张 奇

(广东省源天工程有限公司，广州 511340)

1 工程背景

北安市山口水库供水工程是以山口水库为水源，通过新建供水工程为北安市提供城镇居民生活用水与工业用水的供水工程，也是一项跨流域调水工程。山口水库为现有大(2)型水库，水库在五大连池市境内，水质较好，水量充沛。取水泵站近期设计规模6.6×104m3/d，设计扬程51m，总装机功率约1030kW，取水泵站为中型泵站，山口水库正常蓄水位313.00m，设计水位313.06m。取水泵站工程等别为Ⅲ等，主要建筑级别为3级，设计防洪标准为30a一遇洪水设计，校核标准为100a一遇洪水校核。

根据工程实际情况和相关设计，取水泵站工程围堰高喷灌浆采用喷射管为三重管的三管法旋喷成墙技术，以水泥基质浆液、水和压缩空气为主要的喷射介质，通过喷射管的旋转和提升，在地质中形成圆柱形桩体，并通过桩体完成高喷送浆，浆液在淹没范围内因喷射而扩散，充填并置换后和地层结构混合形成凝结体，起到防渗的作用。防渗墙搭接厚度≥0.3m，孔间距初步拟定为1.0m，孔间距需根据现场试验最终选定。防渗墙入全风化深度为0.5m，墙体抗压强度>3.0Mpa，渗透系数<5×10-6cm/s。根据《高压喷射灌浆技术规范》(DL/T 5200-2019)，高压旋喷技术参数[1]见表1。

表1 高压旋喷灌浆工艺技术参数

表1中数据为建议数值，具体实用技术参数开工前应进行现场试验，以取得较适宜的符合工程实际情况的施工工艺参数。

2 试验段施工

本工程试验地点确定在山口水库供水工程截渗墙50+32.14-50+41.55桩号范围内，共设置5个喷浆孔，所使用的试验设备为BJS-L50型喷浆设备。试验孔设计孔径15cm、孔距130cm，孔位偏差控制在±5cm以内，倾斜率不超过1%。选用强度等级32.5的普通硅酸盐水泥，并将水泥掺加比控制在20%以上；喷浆压力按照0.5MPa，浆液流量4.5m3/h。对于机械式搅拌桩桩底以上采用旋喷和摆喷相结合的施工方式，而以下则采用摆喷的施工方式，摆角控制在40°。

试验结束后7d进行试验段开挖和成墙质量的检测，结果显示，成墙体颜色均匀，且并无蜂窝等缺陷，墙体厚度均在22cm以上，且具有较好的连续性。开挖过程中在0.8∶1、0.9∶1、1.0∶1三个试验段分别进行钻孔取芯，并将所取得的芯样送至工地试验室进行渗透系数、弹性模量和抗压强度等的参数的检测，根据检测结果，所取芯样各性能指标均符合设计要求。

3 三管法高压旋喷防渗工艺

3.1 钻进施工

考虑到该取水泵站工程区闪长岩基岩及风化岩坝基等地质条件，考虑到工效方面的要求，故采用BM-150型大扭矩锚杆钻机，该钻机装载履带底盘，行走移动方便，且集中操作，无极变速，全液压动力传动，工效高，垂直度可实时调控。最大钻深可达50m，钻进调节速度最大可达0.18-1.0m/min。所使用的HW-80/10型泥浆泵三重管径均为φ85mm，本工程三管法高压旋喷防渗施工所使用的机械详见表2。此外，还应增设下套管保护装置，即将旋喷注浆顶面以上孔径确定为φ150mm，以保证可以下入直径φ145mm的套管；将旋喷注浆底面以下孔径确定为φ110mm。在钻进施工时，钻头应采用三翼刮刀不取芯钻头，并将符合设计要求的合金片铆焊在翼片上。

表2 三管法高压旋喷防渗施工机械

根据该取水泵站工程试验结果并结合类似工程施工经验，孔距应确定为1.3m，孔位偏差应控制在5cm以内，倾斜率不超出1%。采用标号PO32.5的水泥浆液，水灰比按1.0:1控制，浆液设计密度1.6g/cm3，喷浆压力为0.5MPa，浆液设计流量4.3m3/h，旋喷和摆喷提升速度分别为0.12m/min和0.15m/min。

3.2 桩位确定

基于机械式搅拌桩墙体轴线，高喷板墙轴线在确定时应沿迎水坡向平行移动30cm，并按照1.3m的距离确定孔位，并通过木桩标记编号。待钻机就位，通过标尺将孔位和偏差值进行测量和调整，直到符合设计要求。等钻机就位后，应采用水平尺测量其立轴垂直度和水平稳定情况，在钻孔时应按照1次/3m的频次进行钻孔质量的检测，防止施工中出现倾斜偏差，影响钻孔和防渗加固施工质量。

3.3 喷浆施工

首先，严格按照设计配合比和水灰比制备浆液，并采用比重计测量制备完成的浆液密度。准备好设计要求的喷浆设备后，将其电机转动速率设定为1000r/min，并在所对应的注塞次数与行程等运行参数下控制浆液流量。根据喷浆施工中实际管道长度和下管深度等调整喷浆压力。开始注浆到所预估的水泥浆液前峰流出喷头后，根据相关设计参数进行注浆管的提升，并由下至上开始喷射注浆。喷浆至设计深度并见到浆液返出孔口后停止注浆。还应将注浆泵的吸管移动到清水箱内抽吸清水，以便将注浆管内的水泥浆体完全顶出。按设计要求将取下的注浆管各个通道以及注浆泵及搅拌机用清水彻底冲洗。

4 施工质量控制

4.1 灌浆材料选用

为保证三管法高压旋喷防渗施工质量，首先必须加强高喷灌浆材料及浆液质量的检查和控制，本取水泵站工程使用高标号速凝水泥可以解决板墙渗透破坏问题，但是会增大施工成本，也会增大输浆管路堵塞的可能性。考虑到水泥浆液在温度降低后凝结速度减缓，而强透水层内的浆体板墙受到水头差影响后容易发生流失破坏，故应使用水泥砂浆。为缩短凝固时间，应采用细砂水泥灌浆材料，并利用粒径在1.0mm以内、细度模数在2.0以内的细砂料对板墙凝固发挥促进作用，既能保证板墙施工质量，又能节约水泥，控制造价[2]。

4.2 喷射压力和流量控制

不同的喷射灌浆设备有不同的喷射压力和流量，本工程所使用的三管法高压旋喷防渗技术比单管法增加了压缩气系统，比二管法增加了高压水泵，将高压注浆施工转变为低压注浆。本工程射流高压使喷射流具有较高的运动速度和强大的破坏力，为此，应当在加大泵压和泵量以增大冲切效果并获取较大防渗加固体与施工能耗和安全之间达到平衡。

4.3 提升及转速控制

由提升和转速所控制的旋喷射流移动速度是决定土层受喷射流冲击切割影响长短的主要因素，土体在遭遇高压射流冲切后极易被穿透，且随着射流持续喷射时间的延长其穿透程度随之增大。本取水泵站工程三管法高压旋喷防渗施工过程中必须通过控制喷射时间并加强提升速度和旋转速度的配合以控制对土体的冲切深度[3]。在旋喷施工过程中，提升速度过慢必将降低施工工效，使耗浆量增大，而旋转速度过快必将减小桩径，不利于施工质量的提升。本取水泵站工程三管法高压旋喷防渗施工时提升速度控制在0.5-1.25cm/转。

5 结 论

该取水泵站高压旋喷防渗施工结果表明，低弹性模量防渗墙施工速度快，不需要将水库内的水放空处理，环境和地下水也不会因水泥浆液而遭遇污染，但是混凝土防渗墙属于隐蔽性工程，在设计和施工阶段必须加强质量控制和跟踪检测，施工过程中应确保墙体均匀可靠连接。为提升防渗墙结构的安全性和稳定性，必须适当控制并降低混凝土材料的弹性模量，并在其弹性模量和抗压强度比符合设计要求的基础上，提升强度，并符合结构耐久性等方面的性能要求。