小浪底高压旋喷灌浆技术及应用实例简述

摘要：小浪底高压旋喷灌浆工程选用国际上先进的施工设备和施工工艺，通过现场试验确定施工参数，在先进施工设备的保证下，通过控制施工工艺来保证施工质量.在小浪底工程中，用高压旋喷灌浆技术构筑上游围堰防渗墙、对左岸河床心墙区砂卵石地基加固、进行主坝混凝土防渗墙“老虎嘴”封堵和原1号槽孔修补，均取得了很好效果。

关键词：高压旋喷灌浆 围井试验 防渗墙 地基加固 地下工程补救 小浪底水利枢纽工程

高压旋喷灌浆技术是使浆液在很高的压力下通过注浆管，从喷嘴高压射出，注入地基，在射流的冲击、切削、搅拌作用下，浆液与原地基混为一体，对地基产生挤压、渗透作用，使旋喷桩及其周围土体的密实度和承载能力得到提高.其主要应用有：

①构筑防渗墙体;

②加固地基，提高地基承载力;

③用于地下构筑物的修补。

经过近年来的不断开发和应用，高压旋喷灌浆技术在各个方面都得到很快发展，应用领域不断扩大，适应地层由开始限于中细砂、壤土、淤泥等细颗粒地层，逐渐扩大到包括强透水的砂卵石、卵漂石和堆石渣层、球状体层等在内的整个第四系覆盖层，施工设备、施工工艺不断更新，浆液压力、流量不断增大，提升速度逐渐加快，喷浆设备更趋向于高压力、大流量的二重管、三重管.二重管法是在压缩空气保护下，高压浆液直接喷射到地层中;三重管法是在压缩空气保护下，由高压水开路，同时注入低压浆液进行旋喷.由于高压旋喷灌浆技术对地基防渗与加固处理具有不需明挖、施工场地小等特点，因此，目前仍处在迅猛发展阶段.

1　旋喷灌浆设备

小浪底高压旋喷灌浆工程由意大利仕纪公司分包施工，主要设备包括高压旋喷机、履带自行式钻机和供浆设备等.

履带自行式高压旋喷机型号为SIRIO2SC，本身具有一定的钻进功能，机架高46 m.旋喷钻杆为双重管，内径30 mm，为高压浆液通道，外径90 mm，内、外

径之间有12个小孔为压缩空气通道.每节长3 m，装卸方便，密封性好.旋喷机配有钻灌参数自动记录仪，型号为LUT2CL88，全过程自动记录孔深、浆压、气压、转速、提升速度等参数，同时显示于荧光屏上，便于参数的监测和随时调整.履带自行式钻机为Casagrande钻机C8型，自行定位，操作方便，性能稳定，带有偏心钻头，可跟管钻进，对地层适应性强.搅拌机有2台，分别用于搅拌膨润土浆液和水泥浆液，搅拌能力分别为12 m3/h和24 m3/h.2台高压泵型号分别为HT400和7T-450.7T-450型高压泵最大输浆压力可达100 MPa，最大输出流量可达453 L/min，高压泵通过高压管路与旋喷机连接.

2　现场围井试验

2.1　试验布置及参数

围井试验的目的是选定合适的施工参数和浆液配比及验证防渗墙渗透系数.试验区位于旋喷灌浆防渗墙轴线下游侧5 m的一块平整场地上，与旋喷灌浆防渗墙地层一致，上部0～12 m为砂卵石填筑层，下部12～32 m为原河床覆盖层.围井由25个旋喷桩组成，其中16个间距1 m、深32 m的桩组成一个正方形围井，中间有9个同样深度的旋喷桩封底，即仅对这9个桩底部2 m进行旋喷.其布置如图1所示.

根据工程类比和室内试验，采用了掺加5%(水泥用量)膨润土的稳定浆液，其水、水泥与膨润土的配比为850∶450∶22，密度1.35g/cm3，马氏粘度35～40s.施工参数：旋喷浆液压力大于40 MPa，空气压力为1.5 MPa;2个喷嘴，直径为3 mm，转速12r/min，浆液流量225 L/min;提升速度：Ⅰ，Ⅱ序孔原地层为17cm/min，回填料区为26 cm/min，Ⅲ序孔均为26cm/min

2.2　渗透试验

2.2.1　试验方法

根据有关手册①的规定，试验方法分为定水头法和变水头法.定水头法是指由套管隔离出试验段，维持孔内水位不变，待流量稳定后，读取时间和流量，按公式(1)计算渗透系数;变水头法只能在围井内使用，待围井内注水达到饱和后，停止注水，记录水位下降过程，按公式(2)计算渗透系数.

式中∶K为渗透系数，m/s;q为稳定渗透流量，m3/s;F为影响参数;Hc为稳定水头，m;A为所测断面面积，m2;L为所测段长，m;D为所测断面直径，m;T1，T2为时间，s;H1，H2为在时间T1，T2时的水头，m.

 2.2.2　试验结果

围井旋喷桩完成后，在围井内做了8次渗透试验，其中6次是定水头试验，一次是变水头试验，一次是开挖后井内注水试验;围井外共做3次，试验全部为定水头试验，其中有一次未成功.

围井外测得2组渗透系数平均值为2.805×10-3cm/s，此数值与地质部门提供的渗透性为36～200 m/d(相当于4.16×10-2～2.3×10-3 cm/s)一致，说明这种方法是合适的.围井内定水头渗透试验结果最大值为1.41×10-5 cm/s，最小值为1.17×10-6 cm/s，平均值为9.62×10-6 cm/s，变水头试验结果为3.705×10-6 cm/s，围井内注水法测得的结果为5.925×10-7 cm/s.即渗透系数比原地层降低了三个数量级.

2.2.3　开挖检查

在渗透试验结束后，对围井内部和外部的一侧进行开挖检查，开挖深度内部为6.8 m，外部为5.7 m，露出了4.2 m高的墙体(上部1.5 m没有旋喷).从外观看，墙体连续性、胶结性都较好.经实测，最大桩径为2.56 m，最小桩径为1.36 m，平均桩径为1.84 m，墙体搭接处最小厚度为0.88 m.

3　应用实例

3.1　上游围堰旋喷灌浆防渗墙施工

上游围堰旋喷灌浆防渗墙作为枯水围堰的主要防渗措施，并作为大坝的一部分起永久防渗作用，河床覆盖层属第四纪河床冲积物，级配不良，中小粒径偏少，局部地段有较大粒径卵石.设计单排桩防渗，桩距1.0 m，胶结强度R28=1.5～2.2 MPa，渗透系数小于等于10-6 cm/s.防渗墙轴线长400 m，孔底入基岩至少0.5 m，最大孔深51.0 m，共计旋喷桩408个，钻孔总进尺11500 m，喷浆10074 m，成墙面积9897 m2.

3.1.1　施工参数

在施工中，通过调整提升速度控制桩径来保证墙体的连接，提升速度介于15～26.7cm/min，根据孔序、孔深和孔斜情况调整参数，见表1(表中δ为偏斜率).

3.1.2　施工质量控制及效果

旋喷防渗墙体需深入基岩0.5 m以上，保证墙体与基岩的连接.施工时分Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ序孔，按逐序加密的原则施工，将Ⅰ序孔作为勘探孔，每个孔必须作基岩鉴定，对于Ⅱ，Ⅲ序孔根据Ⅰ序孔确定的基岩面确定孔深，但终孔时也需取样鉴定.钻孔偏斜率控制标准为小于1%.钻孔完成后即进行测斜，尽快提交资料.工程师根据孔序、孔深和孔斜情况按表1中的数据调整提升速度，对于偏斜率大于1%的孔，采用降低提升速度来增加桩径或增加附加桩的方法解决.

旋喷灌浆防渗墙的施工，减少了基坑渗水量，降低了大坝心墙区施工难度，说明防渗墙有较好的连续性和防渗性。