复合灌浆技术在土石围堰防渗中的应用

摘 要：岩滩水电站扩建工程尾水围堰施工工期紧，局部存在块石架空层，空隙率较大。通过生产性试验，确定了膏浆灌浆结合高压喷射灌浆的复合灌浆方案。通过对灌浆效果分析评价，验证了这种复合灌浆技术进行土石围堰防渗的可行性。

关键词：膏浆灌浆 高压喷射灌浆 土石围堰 防渗

1.前言

岩滩水电站位于广西壮族自治区大化县境内红水河上，坝址上游166km接龙滩水电站，电站总装机容量1810MW，其中一期工程装机容量1210MW，扩建工程装机容量600MW。

尾水围堰防渗工程量大（钻孔4364m，灌浆4172m），由于防洪度汛要求，施工工期紧。围堰填筑材料主要使用洞室开挖弃渣，局部形成了块石架空层，空隙率较高。尾水围堰处于一期厂房下游，受下泄流速较大影响，堰体中存在流动水。为了确保围堰防渗闭气一次成功，经生产性试验研究，最终采用了膏浆灌浆结合高压喷射灌浆的复合灌浆防渗方案。

2.围堰防渗方案

2.1 生产性试验

在尾水围堰上进行生产性试验，共布置了Ⅰ序孔6个，Ⅱ序孔6个，检查孔1个，孔间间排距0.8m，孔位布置如下图1所示。

对7#、9#、11#试验孔（Ⅰ序孔）进行高压喷射灌浆，发现孔口均无返浆；停止Ⅰ序孔灌浆后，对8#、10#试验孔（Ⅱ序孔）进行高压喷射灌浆，发现孔口仍然无返浆，初步分析由于在围堰填筑中局部形成了块石架空层，空隙率较大，单一的高喷灌浆已达不到试验要求。之后对2#、4#、6#、12#孔进行膏浆灌注，平均每孔灌注7t膏浆后压力为0.3Mpa。接着对1#、3#、5#孔进行高喷灌浆施工，孔口均正常返浆。

对试验区灌浆效果进行检查，根据注水试验计算渗透系数[2]为4.3×10～5cm/s，满足设计防渗要求。经试验确定了膏浆灌浆结合高压喷射灌浆的复合灌浆防渗方案，根据钻孔记录资料，针对堰体底部块石架空层、空隙大的部位进行膏浆灌注，再进行高喷灌浆形成防渗墙；对于粘土、沙层、孔内情况良好的部位直接进行高喷灌浆施工。

2.2试验材料及浆液配合比

2.2.1膏浆浆液

膏浆浆液采用水灰比0.5的水泥浆与不同的材料配比，采用如下3中配比：

膏浆A：水：水泥：膨润土=0.5：1：0.4

膏浆B：水：水泥：膨润土=0.5：1：0.5

膏浆C：水：水泥：膨润土：水玻璃=0.5：1：0.4：0.05

在膏浆灌浆施工过程中，根据不同吸浆条件选用不同的配合比。2.2.2高压喷射浆液

高压喷射灌浆用P.O 42.5纯

水泥浆。

2.3 膏浆灌浆施工

钻孔自上而下一次性钻成孔，终孔后不再下灌浆工作管，直接在套管里面灌注，以设计灌浆压力控制灌浆量。

2.3.1施工工艺流程

孔位放样钻孔（套管跟进）终孔验收拔套管灌浆达到设计压力拔套管灌浆拔套管封孔下一个孔。

2.3.2钻孔

钻机选用速度快、成孔率高的MD-50或MD-80风动冲击式钻机钻孔，孔径为φ150mm，孔深以深入岩石1m为控制。由于围堰堰体主要为土夹石混合料填筑，难以成孔，钻孔中采用φ146mm钢套管跟进。

2.3.3灌浆

钻孔结束验孔后，先从地面上拔0.5m套管，然后连接灌浆管，在套管内进行灌浆。边拔套管边灌浆，浆液浓度由稀至浓，当稀浆无压力时应立即变浓浆灌注，达到设计要求压力后再上拔套管，接着继续在套管内进行下一段灌浆，进行定量灌浆，最后拔出套管，进行封孔，灌浆结束后进入下一个孔施工。

2.3.4特殊情况处理

灌浆过程中要时刻注意压力和流量的关系，如果发现在无压状态下，流量过大或常压下流量突然增大，应停止灌浆，查明原因，再进行扫孔灌注；灌注过程中如发现渗漏浆液，可降低压力、调整浓度间歇灌注；灌注过程中，遇设备及其他因素造成的灌浆中断时间过长的，应该重新扫孔灌注至中断前未达标的灌浆部位；当注浆量远大于两孔间隙体积时，采用间歇灌注和尽量提高掺和量，加快浆液初凝，控制浆液扩散半径。

2.4 高喷灌浆施工

2.4.1钻孔

高压喷射采用MDL-80E冲击钻机钻孔，φ146mm钢套管跟进工艺。钻孔要求深入基岩不小于1.0m，终孔起钻后，在套管内插入内径为φ110mm的特制薄壁PVC管，固定好PVC管后，采用拔管机拔出钢套管，钻孔结束。

2.4.2灌浆

高压喷射灌浆用纯水泥浆，采用三重管灌浆工艺，灌浆分两序进行，先施工I序孔再施工Ⅱ序孔，I、Ⅱ序孔间隔布置。高压喷射灌浆主要技术参数见表1。

喷射前应检查喷射管是否通畅，水泥浆应搅拌均匀，随拌随用，喷射管下到设计深度后，先静喷1～3min，待灌入浆液冒出后，回浆比重大于1.3时，按预定的提升速度，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。喷射过程中必须时刻注意检查水压、气压、浆压以及提升速度等参数是否符合要求。喷射结束后在喷射孔内进行静压充填灌浆，直到孔口液面不再下沉。

2.4.3特殊情况处理

高喷灌浆中，孔内出现漏浆情况后立即停止提升喷射管，采取加浓浆液比重、孔口灌浆、孔口填粗砂等方法处理，直至孔口返浆才重新提升喷具；喷灌过程中遇到孤石的上下界面时（根据钻孔资料记录），应进行静喷处理，且周围孔在相应孔深段必须降低提升速度；对高喷灌浆薄弱的区段，根据实际情况局部可增加一排高喷灌浆孔；灌浆装置出现故障后应立即停止提升喷具，并记录好中断时间和深度，重新恢复施工前，应将喷杆下放到中断面以下30cm，采取重叠搭接喷射处理后方可继续提升喷灌。

3.灌浆效果分析评价3 . 1 单耗分析

通过对灌浆过程资料的整理分析，膏浆灌浆（I序）平均单耗为1.4t/m，高喷灌浆（Ⅱ序）平均单耗为0.7t/m，单耗呈现减小的趋势，符合灌浆的一般规律，说明灌浆效果明显。

3.2 注水试验分析及运行情况

灌浆完成并达到规定龄期后，在尾水围堰上共布置了6个检查孔，按照规范计算其渗透系数最大为8.85 Lu，最小值为1.73 Lu，平均值为3.27 Lu，满足设计标准。

基坑抽水后，观测到的渗水量约为250m3/h，满足基坑开挖要求。

3 . 3 技术经济性分析

膏浆灌浆具有较强的抗水流冲释性能、自堆积性能及易控的凝结时间等优点，用于动水条件下的堵漏和防渗，能节省灌浆材料和时间。灌浆过程易于控制，灌浆效果比较可靠，能有效减少浆液的浪费。同时相比混凝土防渗墙，工程造价要低。

由于尾水围堰涉及防洪度汛，工期紧，膏浆灌浆不需要使用大型设备，可以在围堰狭小的工作面大规模布置钻灌设备，能有效缩短工期，为基坑开挖赢得了时间。

4.结语

岩滩水电站扩建工程尾水围堰防渗工程施工，采用膏浆灌浆结合高压喷射灌浆的复合灌浆方案取得了良好效果。通过对灌浆效果分析评价，针对土石围堰填筑中普遍存在大块石架空层、空隙率较大等问题，膏浆灌浆防渗效果明显，能迅速形成防渗骨架，同时具有造价低、功效高等优点，再通过高喷灌浆形成防渗墙，提高围堰整体防渗，达到设计标准。这种复合灌浆技术利用了膏浆灌浆和高喷灌浆各自特点，解决了在复杂地质条件下单一灌浆工法的局限性，达到快速闭气防渗的目的。

参考文献：

[1]杨绍卿.膏浆灌浆结合高压旋喷工法在围堰防渗中的应用[J].人民长江，2010，（24）：58-61.

[2]SL345-2007，水利水电工程注水试验规范[S].

[3]王明森，王洪恩，查振衡，肖立生，高印军.高压喷射灌浆防渗加固技术[M].北京：中国水利水电出版社，2010.

[4]DL/T5148-2001，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].