高喷灌浆技术在围堰防渗工程中的应用

1、高喷灌浆技术在围堰防渗工程中的应用 高喷防渗墙施工技术简单、进度快、防渗加固性好且造价较混凝土防渗墙低，但对地层敏感 性强，一般在壤土层、中密状态的砂土层中成墙质量较好，而对粘性土、致密细砂层，尤其 是粒径较大的砂卵石层，且含漂石时，其喷射材料穿透性受阻，浆体扩散半径受限，成墙连 续性不易保证。在南水北调中线北易水倒虹吸工程围堰防渗墙施工时，对含大漂石、砂砾卵石层、富含小溶 洞和节理裂隙发育的泥质灰岩等复杂地层，采用高压摆喷技术，在较短的时间内完成了近 17000m 的高喷防渗墙， 通过对施工质量的严格控制， 提高了成墙效果， 达到了基坑防渗要求， 保证了主体管身段基础开挖和混凝土施工顺利进行

2、。 快把结构工程师站点加入收藏夹 吧！1 工程概况北易水渠道倒虹吸工程位于河北省易县城西北约 1.0km 的北易水河上。倒虹吸出口北 0.5km 为易县至涞源公路，对外交通便利。北易水倒虹吸工程由进出口渠道段、穿河渠道倒虹吸、 退水闸及附属建筑物组成。工程等级为I等，主要建筑物的级别为1级。高喷防渗墙主要应用于基坑围堰防渗工程，基坑排水和安全度汛是本工程施工组织的难点和 重点，目标是及时为管身段混凝土浇筑提供工作面。主要设计工程量为：一期围堰（纵向围堰轴线桩号1 87+1 44、 1 86+906.9 ，上下游围堰距离为160m）8340 延米， 防渗面积为 7940m2 ；二期围堰 （纵向围

3、堰轴线桩号 187+346.9 、187+075 ， 上下游围堰距离为 1 60m） 8640 延米，防渗面积为 8640m2 . 共计 16980 延米，防渗面积为 16580m2 .围堰防渗墙顶高程为 53.0m，底部高程为43.0m.2 水文地质 本工程位于太行山东麓北易水河中上游，河漫滩及河床组成物质为第四系全新统冲积砂及卵（砾）石层，厚度1.112.0m不等。其下部的古生界中寒武系馒头毛庄组地层及燕山期闪长 玢岩侵入岩体，岩性以泥岩、泥灰岩、泥质灰岩、砂质灰岩、石英砂岩为主，夹少量页岩， 岩石上部破碎，节理、裂隙发育。 建筑物区地下水为孔隙潜水及基岩裂隙水，局部分布岩溶水。孔隙水埋藏

4、于第四系砂砾及卵（砾）石层中，透水层厚512m,渗透系数为70m/d.实际施工中，经基坑开挖、钻孔取芯结果显示，在靠近一期围堰，古河床段，从作业面高程53.0m自上而下地层地质依次为：在高程47.046.0m为砂卵石层，粒径一般1015cm,含泥量少，较松散，但在个别部位有孤石或小溶洞；在高程46.045.5m处有0.51.0m的强风化至中风化的泥岩；在高程45.544.7m处有0.8m的泥质灰岩；在高程44.7m或 44.5m 处是全风化的泥岩。在靠近二期纵向围堰（ 187+346.9 ）段,多为致密粉细砂层。 另外,从基坑开挖地质岩石和抽水情况来看,渗透系数应该不小于200m/d.3 主要

5、技术参数的确定为保证高压喷射灌浆施工顺利进行,确保施工质量,同时为检查摆喷灌浆工艺参数设计的合 理性、成墙的可靠性,在现场采用二重管和三重管法高压旋喷桩施工开始前,在地质条件具 有代表性的区段,用选定的配合比进行高压喷射注浆工艺试验。通过试验确定桩距和孔深以 及确定浆液性能、喷射流量、压力、旋速和提升速度等工艺参数,具体试验区布置在一期纵 向围堰与上游围堰交界处，试验围井呈三角形布置，孔距1.0m,围井深8m.围井施工完成 7d 后,对围井进行压水试验, 测出围井的渗透系数, 并对围井周边及井内的土 层进行开挖，观察围井成墙情况。根据对试验成果的分析，防渗效果和成墙厚度均满足设计 要求。高压摆

6、喷按围井试验所确定的参数施工。4 施工方法4.1 施工技术要求及参数(1 )钻孔孔距1.0m，孔底深入岩层(弱，不透水层)0.51.0m,孔位偏差小于 5cm,钻孔偏斜率小于 1%.(2) 浆液采用水泥浆，水灰比为0.8 : 1 (重量比)。(3) 喷灌三重管法，喷管选用双喷嘴，喷嘴直径1.8mm.高压水压力 3238MPa空气压力 0.60.7MPa,浆液流量100L/min，空气流量1.31.5m3/min，提升速度10cm/min，摆喷角 度 30° 40°。二重管法，喷管选用双喷嘴，喷嘴直径1.8mm.空气压力0.60.7MPa，空气流量2m3/min，浆液压力32

7、MPa浆液流量100L/min，提升速度8cm/min，摆喷角度25°35°。(4) 渗透系数满足n X 10-4nx 10-5 cm/s数量级，喷灌成墙有效平均厚度30cm,相邻孔 摆喷连接形式为 " 人"字型搭接方式。(5) 主要施工机械设备：高喷台车(CYP型液压式)、清水泵(3DZ-2)、灌浆泵(HB8Q、注 浆泵(BW-150)、搅拌机、空压机( WF3/6)、冲击式钻机(YKC-10)等。4.2 施工方法( 1 )布孔与造孔。根据施工方案，利用水准仪、钢尺丈量，放线定位，布置孔位，固定钻机 位置，调整钻杆垂直度， 校正钻头与孔位的偏差。使用普

8、通YKC-10冲击钻机造孔，在遇到大孤石或漂石部位采用套筒跟进风动潜孔钻或XY-2地质钻钻进，造孔孔径为$130mm泥浆护壁成孔，为保证成孔质量和孔壁稳定，适当调整泥浆浆液，控制浓度和粘度，防止缩径和坍 孔。对遇到地下有砂性土或壤土层，出现坍孔时，加大泥浆回填，填满后继续造孔。在造孔 过程中，作好造孔记录，特别是对孔内岩性描述，确保钻孔入岩深度满足要求。根据记录情 况，如钻孔达到设计深度还未进入相对隔水层，需加深钻孔，深入相对隔水层1.0m.成孔后经过验收，立即下套管到孔底，并管口露出工作面20cm,以防坍孔，套管采用$ 110mm PVC管。(2、制浆。搅拌机采用 WJG80-1型立式搅拌机

9、，灌浆泵采用HB80型，BW-150型泥浆泵用于回收浆液。水泥采用 普通硅酸盐水泥，制浆采用两级搅拌，一级搅拌 12min 后经过 滤放入二级搅拌机，边搅拌边灌浆。制浆时严格控制水灰比(0.81) : 1,浆液比重为1.61.7g/cm3 ，经常用比重计法检测浆液浓度，保证浆液浓度、无颗粒、均匀稳定、流动性好。(3) 高喷灌浆。高喷灌浆前，先在地面进行1min 左右试喷试验，调整好喷射方向，检查水气嘴是否畅通，压力能否满足设计要求，否则须重新调试设备或更换水、气嘴，直到压力满 足设计要求，然后，可将喷杆缓慢下到孔底。 灌浆准备工作完成后，进行正常喷射。先按规定参数送浆、水、气进行静喷，静喷3m

10、in 待浆液返出孔口、情况稳定后，进行高喷灌浆。喷射时采用间歇提升法，每提升30cm,停5min.在供浆正常情况下，孔口回浆浓度变小且不能满足设计要求时，应加大进浆浓度或进浆量。 如在高喷灌浆过程中出现压力突降或骤增、 孔口回浆浓度或回浆量异常等情况时， 查明原因， 进行处理。对于孔内严重漏浆，采用降低喷射管提升速度或停止提升、进行原地灌浆，加大 浆液浓度。对小溶洞地质段，常发生的串浆情况，采取填堵被串孔，待灌浆孔高喷灌浆结束 后，立即进行被串孔的扫孔、灌浆或继续钻进。高喷灌浆因故中断后恢复施工时，应继续复 喷，其长度不小于 0.5m. 灌浆施工中如实记录高喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常

11、现 象及处理情况等。(4) 回填封孔及清洗管路。高喷灌浆至设计顶部高程后， 喷头提出孔口， 继续向孔内注入水 泥浆，保证孔内浆面高度，保持孔内浆注压力，随沉随补，直到孔口浆液不再下沉为止。采用沿灌浆孔孔口两侧修一条深度100150cm的沟槽，利用灌浆时的回浆补填周围已喷孔孔口，保证灌浆孔回填及时。每孔喷灌完毕后或因停电等原因停工时，都要及时清洗管路，特 别是对浆液系统的清洗，保证无残留的水泥浆堵塞管路。4.3 施工记录（1）造孔记录内容：孔号、钻孔深度、地质地层情况、入岩深度、施工时间及钻孔过程中出 现的特殊情况等，尤其是对岩石地质情况变化的部位、深度应记录清楚，以便灌浆时进行相 应的处理。（

12、2）高喷灌浆记录内容：高喷时间、旋转速度、提升速度以及高喷孔口返浆情况、每孔水泥 用量等，同时应将施工时各种设备参数认真记录，并根据现场情况进行具体适当调整。5 高喷效果及质量检查5.1 高喷效果在一期围堰形成封闭后，基坑抽水和开挖同步提前进行，分层开挖，每层35m在每层开挖前先在纵向围堰（ 186+144）内侧上、下游部位各挖一个集水坑，用水泵集中抽水，并通过 纵向围堰外的导流明渠排入下游河床。 随着基坑开挖的不断进行， 围堰内外水位差不断加大， 渗水量也不断增加，通过增加水泵加强排水，保证基坑干地作业。基坑开挖完工后，围堰内 外水位相差10m左右，渗水量较大，尤其是上游和纵向围堰侧，从砂卵

13、石层与泥质灰岩层结 合部位（高程4647m处渗出，但在基坑开挖到建基面（高程41.9m）后，大量渗水即从底部几个大的溶洞处溢出。 后经 7 台 WQ200-16-18.5 水泵抽水， 能保证日常渗水 1300m3/h 的排 水要求。二期基坑由于范围小，且加强了施工质量控制，日常基坑渗水为1000m3/h.5.2 质量检查从开挖35m深度的混凝土纵向围堰等几处高喷防渗墙来看，墙体连续性较好，大部分成墙 厚度达到6080cm,水泥浆与砂卵石胶结良好，断面外观和混凝土结构一致，需用钻爆拆除。 在喷孔周围，厚度最小的部位也达到2030cm.在致密粉砂层和细粉砂层中水泥浆胶结效果不是很好,但喷射较远。在

14、一期纵向围堰与上游围堰结合部位,布设一个三角形围井,并旋喷封顶、封底,压水试验 表明采用高喷防渗墙施工方法能满足渗透系数小于 10-5 的设计要求。在围井试验完成 28d 后,在其旁边选择两处钻孔取芯,从芯样表面看,比较光滑,水泥含量大，且分布均匀，芯样长度多在1025cm之间，泥质灰岩段，最长芯样为50cm,最短为6cm. 水泥桩自上而下比较完整,无断桩现象。6 结语 北易水倒虹吸围堰防渗墙工程轴线长,地层复杂、前期无详细地质资料,施工时针对地质情 况及时调整施工参数,采用高压摆喷技术顺利完成了一期围堰防渗墙施工,保证了基坑开挖 和混凝土施工干地作业,且为二期围堰施工提供了可靠的参数,积累了经验。在卵石层、含有大块漂石砂卵石层施工难度大,且不易成孔。通过试验确定适当参数,控制 好孔距和施工工艺,严格要求不返浆不提升,提升速度也调整到适当值,基本上能保证施工 质量、达到防渗效果。对在复杂地质条件下进行高喷防渗墙施工提出以下几点建议：（ 1 ）在设备选型方面