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摘要：小浪底高壓旋噴灌漿工程選用國際上先進的施工設備和施工工藝，通過現場試驗確定施工參數，在先進施工設備的保證下，通過控制施工工藝來保證施工質量．在小浪底工程中，用高壓旋噴灌漿技術構筑上游圍堰防滲墻、對左岸河床心墻區砂卵石地基加固、進行主壩混凝土防滲墻“老虎嘴”封堵和原1號槽孔修補，均取得了很好效果．

關鍵詞：高壓旋噴灌漿；圍井試驗；防滲墻；地基加固；地下工程補救；小浪底水利樞紐工程

高壓旋噴灌漿技術是使漿液在很高的壓力下通過注漿管，從噴嘴高壓射出，注入地基，在射流的沖擊、切削、攪拌作用下，漿液與原地基混為一體，對地基產生擠壓、滲透作用，使旋噴樁及其周圍土體的密實度和承載能力得到提高．其主要應用有：①構筑防滲墻體；②加固地基，提高地基承載力；③用于地下構筑物的修補．

經過近年來的不斷開發和應用，高壓旋噴灌漿技術在各個方面都得到很快發展，應用領域不斷擴大，適應地層由開始限于中細砂、壤土、淤泥等細顆粒地層，逐漸擴大到包括強透水的砂卵石、卵漂石和堆石渣層、球狀體層等在內的整個第四系覆蓋層，施工設備、施工工藝不斷更新，漿液壓力、流量不斷增大，提升速度逐漸加快，噴漿設備更趨向于高壓力、大流量的二重管、三重管．二重管法是在壓縮空氣保護下，高壓漿液直接噴射到地層中；三重管法是在壓縮空氣保護下，由高壓水開路，同時注入低壓漿液進行旋噴．由于高壓旋噴灌漿技術對地基防滲與加固處理具有不需明挖、施工場地小等特點，因此，目前仍處在迅猛發展階段．

1旋噴灌漿設備

小浪底高壓旋噴灌漿工程由意大利仕紀公司分包施工，主要設備包括高壓旋噴機、履帶自行式鉆機和供漿設備等．

履帶自行式高壓旋噴機型號為SIRIO2SC，本身具有一定的鉆進功能，機架高46m．旋噴鉆桿為雙重管，內徑30mm，為高壓漿液通道，外徑90mm，內、外

徑之間有12個小孔為壓縮空氣通道．每節長3m，裝卸方便，密封性好．旋噴機配有鉆灌參數自動記錄儀，型號為LUT2CL88，全過程自動記錄孔深、漿壓、氣壓、轉速、提升速度等參數，同時顯示于熒光屏上，便于參數的監測和隨時調整．履帶自行式鉆機為Casagrande鉆機C8型，自行定位，操作方便，性能穩定，帶有偏心鉆頭，可跟管鉆進，對地層適應性強．攪拌機有2臺，分別用于攪拌膨潤土漿液和水泥漿液，攪拌能力分別為12m3／h和24m3／h．2臺高壓泵型號分別為HT400和7T－450．7T－450型高壓泵最大輸漿壓力可達100MPa，最大輸出流量可達453L／min，高壓泵通過高壓管路與旋噴機連接．

2現場圍井試驗

2．1試驗布置及參數

圍井試驗的目的是選定合適的施工參數和漿液配比及驗證防滲墻滲透系數．試驗區位于旋噴灌漿防滲墻軸線下游側5m的一塊平整場地上，與旋噴灌漿防滲墻地層一致，上部0～12m為砂卵石填筑層，下部12～32m為原河床覆蓋層．圍井由25個旋噴樁組成，其中16個間距1m、深32m的樁組成一個正方形圍井，中間有9個同樣深度的旋噴樁封底，即僅對這9個樁底部2m進行旋噴．其布置如圖1所示．

根據工程類比和室內試驗，采用了摻加5％（水泥用量）膨潤土的穩定漿液，其水、水泥與膨潤土的配比為850∶450∶22，密度1．35g／cm3，馬氏粘度35～40s．施工參數：旋噴漿液壓力大于40MPa，空氣壓力為1．5MPa；2個噴嘴，直徑為3mm，轉速12r／min，漿液流量225L／min；提升速度：Ⅰ，Ⅱ序孔原地層為17cm／min，回填料區為26cm／min，Ⅲ序孔均為26cm／min

2．2滲透試驗

2．2．1試驗方法

根據有關手冊①的規定，試驗方法分為定水頭法和變水頭法．定水頭法是指由套管隔離出試驗段，維持孔內水位不變，待流量穩定后，讀取時間和流量，按公式（1）計算滲透系數；變水頭法只能在圍井內使用，待圍井內注水達到飽和后，停止注水，記錄水位下降過程，按公式（2）計算滲透系數．

式中∶K為滲透系數，m／s；q為穩定滲透流量，m3／s；F為影響參數；Hc為穩定水頭，m；A為所測斷面面積，m2；L為所測段長，m；D為所測斷面直徑，m；T1，T2為時間，s；H1，H2為在時間T1，T2時的水頭，m．

2．2．2試驗結果

圍井旋噴樁完成后，在圍井內做了8次滲透試驗，其中6次是定水頭試驗，一次是變水頭試驗，一次是開挖后井內注水試驗；圍井外共做3次，試驗全部為定水頭試驗，其中有一次未成功．

圍井外測得2組滲透系數平均值為2．805×10－3cm／s，此數值與地質部門提供的滲透性為36～200m／d（相當于4．16×10－2～2．3×10－3cm／s）一致，說明這種方法是合適的．圍井內定水頭滲透試驗結果最大值為1．41×10－5cm／s，最小值為1．17×10－6cm／s，平均值為9．62×10－6cm／s，變水頭試驗結果為3．705×10－6cm／s，圍井內注水法測得的結果為5．925×10－7cm／s．即滲透系數比原地層降低了三個數量級．

2．2．3開挖檢查

在滲透試驗結束后，對圍井內部和外部的一側進行開挖檢查，開挖深度內部為6．8m，外部為5．7m，露出了4．2m高的墻體（上部1．5m沒有旋噴）．從外觀看，墻體連續性、膠結性都較好．經實測，最大樁徑為2．56m，最小樁徑為1．36m，平均樁徑為1．84m，墻體搭接處最小厚度為0．88m．

3應用實例

3．1上游圍堰旋噴灌漿防滲墻施工

上游圍堰旋噴灌漿防滲墻作為枯水圍堰的主要防滲措施，并作為大壩的一部分起永久防滲作用，河床覆蓋層屬第四紀河床沖積物，級配不良，中小粒徑偏少，局部地段有較大粒徑卵石．設計單排樁防滲，樁距1．0m，膠結強度R28＝1．5～2．2MPa，滲透系數小于等于10－6cm／s．防滲墻軸線長400m，孔底入基巖至少0．5m，最大孔深51．0m，共計旋噴樁408個，鉆孔總進尺11500m，噴漿10074m，成墻面積9897m2．

3．1．1施工參數

在施工中，通過調整提升速度控制樁徑來保證墻體的連接，提升速度介于15～26．7cm／min，根據孔序、孔深和孔斜情況調整參數，見表1（表中δ為偏斜率）．

3．1．2施工質量控制及效果

旋噴防滲墻體需深入基巖0．5m以上，保證墻體與基巖的連接．施工時分Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ序孔，按逐序加密的原則施工，將Ⅰ序孔作為勘探孔，每個孔必須作基巖鑒定，對于Ⅱ，Ⅲ序孔根據Ⅰ序孔確定的基巖面確定孔深，但終孔時也需取樣鑒定．鉆孔偏斜率控制標準為小于1％．鉆孔完成后即進行測斜，盡快提交資料．工程師根據孔序、孔深和孔斜情況按表1中的數據調整提升速度，對于偏斜率大于1％的孔，采用降低提升速度來增加樁徑或增加附加樁的方法解決．

旋噴灌漿防滲墻的施工，減少了基坑滲水量，降低了大壩心墻區施工難度，說明防滲墻有較好的連續性和防滲性．

3．2左岸河床地基加固

在主壩左岸坡腳處，橫貫心墻區有一近似垂直長約140m的巖坎直插入河床，相鄰覆蓋層屬第四系河流沖積物形成的砂卵石層，粒徑最大140mm，礫石成分以硅質、鈣質為主，并夾有厚約6m的粉細砂層，局部還有類似坡積物塊石地層出現．此區域覆蓋層沉積條件較差，密度低，不能滿足心墻區的承載要求．經過多種方案比較，采用高壓旋噴灌漿對此區域基礎進行加固．帷幕防滲軸線上、下游兩側邊坡陡直，布置旋噴樁間距為1．5m×1．5m，其他區域樁間距為2．5m×2．5m，并按1∶1的坡度降低旋噴樁高程，最小旋噴樁高度為5m，形成坡角為45°的地基加固區．

為檢測旋噴加固地基的效果，由黃河水利委員會勘測設計院物探總隊采用“附加質量法”及彈性波速法，對地基物理力學參數進行原位測試．在旋噴地基加固區均勻布置檢測點位12處，其中4號、5號、6號和9號點布置于旋噴樁樁位處，其余各點均布置于4個旋噴樁的中心處．1號至5號點位分別作了噴漿前后兩次檢測，其余各點僅作噴漿后一次檢測．檢測結果表明：在噴漿前各點位的物性參數相近，地基承載力在342～359kPa之間，平均值在347．6kPa；原位密度在2．246～2．292g／cm3之間，平均值為2．256g／cm3；在旋噴灌漿加固后，樁間和樁位上各點物性參數均有不同程度的提高．對于樁位點，地基承載力平均值為3052kPa，比加固前提高7．77倍；原位密度平均值為2．456g／cm3，比加固前提高8．87％；對于樁間點，地基承載力平均值為933kPa，比加固前提高1．68倍；原位密度平均值為

2．365g／cm3，比加固前提高4．83％．

3．3地下工程的補救

3．3．1“老虎嘴”處理

在混凝土防滲墻軸線靠近左岸處有一垂直高約20m凹向岸坡約6m的反坡，俗稱“老虎嘴”，如全部挖除突出的巖石（約80m2，承包商所提雙輪銑工作效率為0．04m2／h），需要長時間開挖且影響相鄰槽孔的施工，將使處于大壩關鍵線路上混凝土防滲墻的施工工期施后，且增加較多投資．經多方案比較，采用對突出巖石保持原狀基本不開挖，在防滲墻軸線及上、下游側增加3排旋噴灌漿樁，形成厚約3m的旋噴防滲墻，有效地堵住“老虎嘴”．在防滲墻底部帷幕灌漿完成后，對此段旋噴灌漿防滲墻打檢查孔壓水試驗，透水率滿足技術規范要求，表明此種方案是合適、有效的．

3．3．2防滲墻原1號槽修補

混凝土防滲墻分兩期施工，第一期原1號槽孔在澆筑混凝土過程中，比設計高程欠澆約11m，在處理原1號槽孔施工質量問題的過程中，多次發生塌孔，原地層已發生擾動．如果對混凝土的缺陷部位（寬2．8m、深約11m），采用支護邊坡明挖補澆混凝土，由于受地下水的影響，很可能發生塌方，給施工造成困難．受圍井試驗的啟發，在缺陷部位的周圍布置高壓旋噴樁，將缺陷部位包在旋噴樁中間．在旋噴灌漿施工完成后，對槽孔缺陷部位開挖至原防滲墻頂部高程，形成了一寬2．8m、厚1．2m、深約10m的槽孔，直接澆筑缺陷部位混凝土．采用這種處理方案，旋噴樁對地層起加固和防滲作用，且無地下水影響，大大降低了施工難度，加快了施工速度．

4結語

a．高壓旋噴灌漿在小浪底工程中應用于構筑防滲墻、地基加固、地下工程補救上都取得了較好的效果．旋噴灌漿工作需要的場地小，尤其是在工期緊、施工干擾大的情況下，顯示出旋噴灌漿工作不需開挖的優勢，大大降低了施工難度．

b．旋噴灌漿使用了先進的施工設備，旋噴機采用了雙重管法，使用大直徑的雙噴嘴，在壓縮空氣的保護下，漿液直接噴射到地層中，漿液壓力高、流量大，旋噴半徑大，使旋噴灌漿工作可在較大粒徑的地層中施工，同時采用較高的提升速度，加快了施工進度．

c．旋噴灌漿工作采用現場試驗來確定參數和工藝，以此作為施工控制的依據，在先進設備的保證下，加上嚴格的質量控制，確保了施工質量．此經驗對類似工程具有較高的指導意義