张海东

(中国水利水电第五工程局有限公司基础处理分局，四川双流 610225)

1 概述

1.1 工程简介

毛滩水电站位于四川省夹江县顺河乡境内的青衣江干流上，工程枢纽主要由电站厂房、泄洪冲沙闸、河床式长尾水渠等建筑物组成，主要任务为发电，兼顾灌溉、防洪、城镇工业及生活用水。电站基础防渗主要采用高压喷射灌浆和混凝土防渗墙，高喷工程量主要为一期围堰上下游横向围堰和纵向围堰10 965 m2，基坑内二期纵向围堰2 799 m2及尾水渠趾板(0+000～0+300)的永久高压喷射灌浆5 304 m2。高喷造孔底部高程为380 m，最大造孔深度21 m。

1.2 工程地质条件

根据招标地质文件和设计图纸，毛滩水电站高压喷射灌浆主要在第四系全新统河流冲积堆积层(Ⅱ层)。地层自上而下依次为:①松散卵砾石夹沙层，层厚4.9～9.6 m，表层3～5 m 厚大都经人工筛选砂石，结构松散，具架空结构。②稍密沙卵砾石层，层厚10.7～24.9 m，中粒径 ＞2 mm 含量占87.1%，粒径一般为5～10 cm，个别漂石可达50 cm，局部夹卵砾石透镜体。一期围堰人工回填层主要为卵石和砂土，尾水渠段以沙卵砾石为主，二期纵向围堰处为卵砾石夹沙，中细沙含量较大。

2 高压喷射灌浆施工

高压喷射灌浆是在强大射流作用下冲击切割土层使浆液与被冲切下来的土体掺搅混合，并对大颗粒推移，浆液袱裹充填凝结，在浆(水)气 同轴喷射时，压缩空气除了起保护射流束外，能量释放过后产生的气泡可将细颗粒升扬且被浆液置换，从而改善和提高浆液的密实性和水泥浆凝结体强度，同时，射流束末端也具有侧向挤压力，能促使凝结体与两侧的土体结合更加紧密。

2.1 高喷造孔

沙卵砾石地层结构松散，渗透系数大，透水性极强，原则上采用XY－3地质钻机泥浆护壁成孔。在造孔过程中，泥浆渗透范围广，可以充填孔隙，对后续喷射有利，而且节约水泥。但沙卵砾石地层中地质钻机造孔工效极低，深度20 m的孔钻进需三个台班，施工进度无法保证。

一般在沙卵砾石地层中造孔普遍采用偏心回转跟管钻进工艺，虽然总体工效很高，但在一期下游围堰施工时遇到大漂石，偏心跟管钻进效果很差，况且所配置的阿特拉斯XRHS366CD高风压油动空压机、QY－8T东岳汽车起重机耗费成本非常高。而汉机HD120S－A型工程钻机采用的同心跟管水压钻进不仅在沙卵砾石层中造孔快且对大漂石层钻进速度较好，该工艺为钻机动力头下安装钻杆和顶屈，顶屈上接外跟管，外跟管接套管钻头，套管接头外径比跟管稍大5 mm，内钻杆接孔底潜孔锤。施工中潜孔锤长于外套管钻头3～5 cm，留出动水返渣的间隙，钻杆和外跟管可同时钻进，遇到坚硬岩石时内钻杆可带动潜孔锤钻导孔，外跟管扩孔，钻机跟管的拆卸、起拔均可自行完成。风、水压钻进转换灵活，孔底加设有冲击器，撤去水管、连接风管则可风动冲击钻进。沙卵砾石地层水压钻进成孔效果好，既省设备，又省材料，成本较低。唯一不足之处是当其遇到大漂石层时，在大功率作用下，操作不当易发生钻杆接头丝扣开裂、跟管断裂等现象。二期纵向围堰由于地层含沙较多，在工期紧张时，选用了 YGL－100D型潜孔钻机造孔。因先期造孔困难，故直接采用了SPM110型中风压冲击器，但在钻进过程中，需经常清洗冲击器，进度很慢，最后将活塞间隙较小的中风压冲击器更换为间隙较大且低廉的KQ110型低风压冲击器进度反而明显加快。我们在充分研究对比了各种钻进设备在不同地层中的钻进效果和经济性，对不同地层采用了不同的钻进设备和工艺，钻孔进度及经济性都取得了较好的效果。既采用全液压锚固钻机，对不同地层采取不同的造孔工艺后也取得了工效提高、成本降低的效果。设备造孔工艺对照情况见表1。

2.2 高喷灌浆

表1 设备造孔工艺对照表

高喷灌浆采用三管法摆喷对接的结构形式，沿施工轴线布置单排孔，高喷孔距为1.2 m，分Ⅱ序施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔。Ⅰ序孔施工完毕待48 h后方可施工Ⅱ序孔，高喷灌浆各项施工及设备主要参数见表2。

表2 高喷灌浆施工及设备主要参数表

一期围堰施工时，GP－47#～GP－93#孔段Ⅰ序孔喷射不返浆，采用静喷、降低提升速度，间歇提升、孔口掺沙等措施后孔口仍不返浆，检查发现堰体底部两侧有水泥浆外渗迹象，水泥耗量极大，GP－87#孔单耗达884.6 kg/m，并且喷管在提升至原河床交接面部位时有明显卡管现象，摆动困难，须管钳辅助转动，待将其提升至回填层后部分孔口开始返浆。

初步分析断定，因围堰底有大量大块石料，浆液在人工回填与原河床交接面处大量漏失;而上部返浆则是高压射流束将围堰填料冲切掺搅、大颗粒位移、回填料充填、浆液渗透挤密后返出孔口。喷射在堰体两侧水位相同、原河床以下无压差、水流相对静止的条件下进行，高压喷射后，浆液能充分渗透凝结。根据上述判断并采取相应措施后，Ⅰ序孔耗浆量降低，最终Ⅰ序孔平均单耗为631.7 kg/m，而且在Ⅰ序孔的浆液渗透凝结作用下，Ⅱ序孔施工时孔口均全部返浆。同时，观察Ⅱ序孔造孔返水明显减少，孔内返渣有较多水泥结石，钻进速度减慢，从而验证了Ⅰ序孔的喷浆效果。施工完成后，经后期基坑开挖检验，防渗效果满足工程需要。

此外，高压喷射灌浆高压水嘴大小对喷射半径和高喷效果亦起决定作用。在38 MPa同等水压力下，若喷嘴大小相差0.1 mm，气流对水体的握裹力将发生变化，握裹力过小，可使水流雾化，降低冲切力;握裹力过大，将束缚水流切割的范围。

3 特殊情况采取的处理措施

3.1 孔口不返浆

(1)降低喷射管提升速度和喷射压力，若效果不明显则停止提升，进行原地注浆。

(2)加大浆液密度或进浆量，灌注水泥砂浆、水泥黏土浆。必要时添加水玻璃，将三管法改为两管法，高压注浆泵喷射水泥浆，灌浆泵灌注水玻璃与水的混合物，水玻璃掺量为喷射水泥量的5%。若仍不返浆，则采取二次喷射方式。即先喷浆至孔口，72 h后重新扫孔至设计孔深后二次下管喷射，直至返浆正常。

(3)对于堰体本身填筑材料松散(或与原河床交接面)造成Ⅰ序孔不返浆或返浆量少的，可以按正常参数提升喷射。

3.2 地下动水中喷射

在一期下游围堰施工过程中，因泄洪冲沙闸施工工期紧，围堰内急于抽水开挖，但GP－112#～GP－120#5孔Ⅱ序孔未喷射，抽水后围堰内外产生水头差，形成地下动水流，导致剩余孔无法喷射，最后，在围堰下游侧用反铲开挖一条深约7 m，宽2～3 m，长10 m的深槽，回填黏土止水后，采用静喷、加沙等措施喷射完毕。

3.3 串 浆

高喷过程中发生串浆时应首先封堵被串孔，继续串浆孔的施工，待其结束后，尽快对串浆孔扫孔复灌，或继续钻进，同时，在后续造孔时应调整孔序，间隔造孔，可有效防止串浆。

4 高压喷射灌浆质量检查

依据《水电水利高压喷射灌浆技术规范》DL/T5200－2004及设计技术要求，待各部位高喷灌浆混凝土达到一定龄期后进行质量检查。高喷灌浆质量检查分为开挖进行直观检查(14 d以后)和钻孔注水试验(28 d以后)两种方式进行。

4.1 墙体开挖检查

在尾水渠趾板GP－5#～GP－11#孔达到检查要求后，通过人工配合反铲进行开挖，开挖边线距高喷轴线1 m，开挖深度为5 m，开挖轴线长度为8 m，待开挖深度和轴线长度满足要求后，采用人工对墙体进行清洗，以保证墙体不被破坏并利于观察。

根据墙体上部开挖情况看(图1)，高喷墙体完全搭接形成了一道板式防渗墙，连续性和整体性良好。在漂石及卵石块周围均有明显的水泥胶结体，无架空和裂隙存在。墙体最小厚度为0.6 m，最大厚度达2 m，其中有效搭接厚度为1.3 m左右，浆液渗透凝结范围较广。

图1 成墙效果图

4.2 钻孔注水检查

高喷灌浆检查孔位于尾水渠趾板GP－8#～GP－9#之间的墙体搭接位置，采用XY－2型地质钻机清水钻进，孔径89 mm，孔深13 m，除去2 m厚回填黏土覆盖层，深入墙体11 m。在检查孔完成后，向套管中下入φ40PVC花管，采用棉布和黏土止水，止水长度为1 m，试验段长度为10 m。在进行常水头注水试验时，向孔内注入清水，使PVC管中水位至孔口并保持固定不变，用量桶量测注入流量，每5 min量测一次注入量，共量测10次，并按表3进行记录。

因钻孔检查段位于地下水位以下，则防渗墙渗透系数为:

式中 K为试验防渗墙的渗透系数，cm/s;Q为注入流量，L/min;H为试验水头，cm;等于试验水头与地下水位之差;A为形状系数，cm;A=＞8，l为试验段长度，cm;r为试验段钻孔半径，cm;m=。由于防渗墙性质差别并不大，则其水平与垂直渗透系数相等，即=Kh=Kv，m=1。

通过绘制Q－t流量曲线并进行观察，当注水时间达到40 min后，流量Q趋于稳定，根据《水利水电工程钻孔注水试验规程》SL345－2007规定，取最后一次注水流量Q=0.122 l作为计算值，则:

根据以上计算得出防渗墙渗透系数为K=7.9 ×10－6cm/s，完全满足《水电水利高压喷射灌浆技术规范》DL/T5200－2004中卵砾石层的高喷墙体渗透性能指标要求，取得了良好的防渗效果。

表3 钻孔常水头注水试验记录表

5 结语

毛滩水电站基础防渗高压喷射灌浆工程地质条件复杂，造孔难度大，喷射不返浆。在工程施工前，仔细分析了地层情况，严格按要求进行现场试验并考虑工程的综合效益，慎重选取了高喷施工方案，确保了工程安全。同时，通过改进造孔工艺，选取合理的喷射参数和措施，使高压喷射灌浆在强透水沙卵砾石层中取得了较好的效果，不仅加快了施工进度，节约了工程成本，而且验证了高喷灌浆具有更广泛的地层适应性。

［1］ 李相然，贺可强.高压喷射注浆技术与应用［M］.北京:中国建材工业出版社，2007.

［2］ 水电水利高压喷射灌浆技术规范，DL/T5200－2004［S］;

［3］ 水利水电工程钻孔注水试验规程，SL345－2007［S］.