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摘要：临汾市涝河水库除险加固工程防渗墙的长度为272m，墙高为35~45m，防渗墙的原设计方案为高压定喷灌浆方案，经过高喷试验及研究，决定改为摆喷灌浆方案，文中介绍了具体施工工艺及施工质量控制及检验方法。
关键词：定喷灌浆；摆喷灌浆；涝河水库
中国分类号：TV543 文献标识码：B
1 工程概况
山西省涝河水库位于汾河支流涝河干流上，水库坐落在临汾市尧都区，总库容5 960 万m3。该水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾供水、养鱼及旅游等综合利用的中型水库，设计灌溉面积4 900hm2。
坝址选在东河堤村以东，河谷呈“U”型，坝址河谷宽780m，底宽514m。有河漫滩和Ⅰ级阶地，Ⅱ级阶地仅分布在右坝肩下游坡脚的东灌堤村，阶面高出河床8~10m。Ⅲ级阶地在两岸均有发育，左坝肩宽80m左右，右坝肩阶地宽224m，阶地下的透水层主要是底部的两层砂砾石层，其中上部有两个砂层透镜体。
坝址区的主要工程地质问题是右坝肩第一、第二透水层的渗流及管涌。
涝河水库除险加固工程的项目主要是新建右坝肩高压喷射灌浆防渗板墙工程，高喷灌浆轴线长272m。共有161 个高喷灌浆孔（孔距1.7m），钻孔总进尺8 630m，防渗墙喷射6 880m。按照水利施工规范，在高喷防渗墙主体施工前进行了高喷试验，以确定施工参数。主体施工历经5 个月。
2 施工方案
1）高压喷射灌浆的基本形式有旋喷、摆喷、定喷三种。
高喷灌浆的原理是借助于高压射流冲击破坏被灌地层的结构，使浆液与被灌地层的颗粒掺混，形成凝结体。它是四种作用的结果：切割搅拌、升扬置换、充填挤压和渗透凝结。凝结体是由核心体、浆皮层、渗透凝结体三层组成的复合体，起到防渗作用。
（1）定喷：喷嘴喷射时，一面提升，方向固定不变，进行定喷，形成板状体。
（2）旋喷：喷嘴喷射时，一面提升，一面进行旋转形成柱状体。
（3）摆喷：喷嘴喷射时，一面提升，一面沿灌浆轴线以一定的角度进行摆动形成哑铃体。
2）本工程设计方案为定喷。经过高喷试验，结合以往的施工经验及本工程施工的地质条件，建议施工方案改为摆喷。改进方案的原因如下：
（1）旋喷柱状体喷射有效长度短，防渗墙的连续性较差，水泥用量大，造价较高。
（2）定喷防渗墙比较薄，只有5cm~20cm，定喷板墙随着孔深的加深，孔与孔间搭接情况不理想，有的部位错开。
（3）经过开挖检查，发现摆喷板墙较厚，达到15cm~50cm，孔与孔间搭接良好，防渗效果较好。
（4）本次高喷灌浆孔深为47m，墙高为35m~45m，孔越深，孔斜更加难以控制，即使在允许范围之内，底部板墙搭接可能就更不理想。
因此，2003 年5 月经过设计院、业主、施工单位仔细研究决定：同意按施工单位建议的施工方案，即主体工程按摆喷进行施工，摆动角度与轴线夹角为30°。主体工程的施工参数如下：
高压水 流量75L/min 压力34~35MPa
压缩空气 流量1.5m3/min 压力0.6MPa
水泥浆流量 80L/min 压力0.05~0.5MPa
进浆比重不小于1.6g/cm3
提升速度8~10cm/min 水嘴直径2.0mm 孔距1.7m
3 高喷主体工程施工
3.1 施工设备
钻孔设备采用XU-150 地质钻机、泥浆泵及水管等。
灌浆设备为高喷台车、高压泵、空压机、控制台等。
3.2 施工材料
普通硅酸盐32.5 水泥。
3.3 施工程序
高喷施工须分序进行，其施工程序为：施工准备——孔位放样——勘探孔施工——Ⅰ序孔造孔——Ⅰ序孔喷浆——Ⅱ序孔造孔——Ⅱ序孔喷浆——完工检验
3.4 工艺流程
高压喷射构筑防渗墙主要有造孔、喷墙两大工序，其工艺流程主要为：放线、就位、钻孔、下喷管、喷射和提升、冲洗、移机等。
3.5 施工工艺
1）放线定孔位。放线定孔位采用一次性放线定孔位，放线定孔位由专业测量人员进行，每隔20 个孔要在施工影响不到的地方放控制桩，以便在施工中能迅速准确地找出所需的孔位。
2）钻机就位。将钻机安放到选定孔位，使钻头对准孔位中心，对钻机进行水平校正并加以固定。
3）钻孔。稳定钻机后，要在对正孔位的同时核对主轴垂直度，确保立轴与地面水平线完全垂直，施工中所有钻孔均按设计图纸统一编号，并注明施工次序，先钻Ⅰ序孔，后钻Ⅱ序孔。
钻孔采用XU-150 或XU-300 型地质钻机钻孔，采用准108mm合金钻头钻进钻孔，在开钻前，值班技术人员必须向钻机操作人员提供参考地质剖面图，以利及时核对地层变化情况。www.tmgc8.com
钻进过程中要确保钻孔铅直，孔斜控制在不大于1.0%，为确保钻孔孔斜不大于1.0%，特制定以下措施：
（1）开孔时确保主机钻杆铅直，钻机要支垫平稳；
（2）开钻时要轻压慢钻，确保开孔垂直；
（3）当钻至一定深度后要改用大于5m的长钻具钻进；
（4）钻进过程中要每隔10m测孔斜一次，发现孔斜及时纠正。
4）下喷管。钻孔到设计深度后，拔出钻杆，放入喷射管至设计深度。下喷管前要在地面上进行低压射水试验，检查喷嘴是否畅通。
5）高喷作业。下喷管结束后，立即开动搅拌机，拌制浆液，通过管道，送入喷嘴，开始高喷灌浆，边喷边提升。此时应注意检测浆液压力和流量、风量和风压、摆动和提升速度等参数是否符合设计要求，并要做好施工记录。
6）冲洗。当喷管提升到预定高程（要高出设计顶高程0.5m）后，高喷即告结束，此时应把灌浆管等机具冲洗干净，管内机内不得残留水泥浆液。其做法是以水换浆，在地面上喷射，以便把灌浆泵和输浆软管内的水泥浆全部排出。
7）静压灌浆。喷射结束后，由于浆液沉淀作用，需向孔内注入浆液，将其回填饱满。
8）封孔。每个孔灌浆完毕后，采用压力灌浆封孔法进行封孔，对孔口不灌浆的土坝部分，采用人工填泥球捣实的方法封孔。
9）高喷作业结束经冲洗后可移动机具至下一个孔位。
10）质量检查。工程全部完工后，进行围井注水试验。
4 质量控制与检验
高喷质量检验和控制可分为施工过程中和完工后两个阶段来进行。
4.1 施工过程中的质量控制和检验
高喷灌浆属隐蔽工程，其质量的控制关键在施工过程的控制。在施工过程中，对钻孔和灌浆两道工序进行检验和控制。
4.1.1钻孔
①钻孔就位后，跟班技术人员填写《开孔报告单》，经监理工程师现场检验签字后，方可开钻。
②钻孔时要选派有经验的钻机操作人员，施工时特别注意地层变化，要准确记录变层和层厚，以利控制摆喷中的各种不同工艺参数。
③钻孔采用泥浆固壁，特别是砂层及砂砾石层，加大泥浆的浓度，预防塌孔。
④经常检查钻孔孔位有无偏差，及时予以纠正。
⑤检查孔斜，除了使用常规办法，用井斜仪来测孔斜，将孔斜严格控制在不大于1%。
⑥为了准确核定地层变化和不同地层的厚度，施工钻孔时每隔10 个孔钻一个勘探孔，取芯描述后由监理、施工技术值班员共同认定签字。
⑦在钻孔过程中，特别注意“返浆”是否正常，如遇到泥浆漏失，要及时处理，否则会造成塌孔和灌浆时水泥严重流失。处理方法一般把黏土、砂子和少量水泥压入孔内漏浆处。
4.1.2灌浆
①灌浆材料必须合格，杜绝使用不合格产品。
②抬车就位后，跟班技术人员填写《开喷申请单》，经监理工程师现场检验签字后，发给《开喷证书》，方可开喷。
③高压摆喷灌浆必须先Ⅰ序后Ⅱ序的次序进行，同序孔同时进行。
④下喷射装置时将高压水、压缩气、浆管一套喷射装置安装妥善，并在地面上进行试喷检查，无故障后才下入孔内。
⑤施工应检查喷射管下设尺寸，准确下放到防渗墙底高程才能开喷，否则提出喷射管重新处理钻孔。
⑥喷射管下降至设计要求的墙底高程后，技术人员要确定摆向，等摆向确定后，便通知送浆、送气、送水，系统开始摆喷，摆喷工艺为自下而上连续进行，待水、气、浆等各种仪表的技术参数均达到设计要求值后，孔口冒浆浆液比重不小于1.3g/cm3 进行提升，摆喷中制浆比重大于1.5g/cm3。
⑦喷射施工中严格按照规定的水、气、浆等参数和钻孔提供的地层资料，施工技术人员要把每孔的地质剖面画出来，没有特别批准，任何人决不准随意改变施工参数。
⑧施喷中随时检查控制台各项参数，如发现水、气、浆的压力、流量等不正常时，及时查清原因并进行处理。
⑨施喷应一次性成墙，不允许无故中途停喷，如遇故障停喷时，立即抓紧时间进行处理，在排除故障恢复喷射时，处理时间在20min 以上时，将喷管下降并插入浆液尺寸不小于0.5m深度方可进行重新喷射。
⑩在摆喷过程中，水、气、浆各系统等均要紧密配合，特别是制浆系统，供浆人员和孔口操作人员更要紧密配合，一旦送浆出现故障，马上通知孔口操作人员停止提升，并同时通知水、气系统适当降低压力，在排除故障后再进行喷射。www.tmgc8.com
11高压喷射制浆系统使用水泥上料机供料搅拌制浆，施工中把水、水泥按规定水灰比计量投入搅拌机内，搅拌至浆液均匀，并测得其比重不小于1.5g/cm3 时开始使用，灌浆开始后，拌和系统连续供浆，不中断。
12在施喷过程中每隔20min 测读记录一次参数实际数据，确保施工的各种数据均控制在设计要求的参数范围内。如发生意外故障，详细记录全过程及各项数据。
13高喷耗用水泥以单机统计核算，准确统计好每孔的水泥用费，并清点空水泥袋，捆好及时运出现场，准确统计各孔水泥耗量。
14喷射达到设计墙顶高程时，继续提升喷射0.5m再停止喷射，以确保高喷墙有效墙体达到设计高程。
15停喷后要及时对孔内进行静压回填灌浆，直至孔内浆液不再下沉为止。
16整个孔喷灌完后，跟班技术员、技术负责人会同监理工程师对这个孔进行总体评价，并填写好质量评定表，各自签字认证。
17特殊地层处理。喷射过程中如遇到渗漏通道，孔口停止冒浆可视不同情况采取以下措施：
A、停止提升，降低水和气压力，加大浆液比重或进浆量。
B、在A 的措施下，从孔口向孔内抛填2～5mm粒径的砂子。
C、在A、B 的措施下加适量的速凝剂或水玻璃。
4.2 完工后质量检验
高喷灌浆试验完后，分别进行了开挖检查、钻取岩芯和围井注水试验。两组岩芯样送山西省水利科学研究所试验室进行检验，各项指标均能满足设计要求。主体工程完工后，不进行破坏性试验，在灌浆轴线上布置了6 个正方形围井进行压水试验，渗透系数均小于1Lu，达到了设计要求。高喷防渗墙试验检验报告如表1 所示。
表1 高喷防渗墙试验检验结果
5 经验
1）高喷喷射灌浆关键工序是要控制孔斜，孔斜超过了1%，高喷质量就无法得到保证。为很好地解决钻杆随孔深加深而刚度降低问题，我们专门在我公司机修厂加工制造了几套准130mm长度大于8m的长钻具，以钻具直径与钻孔孔径相同的8m长钻具来钻进深孔，可以有效地解决深孔难以控制孔斜的问题。
2）为了降低成本，我们利用冒浆对已喷完的孔进行静压回灌，做到了弃浆重新利用。
来源：《山西水利科技》2010年11月
