中国水利水电第六工程局有限公司辽宁沈阳110179
摘要：赤几吉布洛上游调蓄水库工程左、右岸粘土心墙坝段工程采用顶部土层高压旋喷灌浆形成旋喷桩和底部岩石帷幕灌浆形成防渗墙的防渗体系。由于灌浆主要位于粘土心墙处，并且当地的气候条件为旱雨季交替（每3个月交替一次），高压旋喷灌浆与帷幕灌浆工序叠加侵占直线工期的条件下施工难度极大。施工单位通过采取了适当的技术和管理措施，最终圆满完成了施工任务。本文着重介绍该防渗体系的施工难点、孔斜纠偏措施、旋喷灌浆桩体宜破坏保护技术、旱雨季交替保证工期的措施以及取得的效果。
关键词：高压旋喷灌浆帷幕灌浆土石坝应用
1概述
赤几吉布洛上游调蓄水库工程首部枢纽布置由混凝土排漂坝段、混凝土表孔泄洪坝段、混凝土底孔泄洪坝段、右岸门库、左右岸连接坝段和两岸粘土心墙坝段组成。其中左、右岸粘土心墙坝段布置在混凝土重力坝两侧，作为岸坡的连接坝段。土石坝段防渗体为粘土心墙，心墙轴线位于坝轴线上游1.75m，心墙底部厚度最大21.5m。心墙顶高程628.00m。粘土心墙底部基岩采用帷幕灌浆形成防渗墙、顶部回填土中的高压旋喷桩形成的旋喷墙以及桩顶的混凝土防渗墙组成的防渗体系。
2防渗体系组成
左、右岸粘土心墙坝段根据前期的物探资料岩石风化一般，节理裂隙德等构造部发育，岩石透水性较差，左右岸岩质基础帷幕灌浆采用单排孔，孔距2.0m，孔深入相对隔水层（q≤5lu线）深度不小于1.0m，采用普通水泥灌浆；岩石上部回填粘土心墙部位采用高压旋喷灌浆，高压旋喷桩通过现场的生产性试验成桩直径80cm，拟定间距60cm，桩底高程按基岩下1.0m确定，桩顶高程为高于心墙在轴线处的开挖高程0.5m；在高压旋喷桩顶部根据开挖地形的情况，增设1m～3m的混凝土防渗墙。
2.1旋喷墙施工简介
高压喷射灌浆技术自20世纪70年代引进我国，后逐渐在各行业建筑领域推广，普遍应用于建筑物的地基加固。高喷灌浆在水电行业中除应用于地基加固外，更广泛地应用于水工建筑物的防渗过程中；多年来，经过水电水利行业的广大工程技术人员的努力，在各种规模的水工建筑物中，在复杂多样的地质条件下建成了大量的高喷灌浆防渗墙。
本工程根据设计勘探确定采用三管法喷射施工。三管法是使用能输送水、气、浆的三个通道的喷射管，从内喷嘴中喷射出压力为30～40MPa或更高的超高压水流，水流周围环绕着从外喷嘴中喷射出的圆管状气流，同轴喷射的水流与气流冲击破坏土体。由泥浆泵灌注较低压力的水泥浆液进行充填置换。这种方法的水压力一般很高，在高压水射流和压缩空气的共同作用下，喷射流破坏土体的有效射程显著增大。喷嘴边旋转喷射边提升，在地基中形成较大的负压区，携带同时压入的浆液进入被破坏的地层进行混合、充填，在地基中形成直径较大、强度较高的旋喷桩凝结体，起到防渗或加固地基的作用。
三管喷射装置如图所示，是由三管水龙头、高压喷射管及喷头组成。三管高压水龙头是由外壳与芯管两部分组成。外壳上有活接头，用软管与高压水泵、空气压缩机、泥浆泵连接。
2.2帷幕灌浆简介
帷幕灌浆是用浆液灌入岩体或者土层的裂隙、孔隙，形成防水幕，建造防渗帷幕的工程。帷幕顶部与高压旋喷桩连接，底部深入相对不透水岩层一定深度，以阻止或减少地基中地下水的渗透。本工程帷幕灌浆采用单排孔灌浆，其中左岸帷幕灌浆穿插在土坝填筑和高压旋喷灌浆之中进行。
3施工质量控制难点
3.1地层中土质较为密实，旋喷桩的成桩直径小，对孔斜的要求较高，另外地层内部存在较大孤石增大了孔斜控制难度，同时造成施工进度缓慢。
3.2本工程底层复杂，底部存在黄土层与粉土层，个别部位存在孤石、风化砂等不均匀材料，对旋喷桩的成桩造成较大影响。
3.3根据现场实际情况，确定先进行高压旋喷灌浆后在进行帷幕灌浆，要求帷幕灌浆孔穿过旋喷墙，对旋喷墙体的破坏较大及对帷幕灌浆孔斜要求较高，施工难度较大。
3.4按照设计图纸要求，粘土基础开挖完成后需进行顶部的高压旋喷灌浆及帷幕灌浆施工，灌浆完成的总工期约3个月，而此时正值旱季。若按正常施工程序直接影响工期6个月。
4施工中采取的措施
4.1钻孔施工
将使用的钻机安置在设计孔位上，使钻杆对准孔位中心，孔位偏差不大于5cm。钻机就位后，用水平尺校正机身，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，钻杆的垂直度偏差不得大于0.5%，以确保钻孔达到设计要求的垂直度。
由于施工程序的改变，先进行心墙黄土的填筑施工，对于底部的帷幕灌浆的钻孔要求较高。旋喷灌浆形成的旋喷墙作为主要的防渗体，帷幕灌浆钻孔穿过旋喷墙形成整体的防渗帷幕，考虑到旋喷墙的强度及钻孔时可能对旋喷墙造成破坏，在帷幕灌浆造孔时采用XY-2PC型地质钻机严格控制钻进速度，钻进深度至入岩1m处，再在孔内预埋钢管，保证旋喷墙不被破坏及钻孔的孔斜施工质量。
基岩内的帷幕灌浆采用JK590钻机进行钻孔施工，在预埋钢管满足要求的情况下，加快了钻孔的推进速度，孔斜的整体施工质量也得以保证。
4.2喷射施工
高压旋喷灌浆施工时，喷射管下到设计深度后，开始时先送高压水，再送水泥浆和压缩空气（在一般情况下，压缩空气可迟送30s）。之后原地静喷1～3min，待达到预定的喷射压力和喷浆量，且孔口冒出浆液后，再按预先定好的提升、旋转速度，自下而上进行喷射作业，直到设计高度停止送水、气、浆，提出喷射管。
根据现场的实际钻孔记录，对于地层中结构复杂的部位，采用调整喷射管的提升速度，在地层中存在孤石、较大块体等结构时，延缓喷射管的提升速度，保证浆液置换的充分。
4.3施工程序的调整
左岸粘土心墙坝段明渠段（剩余未进行高压旋喷灌浆部位），根据设计图纸要求，二期截流后需进行钢筋石笼的开挖、高压旋喷灌浆、帷幕灌浆、防渗墙等施工。由于各个施工工序必须顺延进行，占用大量直接工期。另二期导截流定于旱季施工，上述工序施工完成后已进入雨季，不能进行土石坝填筑施工。为保证施工工期、施工质量，取消顶部混凝土防渗墙采用高压旋喷桩代替，在回填、碾压后的粘土区域进行高压旋喷灌浆及帷幕灌浆。具体处理方案如下：
4.3.1导流明渠坝体范围应清除干净钢筋石笼、腐殖土、树根、杂物、砂层等，至原状土层，同时根据实际情况，若基础满足粘土心墙建基面要求，可进行坝体回填施工；若基础不满足粘土心墙建基面要求，应继续下挖，直至原设计高程，然后进行坝体回填施工。坝体建基面要求由设计工程师现场确认。
4.3.2明渠坝基范围开挖完成后，立即进行坝体的粘土、反滤、过渡、堆石等料的回填施工，待雨季来临前填筑一定高度（填筑顶高程不低于原设计混凝土防渗墙顶以上两米）形成平台，用于该范围高压旋喷灌浆、帷幕灌浆施工。旋喷灌浆范围为原设计灌浆底高程至原设计混凝土防渗墙顶部。灌浆完毕，若旋喷墙顶部至灌浆平台顶面距离少于1m，清除掉灌浆平台以下1.0m范围旋喷墙体，采用心墙粘土料回填密实；若旋喷墙顶部至灌浆平台顶面距离大于1m，旋喷灌浆顶部以上的钻孔采用水泥浆回填密实，同时清除灌浆平台受扰动和污染的粘土，采用心墙粘土料填筑碾压密实。
4.3.3施工平台形成后，先进行底部的高压旋喷灌浆，再进行帷幕灌浆。施工过程必须严格控制孔斜，以形成连续封闭的防渗墙体，严禁错孔。其余标准见相关技术要求。
5施工成果
5.1质量检查依据
根据相关设计、规范及文件的要求，质量检查以进行取芯抗压强度试验和压水试验为检查手段。根据《DL/T5200-2004高压喷射砼技术规范》中相关规定，单排孔高喷墙在不同地层中的渗透性能和抗压强度一般按下表要求。
5.4检查结果
5.4.1通过从检查孔的取芯看，所有检查孔都能形成混凝土的柱状岩芯（即混凝土防渗墙）。墙体实测试验渗透系数范围：3.53×10-6～3.64×10-7cm/s；墙体实测抗压强度均值范围：1.68～9.9Mpa；根据《DL/T5200-2004高压喷射砼技术规范》中相关规定表明，墙体压水试验渗透参数满足规范要求，取芯室内试验抗压强度满足规范要求。
5.4.2综合试件抗压强度与土层关系分析和检查孔压水试验的相关数据，我们可以得到，在不一样的土层中水泥浆液与其相互混合在一起所产出的水泥结石强度值是不同的；结合相关试件的内部检查可以发现，在黄土层试件中内部水泥浆的含量要高于粉土层试件，且其质量也要大于相同孔内粉土层试件；主要由于粉土层试件中内部还有不能被水气分解的土块和土疙瘩，造成松动小孔洞，内部水泥浆液含量少；而黄土层内部水泥浆液含量大，可以从内部观察到水泥结石，试件内部密实，无松动土块，所以试件抗压强度高。
6结束语
项目部针对施工难点，在以往经验的基础上，采取了一系列行之有效的措施，并加强施工管理，及时调整施工方案及施工工艺，是整个施工过程完全处于受控状态，最终圆满完成施工任务，质量满足设计要求，同时使坝基防渗技术又上了一个新台阶。
防渗墙和帷幕灌浆作为防渗系统中的重要隐蔽工程，施工过程严格按照规范要求进行，应对施工过程中出现的问题及时处理。实践证明，高压旋喷桩防渗墙和帷幕灌浆二者结合的防渗系统能有效解决土坝防渗问题，高压旋喷灌浆防渗墙且具有施工速度快，工程造价低，防渗效果好，可靠性高等特点，是水库大坝防渗加固较好的措施。此外高压旋喷技术在主体工程施工中是一次比较成功的因地制宜的施工典范，因此在施工过程中，在满足技术条件的情况下因地而宜，寻求更加适合的施工方法，是提高经济效益的重要战略。