高压旋喷灌浆技术在九甸峡工程中的应用

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1、高压旋喷灌浆防渗技术在工程中的应用前言：近年来，高压喷射注浆技术作为一个日趋成熟的地基基础处理方法，已被广泛的应用于砂、 土质地层的河道、堤坝、工业民用建筑基础防渗和地基加固中。但在砂砾石地层的应用因其成 孔困难、成墙效果不理想等原因，并未被广泛采用。本文通过九甸峡水电站厂房工程对高压旋 喷防渗墙技术的成功利用，总结一些经验请广大读者予以指正。1、高压旋喷注浆技术简介1.1 术语高压喷射注浆法(High Pressure Jet Grouting)在1968年创始于日本。70年代 初我国铁路、煤炭、水电等系统相继引进并开始研究这项技术。 80 年代以来，其他国家 也开始大规模采用这项技术。我国

2、水利系统于1980年首先将此技术应用于山东白浪河土 坝工程。根据喷嘴的喷射范围，高压喷射注浆分为旋喷、摆喷和定喷，其形成凝结体形 状分别为柱形、亚铃形和薄板形。1.2 适用范围高压喷射注浆法防渗和加固技术主要适用于砂类土、黏性土、黄土、和淤泥等到软 弱土层。对粒径过大颗粒含量较多的砾卵石地层防渗处理一般采用混凝土防渗墙及帷幕 灌浆技术，但这两种技术施工工期长、造价高。高压喷射注浆技术在砂砾石地层中的应 用，因其很难达到预期效果，目前仍处于研究探索阶段。1.3 加固机理高压喷射注浆是利用钻机成孔后，由高压喷射注浆台车(简称高喷台车)把前端带 有喷嘴的注浆管置入土层预定深度后，以3040Mpa压力

3、把浆液或水从喷嘴中喷射出来， 形成喷射流切割破坏土层。剥离下来的颗粒与水泥浆按一定的比例和质量大小，有规律 地重新排列，浆液凝固后，便在土层中形成一个固结体。因从喷嘴中喷射出来的浆液或水能量很大，能够置换部分碎石土颗粒，使浆液进入 碎石土中，从而起到加固地基和防渗的作用。1.4 高压喷射注浆方法目前，高压喷射注浆施工方法有单管法、双管法、三管法三种。根据喷管断面。三 管法分同轴三管法和并列三管法。2、高压旋喷应用于砂砾石层中的意义砂砾石层主要由细砂及砂卵石等粗颗粒组成，其透水性较强，透水率较大，对于该 类型地层防渗，一般采用帷幕灌浆处理，但帷幕灌浆施工速度慢，投资大，防渗效果并不 十分明显。采

4、用高压旋喷灌浆进行防渗处理可达到帷幕灌浆处理所达不到的效果。但高压 喷射灌浆存在其不可回避的弊端，一是砂砾石地层成孔过程中的塌孔问题，二是地层中的 孤石能否有效被水泥浆包裹问题。甘肃省九甸峡水电站厂房基础沿河侧围堰下部的地层主要为分布为不均匀的砂砾石层，含有漂石、孤石，需进行防渗处理的深度为30m。为了保证防渗效果，控制设计投 资及进度，项目部进行了帷幕灌浆、现浇混凝土防渗墙、高压旋喷防渗墙等技术方案的经 济、技术评价，最终确定采取高压旋喷防渗墙防渗处理方案。为了解决高压旋喷防渗墙处理方案在砂砾石层中的可施工性，达到理想的防渗效 果，项目部在常规施工方法的基础上采取了有效改进措施。针对砂砾石地

5、层成孔难、易塌孔、钻进速度慢等技术难题，采取了大扭矩风动回转 式冲钻跟管钻进。钻孔达到设计深度后，将钻杆提出，在护壁跟管内下设小于跟管口径的 PVC 管取代跟管。 PVC 护壁管下至孔底后，再用液压拔管器分节拔出钢质护壁跟管。这种 在钻孔过程中，钢套管跟进，成孔后下设 PVC 管护壁的钻孔方法与传统泥浆、水泥浆护壁 钻孔方法相比，具有成孔快、不塌孔、工艺简单等优点。针对注浆过程中的孤石能否有效被水泥浆包裹及水泥浆与砂砾石充分搅拌问题，在 注浆施工方法上选用高压水孔内切割，风动搅拌，水泥固结的三管法。在参数选择大水压， 加大高压水对地层冲击、切割力度；在遇有孤石时，采取在孤石上、下 50cm 加

6、大喷嘴旋 转速度、慢速提升的办法，充分将孤石用水泥浆包住，从而使固结后的柱体达到连续完整 的目的。3、高压旋喷技术在九甸峡水电站厂房围堰防渗工程上的应用3.1 工程概述 九甸峡水利枢纽位于甘肃省卓泥县境内，电站厂址位于洮河右岸桥道堡沟口南侧洪 积扇上，为地面式厂房，总装机容量300MW。发电厂房工程临时围堰位于尾水区，长120m, 与洮河紧紧相邻，其下部地层主要为冲积砂砾石层，渗透系数较高。为确保厂房基础施工 安全，必须对下部地层采取防渗措施。经技术、经济分析评价后确定采用高压旋喷防渗墙 防渗措施，工艺采用“同轴三管法”。3.2 施工工艺3.2.1 高压旋喷施工参数选择 围堰防渗墙施工前期，首

7、先进行了试验孔施工，并进行了钻孔取芯、注水试验和开 挖检查。其注水试验计算K值均WnX10-6cm/s，芯体抗压强度平均R28为2.26Mpa，满 足设计提出的技术指标要求。从开挖检查看，旋喷墙最小厚度0.8m,最大部位墙厚1.10m，墙体规则平整，成墙连续。根据试验资料，施工时最终选择参数为：孔 距： 1.0m水压：240Mpa气压：三0.6Mpa浆 压：三0.40.7Mpa注浆率：270L/min提升速度： 68cm/min旋转速度： 810r/min浆液密度：21.65g/cm3浆液灰水比: 0.8:13.2.2 高压旋喷防渗墙施工方法高压旋喷防渗墙钻孔注浆分两序施工，先施工I序孔，后施

8、工II序孔，相邻孔施工 间隔时间不少于 24 小时。注浆采用同轴三管法高压旋喷灌浆。同轴三管法即以浆、气、 水三种介质同时作用于地层，使浆液与地层颗粒成份混合、搅拌、置换、充填渗透形成 固结体。施工程序为：场地平整压实一造孔(套管跟进)一下PVC管护壁一拔套管一高喷台 车就位f试喷f下喷具f喷灌f封孔f高喷台车移位。(1)造孔：九甸峡水利枢纽发电厂房工程围堰高喷成孔共有 2 种方式。一是采用YGJ-80风动回转钻机配偏心式冲击器冲击跟管钻进；二是采用QLCN-120履带式多功能岩 土钻机跟管钻进。钻孔直径均为屮140mm,造孔效率可达6.0m/h。钻机就位后，用水平尺 校正机身，使钻杆轴线垂直

9、对准钻孔中心位置，孔位偏差不大于 5cm。： 4 :： :钢套管钻杆冲击器夕偏心钻头YGJ-8 0风动回转钻机钢套管冲击器偏心钻头钻机造孔示意图kMI%纟MIMIr /y自行式钻机1口 1护壁：造孔结束，将钻杆提出，下设底端透水无纺布包扎屮120PVC护壁管，进 行成孔护壁，护壁套管接头用塑料密封带连接。护壁套管下至孔底后，采用 YGB 液压拔管 机将套管分节拔出。(3) 喷具组装及检查：喷具由水、气、浆三管并列组成,采用专用螺栓连接,自下而上由喷头、喷管、旋喷三叉管组成 ,连接处用尼龙垫密封。喷具组装后试运行水、气、.V.VrV护壁J 管厂;管接头胶带缠裹跟管成孔护壁管安装示意图I 拔管机拔

10、管示意图浆管的畅通和承压情况，当水压达到设计压力的1.5倍时,管路无泄漏后再试喷15min后结 束检查。(4)试喷检查结束后,使喷嘴喷射方向与高喷轴线一致,并设置好旋喷转速下入喷具 至设计孔深。为防止在下喷具过程中因意外而堵塞喷嘴, 可送入低压水、气、浆并开始喷 浆。在初始喷浆时只喷转不提，静喷35min,待孔口返浆浓度接近1.3g/cm3时,按参数要 求的提升速度和旋转速度自下而上喷射灌浆到设计高程。喷射浆液为灰水比0.8 : 1的纯 水泥浆。三管法施工示意图高压水泵水泥浆泵4、特殊情况处理4.1 漏浆处理九甸峡厂房围堰高喷灌浆防渗墙的施工中，有部分孔发生了漏浆现象，说明围堰基础存在一定的集

11、中渗流区，对厂房基坑的施工安全十分不利。因此在发生漏浆时，视严重程 度采取了停止提升或放慢提升速度的办法，让漏浆地层充分灌满水泥浆，从而达到充分固 结的目的。4.2 孤石处理九甸峡厂房围堰基础以砂砾石为主，存在有个别大的孤石。在高压旋喷过程中，根据 钻孔记录，在喷至孤石深度时，采取上、下 50cm 加大旋转速度、放慢提升速度的办法， 充分将孤石用水泥浆包住，从而使柱体连续完整。4.3 事故停喷在高喷过程中发生停电、停喷事故，均采取重新扫孔、复喷的办法，扫孔底至停喷段以下1.2m，解决因停喷造成的柱体连续性问题。5、资源投入5.1 人力资源的配置施工现场根据实际情况配备专业技术人员2人，专业技师

12、1人，熟练工12名，普工25 名。5.2 施工设备配置情况序号名称规格型号数量备注1回转钻机YGJ-8032履带式钻机QLCN-12013注浆泵2SNS200/1024泥浆泵HB-8 / 1035高喷台车JT150016制浆机NJ-60027高压水泵HSZ- II28空压机VHP75039污水泵AS30-2CB210电焊机BX3-500-2111拔管机YBG112泥浆搅拌机WJG-80113潜水泵26、成果分析九甸峡水电站厂房工程围堰高压旋喷防渗墙施工段长120m，成墙3500m2。注入浆量 1.99X 106L，耗用水泥14621,平均耗浆量570L/m，单项工程投资228万元。根据高压旋 喷处理完成后基坑开挖渗水量判断，高喷防渗效果较好，达到了预期的目的。结束语：九甸峡发电厂房围堰高压旋喷防渗墙施工过程中，针对砂砾石地层选择合理的造孔 护壁方式，加快了施工进度，缩短了工期。高压旋喷注浆施工确定合理的孔距和高喷参数 为保证施工质量、减少工程投资提供了有效保证。本工程作为一次尝试，为以后在同类地 层的防渗处理积累了一些可靠经验。