汾河清水复流项目高喷灌浆防渗墙围井试验

王 晖

（山西省汾河流域管理局，山西 太原 030006）

1 工程概况

汾河清水复流北赵联接段工程，位于山西省西南部的河津市和万荣县境内，距河津市区约20 km。本工程自禹门口一级站改扩建工程取水，向西范灌区、西范灌区东扩和北赵灌区供水，同时利用汾河河道输水，达到向汾河下游河道进行生态补水的目的。

输水线路：禹门口一级泵站扩建工程渠道末端—汾河西范—庙前段，西范—庙前段为本工程的清水复流段。本工程需新建长渠道19.18 km，利用现有黄委输沙渠2.53 km、新建沉沙条渠宽120 m、长6 948 m；利用汾河天然河道长20.31 km，线路总长42.02 km；渠道横断面为现浇混凝土弧底梯形，全断面铺复合土工膜防渗，其中渠首断面尺寸为渠深3.8 m，底弧半径5 m，边坡1∶1.5，渠堤采用土堤。

新建各类建筑物25 座，其中水闸5 座、渡槽1 座、倒虹1 座、公路桥17 座、汾河橡胶坝1 座。渠道建筑物共32 座，包括节制冲沙闸1 座、渡槽1 座、沉沙条渠分水闸1 座、渠道节制闸1 座、条渠末端渠道进水闸1 座、西范供水节制分水闸1 座、西范一级站供水倒虹1 座、公路（机耕）桥20 座、跌水2 座、涵洞2 座、汾河橡胶坝（含引水渠和进水闸）1 座。

2 高喷防渗墙灌浆施工

2.1 高喷灌浆施工准备

现场布置及技术准备。现场要实现“三通”，备料及机械进场并试运转，检测检验设备，做好废浆排放措施。根据选定的浆液比重，进行现场配合比试验。方案批准后，安排施工准备工作。围井试验主要施工设备和参数见表1。

表1 主要施工设备明细表

2.2 高喷灌浆施工流程

施工工艺流程：钻孔、灌浆、围井钻灌、质量检查、成果分析、整理。

单孔施工工艺流程：表面清理、作业层平整、测放孔位、机就位、整平、钻孔、台车就位调整、试喷、下设喷射管、水泥浆制备、喷浆、检查、回浆、充填封孔、移机。

2.3 高喷灌浆施工

测量定孔，要求保证每孔孔位误差不大于5 cm。

钻机造孔，造孔采用XY-2 型地质钻机，复合片钻头泥浆护壁回转钻进。施工时，要严格控制成孔垂直度，每钻进10 m 检测一次，孔底偏斜率不大于1%，确保防渗墙搭接可靠。

下设喷射管，高喷台车先进行试喷，喷射管按要求下到设计深度，误差不大于10 cm。

制浆，按配合比与程序制浆。水泥称量误差应小于5%；浆液须测定浆液密度，水泥浆浆液的配比与控制参数如表2。

表2 水泥浆浆液的配比与控制参数表

喷射灌浆，喷射管下至设计深度后，同时启动设备，调整各工艺参数要求，送入符合质量要求的水、气、浆，进行喷射。待孔口返浆后，且密度≥1.2 g/cm3，按试验拟定的提升、旋转速度，自下而上喷浆，至设计终喷高度，停喷并提出喷射管。及时冲洗干净管路，以防堵塞。

回灌封孔，喷射结束后，利用下一相邻灌浆孔内的返浆进行回灌封堵，直至孔内液面不下降为止。

弃浆排放，舍弃的浆液沿人工开挖的排浆沟，排放到坝下游的沉淀池，沉淀一段时间后将废浆用挖机挖出外运至弃料场。

3 高喷防渗墙试验

3.1 试验依据及目的

根据本工程招标文件和《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》DL/T 5200-2004（以下简称《规范》）要求，高喷灌浆施工前首先进行高喷灌浆试验。通过试验检测高喷墙体防渗指标，从而确定高喷灌浆各施工技术参数和施工工艺，以指导本工程正常施工。试验依据有施工设计图纸、施工合同文件、《规范》以及以往类似地质条件下的施工经验。

试验目的。为保证施工质量和试验的指导性，根据以往类似地质条件下的施工经验和《规范》要求，拟定本次试验采用三管法进行试验。通过试验确定主要技术参数，包括喷射管提升速度和旋转速度、水压力和水流量、气压力和气流量、进浆密度和回浆密度、进浆压力和进浆流量。

试验要求。按照设计标准达到的主要技术指标；验证按照拟定的施工参数能够满足设计标准的可行性；确定本工程高压喷射灌浆防渗墙采用的高喷施工工艺及相关参数，指导后续施工。

3.2 试验安排

3.2.1 试验区的选择与布置

试验段选择地质条件有代表性的区段，先形成一段连续的高喷防渗墙。然后在墙体中心线上游钻喷三个孔，布置围井进行注水试验。计划将试验区段布置在坝右侧，距坝轴线4.2 m。具体布置如图1。

图1 围井孔位布置图

高喷试验孔施工全部完成7 d 后，根据监理人指示，由施工单位实验室人员进行操作围井注水试验，业主、第三方实验室、设计和监理现场见证，测定计算渗透系数，检查是否符合设计要求，整理形成试验成果报告。

试验进度计划：2016 年10 月10 日～2016 年10月20 日，试验孔钻孔、灌浆、注水试验、成果分析。

3.2.2 试验成果报告

试验成果报告内容包括：概况、试验经过、试验成果及分析意见、施工中应采用的施工方法及工艺参数。

灌浆试验孔完成7 d 后进行围井注水试验。灌浆试验孔完成28 d 后钻孔取芯。检查孔，布置在灌浆轴线上的相邻两孔高喷凝结体的搭接处，自上而下分段钻孔、取芯和压水试验。渗透系数K 值计算，依据《规范》，K≤1.0×10-6cm/s。

4 质量控制

4.1 试验施工情况

4.1.1 试验地段的工程地质情况

2016 年10 月9 日，在防渗轴线右侧试验段探测地质情况，进行先导孔钻探。根据钻孔探测地质情况为353.2 m 高程以上部分为细砂层，高程353.2～352.2 m 泥土层（设计高喷底高程为352.7 m），地下水位高程在363.92 m 处（见水位观测记录表）。

4.1.2 试验施工方法及施工程序

围井试验主要参数表见表3。

围井试验施工：采用三管法进行，高喷灌浆试验采用围井形式，分为二序孔施工；喷射形式为摆喷对接；高喷灌浆孔Ⅰ序孔摆角60°，Ⅱ序孔旋喷，喷射轴线与防渗墙轴线夹角为60°。围井试验的孔深为14 m，范围为：高程362.7 m 以下10.3 m。

围井试验施工程序：选定试验段、先导孔施工、测量放样、钻孔、高喷台车就位、下设喷射管、制浆、水泥浆、高压水、压缩空气、高喷灌浆、提升、达到设计高程、回灌、高喷结束。

表3 高喷灌浆主要参数表

围井孔位平面布置见图2。计算墙体平均厚度为0.85 m。

图2 围井注水试验垂直剖面示意图

4.2 高喷灌浆围井试验方法

采用地质钻机在围井中心，钻直径108 mm 的孔进行注水试验，孔深14 m，先钻进4.5 m，然后旋喷提升0.5 m，对顶部进行封闭；继续钻进至围井底部，然后旋喷提升0.5 m 对底部进行封闭。在高程353.2～362.2 m 段下入过滤花管，高程353.2 m 至孔口为无缝钢管。注水试验前，连续向井内注水4～8 h，使井内的天然地层，呈饱和状态。围井注水方法采用固定水头，即将水位保持在孔口上，用量筒往孔口管内注水，以推算渗透系数。用量桶量测注水流量，开始每隔5 min量测一次，连续量测5 次；以后每隔20 min 量测一次，至少连续量测6 次。当连续的前后2 次注入流量差，不大于最后一次注入流量的10%时，试验即可结束，取最后一次注入流量作为计算值。

依据《规范》中，围井防渗墙渗透系数K值计算公式如下：

式中：K——渗透系数，m/d；

Q——稳定流量，m3/d；

t——喷墙平均厚度，m；

L——围井周边高喷墙轴线长度，m；

H——围井内试验水位至井底深度，m；

h0——地下水位至井底深度，m。

4.3 高喷围井试验检测结果

根据注水试验数据，可得围井参数为：Q=0.12 m3/d；t=0.85 m；h=13.5 m；L=9 m；h0=11 m。经计算，渗透系数K为0.43×10-6cm/s，小于1.0×10-6cm/s。符合《规范》要求，满足设计要求。

4.4 试验结论与建议

根据围井试验成果，高喷灌浆孔孔距选择1.5 m。

主要施工技术参数数据：高压水压力≥35 MPa；浆液流量≥70 L/min，密度≥1.51 g/cm3，压力≥0.3 MPa；气流量0.9～1.2 m3/min，气压力0.6～0.80 MPa；摆喷提升速度8 cm/min，摆角60°；旋喷提升速度8 cm/min。

5 结语

高喷灌浆除应用于地基加固外，更多地应用于水工建筑的地下防渗工程。高喷防渗墙技术在汾河清水复流北赵联接段中的成功应用，成功克服了施工场地狭小等不利因素，缩短了工期，节约投资，为同类工程提供了参考数据和成功范例。