高压喷射灌浆在涌水流砂复杂地层中的应用技术

摘 要：目前，国内外水利水电大坝基础防渗的施工技术方法诸多，但由于不同的地层条件和施工工艺的合理选取，直接决定着防渗效果显著与否。黄河海勃湾水利枢纽工程地层复杂，基坑内及基坑边坡出现局部塌陷和集中涌水现象，涌水点水压较大，土体局部发生了渗透变形破坏等情况。本文就高压喷射灌浆在涌水流砂复杂地层中的应用技术进行总结，归纳施工过程中出现的技术问题及解决结果，为类似工程提供借鉴。

关键词：高喷灌浆；涌水；流砂；塌陷；应用技术

中图分类号：P343 文献标识码：A

1 概述

黄河海勃湾水利枢纽工程基坑深，地层为约100m的深厚粉细砂层，地下涌水、涌砂现象较为严重，临近的滨河路及厂房右边坡及基坑出现塌坑现象，为防止集中渗水通道高程附近防渗墙不受水压破坏以及墙底绕渗对土层的破坏，并根据地质剖面对未施工的部分进行调整，地质剖面揭示，右岸1027m高程以下有一粘土层，据此将部分防渗墙原墙底高程调整为1026m，依据设计要求在右边坡增加高喷防渗墙，根据设计要求粉细砂层最深达47m。在粉细砂层中进行47m的高喷防渗墙施工钻孔时易塌孔埋钻，喷灌时易报管，换管时易堵管等问题，在国内外粉细砂层中进行深孔高喷防渗墙施工均属少见。

2 工程概况

2.1 工程概述

黄河海勃湾水利枢纽坝址紧邻乌海市海勃湾区，地处黄河弯道段。黄河以NE50°方向流经本区，河谷宽约540m，为不对称宽谷，河床高程1064.0～1066.5m；平水期黄河水位约1066.5m，水深一般在0.5～2.5m，主河槽宽度400m左右；河谷区为黄河冲积地貌类型，主要是分布于黄河左岸坝轴线上、下游的河漫滩，地面高程1065～1067.5m，高出河水面约1.0m，最大宽度约1.9km，靠近坝线处较窄，多被风积砂所覆盖。

在基坑降水过程中，电站厂房区出现一些涌水点，导致多处出现塌坑，坑口直径最大达2-3m，塌坑深度最大达1.0m，多呈圆形和椭圆形，塌坑内为灰色、灰黄色粉砂、细砂。

2.2 地质概况

坝址区地层由第四系松散堆积物组成。该层在黄河右岸地表出露，构成黄河Ⅱ级阶地；河床与左岸部位则埋藏于第四系全新统地层之下。该层地层结构复杂，自上而下大致可以分为3层：

上部岩性以砂砾石和砾砂为主，分布于右岸Ⅱ级阶地顶部，高程多在1076m以上，厚度4.4～7.2m；砂（卵）砾石：灰、灰白色，密实；中部岩性以粉砂、细砂为主，浅黄色，灰～灰褐色，稍湿～饱和，密实状，颗粒均匀，夹有砂砾石、中粗砂和粘性土夹层和透镜体；下部以砂砾石、砾砂为主，主要分布于高程1026m以下，在河床段的埋深大于38m。

3 高压喷射灌浆施工

3.1 钻孔

钻孔采用地质钻机钻孔，采用泥浆护壁。孔位布置为单排，孔距1.0m，分两序，逐序加密施工。开孔孔位偏差≤5cm。

钻机就位时采用水准尺或罗盘定位，孔斜率小于或等于1.0%，钻孔结束后采用量钻杆测量孔深或以下入旋喷管深度确定孔深。

因孔太深且粉细砂层易埋钻杆，如频繁发生塌孔、埋钻等现象，根据实际情况采用分段钻孔。

3.2 喷灌

喷灌方法：采用三管法喷射，分两序孔施工，施工一序孔，再施工二序孔，采用逐渐加密的原则。

4 施工难点及其处理措施

4.1 粉细砂层易埋喷管

在施工过程当中粉细砂地层中由于水压力形成粉细砂上涌，喷灌过程中塌陷容易掩埋喷管造成喷管无法转动等现象，采取加大钻孔孔径或减小喷射管直径，以增加喷管与孔壁间隙。钻孔结束后及时验收，尽早喷灌，以防止粉细砂层上涌。选用顺直、无变形的长喷管，以确保整体垂直度和减少接头数量，同时减少了装卸喷管的次数。喷灌过程中保证空压机的运转正常，避免出现突然断风的现象。

4.2 施工参数必须依据施工情况灵活调控

喷灌浆液时随着地层深度的增加，地层压力在增加，地下水压力亦增加，喷杆长度要增加，高压水、气、浆压力损失在增大，孔内气、水、浆混合液返流阻力增大，喷杆的卡塞阻力增大，挠度增加，高压水及压缩气流能量衰减很大。如果旋喷灌浆时一直采用固定的工艺参数，必将形成上部较粗下部较细的旋喷凝结体，对下部防渗墙体的搭接质量将无法保证，严重影响旋喷凝结体的抗渗能力。因此，在进行深孔高喷灌浆时，应根据地层情况、地下水资料及机具状况、施工反映出的情况等等，随着深度的增加，逐步增大压力和流量或适当降低旋转和提升速度等办法来获得均匀密实的桩柱体，以保证底部防渗墙的搭接质量。

4.3 渗漏通道和集中渗漏点治理

由于城市地下水向河道汇集，在粉细砂层一定高程上出现了渗漏通道和集中漏水点。对于渗漏通道主要采取静喷、限制喷灌量、限定提升速度及复喷等措施进行处理。集中漏水点处理相当困难，在粉细砂地层中一个小漏点通过水的冲刷就会形成大的集中渗漏通道。通过先堵漏再防渗的方法解决。

5 质量检查

5.1 注水试验

在纵向围堰与上游围堰结合部位，布设一个三角形围井进行注水试验，并喷灌至顶、封底，压水试验表明采用高喷防渗墙施工方法在涌水流砂复杂地层中防渗效果显著，平均渗透系数为3.85×10-6cm/s，平均抗压强度6.05MPa，满足设计渗透系数小于5×10-6cm/s的要求。

5.2 开挖检查

从纵向围堰以及上下游围堰几处高喷防渗墙开挖3～5m深度来看，墙体连续性较好，大部分成墙厚度达到40～70cm，水泥浆与粉细砂固化良好，涌水及渗漏通道明显无水流出，在喷孔周围，厚度最小的部位也达到20～40cm，粉砂层和水泥浆胶结效果良好，满足设计要求，达到固化粉细砂和的防渗目的。

结论

（1）黄河海勃湾水利枢纽工程由于地层为涌水流砂复杂地层，采用高喷灌浆的防渗处理方式，效果显著。

（2）高喷灌浆施工时由于地层结构的差异性较大，根据现场实际情况对施工参数进行及时更换可以大幅度的减少施工事故，节约成本、工期，保证施工质量。

参考文献

[1]浅析高压喷射灌浆技术在水库防渗处理中的应用[J].城市建设理论研究.