闸坝引水式电站，正常蓄水位2124.0m，电站设计水头229.0m，电站装机3台，总装机容量240MW。
关州电站厂房围堰处河床覆盖层厚度20～35m，堰基为漂块卵石夹砂层，其渗透系数K值为（2.1～4.1）×10-2cm/s，属强透水层。根据关州电站厂址处地形及地质条件，厂房围堰设计为土石围堰型式，围堰全长338m，堰顶高程为1858.5m，围堰1851高程以上采用复合土工膜防渗，1851高程以下采用悬挂式高喷防渗墙防渗，防渗墙底部高程1824m，墙高27m。
2 高压喷射灌浆概述
高压喷射灌浆是一种采用高压水或高压浆液形成高速射流束，冲击、切割、破碎地层土体，以水泥基质浆液在喷射范围内扩散、填充和置换，并与原地层掺混搅和后形成凝结体，从而改变原地层的结构和组成，用于提高地基防渗或承载能力的施工技术。
高喷防渗墙是指采用高喷灌浆技术构筑的，以防渗为主要目的，形成的地下连续防渗墙；其高喷灌浆的方法有单管法、双管法、三管法，其中单管法是指喷射管路为单一管路、喷射介质为单一水泥基质浆液的高喷方法；双管法是指高速射流束为水泥基质浆液，其外侧同时环绕压缩空气的高喷方法；三管法是指高速射流束为清水，其外侧同时环绕压缩空气，而水泥基质浆液以较低压力灌注的高喷方法。高喷灌浆有定喷、摆喷和旋喷三种方法：使喷射管向某一方向定向喷射，同时轴向提升，在地层中形成一道薄板墙的高喷灌浆施工方法，称为定喷；使喷射管做一定角度的摆动和提升运动，在地层中形成扇形断面的桩柱体，称为摆喷；喷射管边提升，边旋转，单孔形成似圆柱体的凝结体，称为旋喷。而本工程围堰基础采用的是三管法高压旋喷灌浆施工技术。
3 高压喷射灌浆施工
3.1 施工布置
高喷灌浆孔中心线置于围堰轴线，共布置一排，合计376个灌浆孔，根据高喷灌浆试验，高喷孔距定为90cm，采用旋喷套接成墙，灌浆时分两序施工，施工采用三管法。
3.2 施工工艺及施工参数
造孔采用2台哈迈-90履带式钻机，采用1套三管法高喷灌浆设备进行高压旋喷灌浆。在孔造好后下高喷管，高压喷射以水、气、浆为介质，高压喷头使用一对水平喷嘴喷出34～38MPa的高压水射流切割破坏被灌地层，出浆口垂直于高压水嘴，在高喷管的底部灌入比重在1.5～1.59g/m3的水泥浆充填被高压水切开的空间，并使地层中的泥、砂等细小颗粒排出地表，从而形成高喷板墙，主要施工流程为：测量放样→钻孔及下套管→下PVC管护壁→下喷射管→喷射→回灌→成桩→结束。
3.2.1 造孔
孔位放样每隔50m由全站仪测设一轴线控制点，控制点之间由钢卷尺丈量出灌浆孔位。开孔孔位偏差不大于10cm；钻孔孔径φ150mm，孔距0.9m，钻机就位时采用水准尺或吊线坠定位，确保孔斜率不大于1%。钻孔采用套管护壁法钻进成孔，钻孔完毕后在起拔钢套管前首先向孔内下入特制的φ146mmPVC花管护壁。
3.2.2 下喷射管
将高喷液压台车（无极调速）移至成孔处，按需要配好喷射管，先进行地面试验（水、气、浆），检查各项技术参数符合技术要求之后，将喷头用塑料胶带包好，以防止在下管过程中喷嘴被堵，然后下入设计位置，现场技术人员检查认可后，方可开始高喷施工。
3.2.3 制浆
高喷灌浆浆液使用水泥浆，水泥采用强度等级为P.O42.5（R）级普通硅酸盐水泥，浆液的水灰比为1.1∶1～0.8∶1，其相应浆液密度分别为1.5g/cm3和1.59g/cm3。浆液拌制应使用经检验合格的水泥，按设计配比搅拌浆液，浆液用高速搅拌机拌制，搅拌时间不得小于30s，使用前测量其密度，保证满足设计要求，且浆液自制备至用完的时间不应超过4h。
3.2.4 喷射提升
浆液拌制完成、喷射管下到设计深度后，开始时先送高压水，再送水泥浆和压缩空气（在一般情况下，压缩空气可迟送30s）。之后原地静喷1～3min，待达到预定的喷射压力和喷浆量，且孔口冒出浆液后，再按预先定好的提升、旋转速度，自下而上进行喷射作业，直到设计高度方可停送水、气、浆，提出喷射管（当旋喷管提升接近桩顶时，从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷至桩顶，旋喷数秒）。停止喷射时，必须先停止压缩空气30s后，再依次停送水泥浆和高压水。喷射过程中必须时刻注意检查浆液的流量、压力、气量以及旋、提升速度等参数是否符合要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。高喷灌浆过程中若出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度或回浆量等异常情况时必须查明原因，及时处理。
在高喷作业过程中，拆卸喷管后，重新进行旋喷作业需有一定搭接长度，其搭接长度不得小于0.5m。单孔灌浆喷射完毕后，应及时将各管路冲洗干净，管内、机内不得残存水泥浆，以防堵塞。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵喷射管内的浆液全部排出，直至出现清水为止。
3.2.5 回灌
高喷灌浆结束后，由于孔内的浆液发生析水、沉淀和凝固收缩，高喷凝结体顶部会产生凹穴。为解决凹陷现象，高喷作业结束后，及时在喷射孔内进行静压回灌充填灌浆，回灌的浆液可用施工时产生的'孔口回浆，也可单独拌制新浆。回灌应使高喷凝结体顶部不在下沉为止。
3.2.6 特殊情况处理
高压旋喷施工中，当压力提升困难时，应及时检查安全阀和管路接头处密封圈是否有渗漏现象，泵阀是否损坏，油管是否破裂漏油以及安全阀的安全压力是否过低，栓塞油泵是否调压不够，活塞或缸套是否破损。当压力突然上升时，应及时查看喷嘴是否堵塞，高压管路是否畅通，泵体或管路是否堵塞。在高喷过程中，出现压力突增或骤降，孔口回浆密度或回浆异常等情况时，必须查明原因，及时处理。供浆正常情况下，孔口回浆密度变小，回浆量增加，应降低风压并加大进浆浆液密度或进浆量；若发生串浆，应填堵被串孔，待串浆孔高喷灌浆结束之后，应尽快进行被串孔的扫孔，再高喷灌浆或继续钻进。在旋喷过程中，往往有一定数量的土粒，随着一部分浆液沿着喷射管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况、旋喷的大致效果和旋喷参数的合理性等。根据经验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量20%者为正常现象，超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施。当地层中遇到较大空隙引起不返浆时，要进行原位灌注，即不提升只旋转，待地层内裂隙充浆饱满、浆液返出孔口再提升。此时也可根据具体情况，向孔内投入一定量的级配料，如砂、土或细石料，或可加入一定量的膨润土、水玻璃，以便有效控制浆液的大量流失，为在地下形成连续板墙创造条件。
4 质量检查
4.1 施工过程质量检查
高喷灌浆施工过程中检查和验收的内容包括：孔位、孔深、水泥等原材料浆液配比是否满足设计和施工要求。注浆时质量检查和验收的内容包括：喷管下入深度，现场工艺检查，工序检查、进回浆密度检查、风、水、浆压力等检查项目。
4.2 施工结束后整体防渗效果检查
根据《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T 5200-2004），围堰堰基中高喷墙整体效果的检查，可在基坑开挖时测定其渗水量，并检查有无集中渗水点，据以分析整体防渗效果。关州电站厂房围堰于2011年4月9日施工完成，于2011年9月10日基坑开挖完毕后开始浇筑混凝土，截至2012年8月20日，关州电站厂房主机间混凝土已浇筑至1858高程。期间厂房围堰一直运行良好，围堰内侧无明显的集中渗水点，围堰整体渗水量较小，在整个基坑开挖和混凝土浇筑期间，项目部每天仅投入两台30kw潜水泵和一台15kw的潜水泵（仅在汛期辅助使用）即可满足厂房基坑抽水及施工需求。由此可见，关州电站厂房围堰高喷防渗墙施工取得了很好的效果。
5 结语
通过关州水电站厂房围堰高喷防渗墙灌浆的实践说明，在较深的漂块卵石夹砂地层中采用三管法高压旋喷灌浆技术进行基础防渗是较为有效的方法，施工速度较快，具有良好的可灌性、可控性，施工质量可靠，比较经济，值得在漂块卵石夹砂地层防渗工程中大力推广。
【关州电站围堰防渗工程应用三管法高压旋喷灌浆技术的实例研究论文】相关文章：