“振孔高压旋喷”在三峡电源电站下游围堰防渗墙施工中的应用

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。“振孔高压旋喷”在三峡电源电站下游围堰防渗墙施工中的应用“振孔高压旋喷”在三峡电源电站下游围堰防渗墙施工中的应用“振孔高压旋喷”在三峡电源电站下游围堰防渗墙施工中的应用 华东院三峡监理中心 张涛 2004-12-1 摘要：“振孔高喷”通过在三峡电源电站下游围堰防渗墙施工中的应用，充分展示了其“移动灵活迅速、操作简单方便、施工速度快、成墙质量好”等施工优点，同时也暴露了其在施工中存在的一些不足。本文对该工艺及其在施工中的一些技术参数、要求；在该工程施工中表现出的成绩、不足，以及在施工过程出现的一些问题及应

2、对处理措施进行了简要阐述，同时针对其不足之处提出了一些改进方案，希望通过不断的改进与完善，使其在今后的工程施工中能有更好更充分的发挥。关键词：振孔高喷 工艺 要求 成绩 问题 措施 改进工程概况：三峡电源电站下游围堰位于三峡冲沙闸及升船机引航道下游、覃家沱特大桥上游约200m处。围堰轴线长144.53m，堰顶宽12m，堰顶高程78.5m，航道底板高程58m。围堰轴线宽10m范围内为风化砂填筑，两侧为石渣料和石渣混合料填筑。围堰防渗墙采用振孔高压旋喷法施工，为单排高喷墙，于单排高喷墙两侧岸坡连接段各布置有两排高喷孔，同时，因电源电站下游围堰未安排基础帷幕灌浆，且振孔高喷入岩深度能力有限，在原设计

3、的单排高喷墙的下游侧基岩面以上2m高度范围内再增加了一排高喷孔。高喷孔孔距为60cm，排距为70cm，梅花型错开布置。具体布置如下图：上游面基坑70cm70cm80cm70cm二排孔三排孔主排孔副排孔五排孔S端 岸坡段 岸坡段 N端围堰段高喷防渗墙自2004年2月10日正式开始施工，于2004年3月18日晨高喷结束，比原计划工期提前2天完成。围堰防渗墙施工完成后布孔及挖槽检查，各项质量检查指标均符合设计要求。同时围堰今年9月份遭遇建坝以来最大一次洪水未发现渗漏。“振孔高喷”在围堰防渗墙施工中的应用：“振孔高喷”机具设备组成简介：三峡电源电站下游围堰防渗墙振孔高压旋喷灌浆施工，采用XJZ90型振

4、孔高压旋喷设备。该套设备系统由拌浆系统（水泥供料平台、拌浆机、搅拌桶、供浆泵、抽水泵等）、泵浆系统（活塞式高压注浆泵、空压机）、高喷系统（高喷机）及供浆供气管路组成。具体如下图：“振孔高喷”施工工艺简介：振孔高压旋喷灌浆是一种钻喷一体化的高喷灌浆技术，其采用二管法（进浆、进气管），以大功率振动锤将高喷管旋转快速振入地基至设计高程（振孔同时在钻头喷射水泥浆护壁），而后匀速提升高喷管并以高压（浆压35mPa）和大泵浆量（单孔段浆量140L/min）进行高喷灌浆作业。1 施工工艺流程（详下图）：孔口试喷下振高喷管旋转提升高喷移至下一孔位高喷机到位和调整制浆泵浆压气孔位放样挖排浆沟2 具体施工方法：.

5、 回浆导槽开挖：采用人工OR反铲沿防渗墙轴线开挖宽深约1m左右的回浆排放导槽，以便将废浆集中引至集浆坑，减少废浆等对周围环境的污染。. 孔位放样：采用测量工具按照设计要求在堰顶放出高喷孔孔位及桩号，做好标记并加以保护。. 机架定位及调整：将钻机移至高喷孔轴线上，使钻机移动轴线与高喷孔轴线保持一致。移动钻机使钻杆对准高喷孔孔位，并调整钻机四角气腿高度，使振杆垂直。. 钻孔及高压旋喷灌浆：调整好钻机后，先打开空压机及灌浆泵给高喷机供风供水试喷，以检查各设备、管路及喷嘴是否正常。若正常则放下并打开振动锤使振杆在振动锤作用下旋转振入堰体，待振管达到预定岩面深度，振锤出现强烈反弹后再慢速旋转下振0.10

6、.2m，即开始按设计要求匀速提升钻杆并高压灌浆。“振孔高喷”在围堰防渗施工中的技术参数、要求及质量控制要点：1 振孔高喷灌浆参数（详下表）：参数项目压力（Mpa）风量（m3/min）浆量（L/min）提升速度（cm/min）旋转速度（r/min）浆液密度（g/cm3）喷嘴（个*mm）气0.71.21.53.0152015252*2.9浆3538140岩面上20cm及斜坡1m内为510cm/min1.41.452 振孔高喷主要施工技术及质量要求：. 材料：水泥采用强度等级不低于32.5Mpa硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥应为新鲜无结块，过0.08mm方孔筛的筛余量5%，水泥在使用前必须作质量检

7、测；拌浆用水应符合砼拌和用水标准；水泥浆液应控制在540范围内，随配随用，一次拌浆使用时间应控制在4h以内，使用时应过滤；膨胀剂及其它掺合料等外加剂必须符合有关规范规定。. 振孔高喷机垂直钻孔，孔位偏差5cm，孔底偏斜率1%，孔底伸入强（OR弱）风化岩层0.30.5m，孔径170180mm。. 振孔高喷孔孔距0.50.6m，排距0.60.7m。. 当振孔至预定深度后，按设计转速原地喷射，同时输入水泥浆和压缩空气，待泵压和风压升至设计值并孔口返浆且返浆比重1.3后，开始按设计转速和提速匀速提升高喷管自下而上旋喷灌浆。. 高喷灌浆过程中，当遇到冒浆量超过20% OR不返浆OR不能匀速上提高喷管时，

8、应查明原因采取相应措施进行处理。. 高喷灌浆因故中断，应将高喷管下沉至停喷点以下0.5m，待恢复高喷灌浆后再按要求正常作业，因故停机超过1h，应对泵体和输浆管路进行清洗。. 当高喷管提升至离孔口1m时，应降低提速，慢速提升喷灌至桩顶，并在桩顶停止提升，喷灌数秒。. 喷灌作业完成后，应不间断地将冒出地面的浆液回灌至喷浆孔内，直至孔内的浆液不再下沉为止。. 无论何种原因造成的孔位和孔向偏差超过规定值都必须加补高喷孔，以确保高喷墙的连续可靠。. 高喷施工中出现喷管未到底、气压浆压偏低、提升过快和不匀速、不回浆和回浆比重偏低等任何一种不良情况而又连续施工完毕的高喷孔段，应补孔重新灌浆。3 振孔高喷施工

9、质量控制要点：鉴于该防渗工程工期较紧，单排旋喷墙质量要求高，在施工中要求对整个高喷作业全过程均加强质量监控，其主要监控项目是：孔位精度、孔斜精度、喷孔深度、入岩深度、浆压、浆量、浆液比重、风压、风量、提升及旋转速度、岸坡及基岩接触面高喷质量控制。. 孔位孔斜控制：为了确保高喷孔的孔位孔斜精度，以保证高喷墙的成墙连续，在高喷机调整定位后必须严格检查其孔位定位精度及高喷机架的垂直度，以保证其在控制允许范围内。. 钻孔及入岩深度控制：为保证高喷墙与基岩面接触段的高喷质量，原则上要求振孔至基岩面（58m左右）后入岩0.30.5m，如遇到完整、特硬的基岩钻杆出现强烈反弹时，应坚持强振23min后才能进行

10、灌浆；对于基岩面顶部有裂隙发育or堆积有碎石的，造孔时虽有反弹现象但仍有一定进尺的（10cm/min左右）应坚持下振至钻杆出现强烈反弹后才能开始高喷作业。. 灌浆参数控制：在高喷作业过程中，应经常对水泥浆的进浆和回浆比重，对风压、浆压、浆液流量以及实际耗浆量、高喷管提升速度等进行检查并及时准确填写施工记录。当参数达不到设计要求时，立即研究处理，出现异常现象的孔段应作复喷处理。“振孔高喷”在围堰防渗墙施工中所取得的成绩及存在的不足：1. 振孔高喷在围堰防渗墙施工中所取得的成绩及优点：. 施工进度：振孔高喷施工速度快，在风化砂中成孔单孔20m只需24min，灌浆只需80min左右；在施工过程中钻孔

11、与灌浆一体化，钻孔时不需套管护壁，不需分序分段施工，成孔后可直接自下而上进行灌浆作业，操作简单、施工快捷。高喷机在液压泵推动下前后移动方便快捷，有利提高施工进度。围堰段高喷防渗墙自2004年2月10日正式开始施工，于2004年3月18日晨高喷结束，比原计划工期提前2天完成。. 施工质量：振孔高喷在保证风压浆压的前提下，在风化砂中喷浆半径可达50cm以上，单排成墙有效厚度在孔距为60cm时可达80cm左右，成墙厚度符合设计要求。围堰防渗墙施工完成后，在施工过程中出现过异常情况的部位及边坡段布3个检查孔进行压水试验，稳定流量分别为0.4L/min、0.26L/min、0.06L/min，渗透系数符

12、合设计要求；在围堰段随机开挖2段3m（长）*2m（深）的检查槽，检查结果防渗墙成墙连续，单排墙成墙厚度40cm，各项质量检查指标均符合设计要求。同时围堰今年9月份遭遇建坝以来最大一次洪水（库尾流量56800m3/s，库尾水位73.83m，堰顶高程77.5左右）未出现渗漏。2. 振孔高喷在围堰防渗墙施工中所主要表现的不足：. 设备左右平移不便，影响施工速度；. 振孔过程中当振杆遇地质软硬不均变化时，继续强振可能会导致振杆发生偏移，影响防渗墙连续性；. 振孔过程中遇石穿透能力及入岩能力差，影响施工进度及影响防渗墙与基岩面的接触而降低防渗能力；. 振杆孔至基岩面后，因入岩能力差，且振杆喷头与钻头底面

13、存在10cm高差，在振杆底部与基岩接触面易出现薄弱带，影响防渗能力。“振孔高喷”在围堰防渗墙施工中所遇到的常见问题及应对措施：1. 振孔中途遇石处理：因围堰轴线风化砂填筑部份质量控制原因，在风化砂中存在较多较大石块，又因高喷机穿岩能力差等原因，在振孔过程中当振杆遇到较大石块时，往往不能振偏或振碎石块而穿过继续下振至设计高程。为保证防渗墙墙体连续，在该围堰高喷施工中，我们采取了以下几种施工措施：.问题：在主排墙DYGP-1-147孔底部孔深18.5m处高喷机出现强烈反弹，强振约20min仍无法通过，判断为遇石，改下一孔施工。相邻1-146和1-148孔均振孔至深约20m的基岩面。处理措施：a.

14、将第四排相应部位DYGP-4-146和DYGP-4-147孔，由原设计只喷灌基岩面上2m长改为全长喷灌，即由基岩面提喷到堰顶高程。b. 在DYGP-1-147孔上游方向4060cm位置增加一DYGP-3-147孔，振孔参数同DYGP-1-147，提喷至堰顶高程。具体布置如下图所示：该措施采用对问题孔进行全包围高喷灌浆处理，施工质量有保障，可处理遇到直径超过孔距的石块。但该措施需增加多个高喷孔，施工成本较大。施工后期通过在该孔（DYGP-1-147）处布检查孔进行取芯和压水试验检查，结果表明墙体连续、渗透系数符合设计规范要求。.问题：在副排孔DYGP-4-204孔底部孔深19m处高喷机出现强烈反

15、弹，强振仍不能进尺，判断为遇石。处理措施：将孔位后移30cm左右，振孔至基岩面，按原高喷参数注浆；再将孔位前移60cm，振孔至基岩面，按原高喷参数注浆。具体布置如下图所示：该措施增加1个高喷孔，仍保持原高喷孔孔距，在施工中避开石块，又在注浆后将石块包裹起来，保证了高喷墙连续。该措施亦可在主排墙中使用。当在主排墙中振孔遇石而不能穿过时，可停止振孔，同时提喷灌浆至设计墙顶高程。再将孔位前后平移30cm左右，振孔至基岩面，提喷注浆至超出石块上50cm左右。（布置如上图。）该方案增加高喷孔少，高喷段短，施工成本较少；其通过增加高喷孔将石块左右包裹起来，亦保证了高喷墙的连续。但因该方案增加高喷孔均与问题

16、孔在同一轴线，且增加孔孔距仍保持原孔距，故该方案只适用于处理石径小于孔径的问题孔。.问题：在副排墙施工至DYGP-4-155、DYGP-4-154、 DYGP-4-153三孔时，均在9.5m10.5m孔深处遇一大石,强振仍不能穿过。处理措施：停止振孔，在第一排上游侧距主排墙0.7m即第三排相应位置补加三孔，分别定名为DYGP-3-155、DYGP-3-154、 DYGP-3-153。该三孔均提喷至孔深7m处，即超过石块2.5m左右。具体布置如下图：该方案既对主排墙墙基进行了加宽处理（等同副排墙效果），同时亦对9.5m10.5m处强振对主排墙可能造成的损坏进行了补强。2. 孔口不返浆不返气：在提

17、喷灌浆过程中，当检查发现孔口不返浆不返气时，应即刻停止注浆，并检查分析原因，采取处理措施。常见原因分析及处理：.检查浆压及气压，看是否升高，如升高则可判定为喷嘴阻塞。应提出喷管，疏通喷嘴，沉管至停喷点下50100cm复喷。.检查堰体四周看是否存在漏浆，若存在漏浆，则可采取降低气压浆压并加大浆液比重，原点旋喷，待孔口返浆返气后再提喷。或采取先停喷，待孔内浆液凝固不再有浆液漏出后再沉管至停喷点下50100cm复喷。.若无喷嘴阻塞或堰体漏浆，则可能为串孔所至（即在高压作用下浆液由该孔串至其它孔中），此时应原点旋喷，待其它孔灌满返浆后再提喷。3喷嘴堵塞处理：在灌浆过程中，若检查发现浆压升高或实际耗浆量

18、突然减少，则可判断为喷嘴阻塞。应停止注浆，提出高喷管，疏通或更换喷嘴，再沉管至孔底复喷。若提喷完毕后发现喷嘴阻塞，也应疏通或更换喷嘴，再沉管至孔底复喷。“振孔高喷”设备改进方案设想：针对“振孔高喷”在三峡电源电站下游围堰防渗墙施工中所表现的不足，本人对该设备提出了以下几点改进设想（未通过实践论证，仅供参考），以希望其在今后的工程施工中能有更好的发挥：1. 在四个气腿处增加左右伸缩移动装置，使高喷机移动定位更加灵活方便，以提高施工速度。2. 在高喷架底部增设一个导向箍，改两点一线成孔为三点一线成孔，以限定振杆方向，并改善其长细比，使振杆在下振过程中最大可能保持孔向孔斜，当振杆遇地质软硬不均变化时，不致因继续强振导致振杆发生偏移，影响防渗墙连续性。3. 将振杆球齿合金钻头改为锥型刀口钻头，以提高其入岩