振孔高喷灌浆在波波娜水电站中的应用
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【摘要】波波娜水电站围堰闭气施工采用振孔高喷灌浆施工工艺，本文主要对振孔高喷施工工艺特进行简介，阐述主要施工参数、适用的地质条件，提出相应的质量控制措施。
【关键词】振孔高喷摆喷施工参数
中图分类号：TV74 文献标识码：A
1工艺介绍
1.1简介及概述
振孔高喷工艺及专用设备是用于地下连续墙施工的专利技术。是振动造孔技术与高压喷射灌浆技术的有机结合，实现钻喷一体化，是对常规高喷技术的重大变革，使质量、工效得以数倍的提高，主要进行防渗墙、挡土墙、承重墙等工程的施工，此工艺目前已广泛应用于水库、堤坝除险加固及水工建筑物基础处理工程。
主要特点：成墙质量好、施工效率高、破岩能力强，地层适应性强、工序简单。
适用地层：各类土层、砂层、及砂卵砾石层，各种复杂地层。
成墙深度：最大成墙深度25m。
成墙厚度：定喷5~15cm
摆喷10~50cm
旋喷40~150cm
工作效率：300m2/台﹒日左右。
成墙质量：抗压强度≥2MPa；渗透系数K≤i×10-6cm/s。
1.2工艺原理
振孔高喷工艺是利用大功率振动器将设有合金喷嘴钻头的高喷管（也称振管）直接振入地层至设计深度（使造孔和下管一次完成），结合较小孔距，充分利用高压液体射流近喷嘴处的高能区强力切割地层，在浆液及压缩空气的作用下，形成塑性混凝土小槽段，从而实现快速提升的一种新工艺（见图1）。
图1振孔高喷施工原理
2振孔高喷工艺特点
2.1工序简单
一根振管实现了钻杆和高喷管一体化，干法成孔（不需要泥浆护壁），使钻孔和高喷灌浆一次完成，实现了钻孔不分序，依次进行高喷施工。从根本上解决了常规钻孔高喷繁琐的施工工序：先要用钻机钻孔必须采用泥浆护壁移开钻机安装高喷机进行高喷作业；并且避免了常规钻孔的“塌孔”和因为泥浆护壁造成的“假灌”现象。
2.2造孔效率极高
采用大功率振动锤（90kW）直接将管振（φ127厚壁优质钢管）振入地层，一般砂砾石地层钻孔15m只需3～10min。充分利用造孔快优势，可以实现“特小孔距（60～80cm）、较高提速（15~30cm/min）”的高喷成墙工艺。
2.3墙体质量好
由于采用“小孔距”钻孔，充分利用了高压液体射流近喷嘴处的高能区强力、重复切割、搅拌地层，不分序，从而有效保证墙体的连续性。即使在较大块径的卵砾石地层中，也能够建成优质防渗墙，墙体搭接形式见图2。
图2振孔摆喷墙体搭接形式图（图中单位:cm）
取消了泥浆护壁，避免了常规钻孔的“塌孔”和因为泥浆护壁造成的“假灌”现象，灌入槽孔内的都是水泥浆，从根本上确保成墙质量。
2.4对地层适应性强
由于采用强力钻进，振孔高喷广泛适用于第四系松散～密实地层，几十吨的激振力，作用于钻头上的几个合金球齿上，具有较强的碎岩能力，能够有效地穿透强风化岩层至新鲜基岩。
2.5振孔摆喷主要施工参数
表1振孔摆喷施工参数
说明：以上参数，在实际施工中，根据防渗墙的厚度、地层情况等，通过现场试验来确定。
根据工程变更建议书要求，一期围堰粘土心墙防渗施工更改为高喷灌浆，在本工程中施工采用振孔摆喷工艺进行施工。该工艺具有造孔精度高、速度快、墙体连续性好、质量可靠等显著特点，能够建造优质防渗墙。
3.1摆动振孔高喷工艺流程
由测量技术人员根据施工图进行孔位放样，作好标记及编号。施工中操作人员准确定位，定位误差不超过5cm。当班质检员检查每个孔的定位准确性，确认满足要求后方可施工。高喷机定位后由操作班长调整高喷机的水平度和高喷管的垂直度，质检员检查确认在控制指针内，即可进行振孔操作，并作好记录。振孔之前先在地面试喷，当水、气、浆达到要求后，即可振孔。先给浆、送气，再送低压水（8～10MPa），使喷头轻轻触地，启动振动锤振孔插管至要求孔深。下管过程中，遇特殊情况如水嘴、浆嘴堵塞等，立即停止插管，将振管提出地面进行处理。
振孔深度按照设计要求深度施工，并量测好孔深，做好记录。按设计要求拌制浆液，随时抽查浆液比重，喷射过程中发生故障立即通知井口人员停喷，高喷结束后核实材料用量。在制浆过程中应注意以下几点：
制浆材料采用质量计量法用磅秤称量，其误差不大于5%；拌制水泥浆液按设计配比进行，顺序为先加水，后加水泥，浆液搅拌均匀。始终处于悬浮状态，定时检测其密度并作好记录，其误差不大于5%。水泥浆的搅拌时间：使用高速搅拌机不少于30s，自制备至用完的时间不大于4h。水泥浆液进行严格的过滤，防止喷嘴在喷射作业时堵塞。
振孔插管至预定深度后，将水、气调到设计值，在孔底喷射灌浆，待孔口返浆正常后，按设计参数摆喷提升灌浆至终喷高度。在喷射结束而浆液析水后，凝固体顶部会出现凹陷，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直至孔内液面不再下沉将冒浆回灌至孔内。喷射完毕后，及时将各管路冲洗干净，不留残渣，以防堵塞，并将泥浆管路中的浆液换成水，进行连续冲洗，直至出现清水为止。
高喷灌浆全孔连续作业，当需要拆卸喷射管时，应事先做好准备并以最短时间完成，恢复喷射时进行复喷，复喷长度大于0.2m。
3.2摆动振孔高喷连接方式
摆动振孔高喷连接方式：采用施工轴线方向对接方式（见图3）。
图3摆动高喷孔连接方式示意图
3.3现场高压喷射灌浆生产性试验
在现场高压喷射注浆作业开始前，按设计要求和监理工程师指示，选择地质条件具有代表性的区段（或结合防渗墙施工在施工轴线上），按室内试验选定的配合比等进行高压喷射注浆工艺试验，以选定布孔方式、孔距、孔深以及喷射流量、压力、摆速、摆角和提升速度等工艺参数。
3.3.1试验安排
投入一台套振孔高喷设备进行现场试验。试验从上游围堰桩号0+0.000开始沿防渗轴线向河右岸进行，施工时间1d。4~7d后对试验段进行开挖检查。
3.3.2试验方法
本次试验计划分六组，采用单排孔对接成墙，六组试验摆喷孔布置见图4。施工不分序，依次连续施工。各组孔试验参数详见表2。
图4摆喷试验布置图
表2 振动摆喷现场试验主要技术参数表
3.4本工程中采用的高喷技术参数
试验结束后，现场采用开挖墙体，检查墙体的均匀性、整体性、强度和渗透性等，最终确定适合本工程的相关参数。振孔高喷的相邻孔连续施工，不分次序，根据现场试验最终确定孔距为0.8m，至上游龙口处孔距更改为0.6m，以保证成墙的连续性，其它主要技术参数如下：
（1） 提升速度0.3m/min；
（2） 摆动角度20°～30°；摆动速度35次/min；
（3） 高压水压力35～40MPa；高压水流量75L/min；
（4） 气压力0.8 MPa；气流量0.8～1.2m3；
（5） 浆压力0.3～1.0MPa；浆流量70L/min；浆液密度1.65g/cm3；
（6） 浆液配比：水灰比为0.7～0.8∶1(重量比)；
（7） 孔斜率≤1.0％。
3.5质量控制措施
（1）孔内严重漏浆，采取以下措施进行处理：
1） 降低喷射管提升速度或停止提升。
2） 降低喷水压力、流量，进行原地灌浆。
3） 喷射水流中掺加速凝剂。
4） 加大浆液浓度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆；向孔内冲填砂、土等堵漏材料。
（2）在进浆正常的情况下，若孔口回浆密度变小、回浆量增大，应降低气压并加大进浆浆液密度或进浆量。
（3）高喷灌浆过程中发生串浆时，应填堵灌浆孔，待灌浆孔灌浆高喷结束，尽快对串浆孔扫孔，进行高喷灌浆或继续钻进。
（4）高喷灌浆因故中断后恢复施工时，应对中断孔段进行复喷，搭接长度不小于0.5m。
（5）每孔喷射结束后，利用高喷灌浆的孔口返浆及时进行前一个孔的回灌封孔，直至孔口浆液面不再下降为止。
4结语
通过实际施工效果证明，振孔高喷灌浆施工效率高，防渗效果佳，已成为围堰防渗施工快速有效的一项施工工艺， 在本工程中应用摆喷的施工工艺，较定喷、旋喷施工工艺工程量小，工艺简单，为其他水利水电工程提供了参考依据，具有推广价值。
参考文献
[1]水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（DL/T5148-2001）;
[2]水电水利工程混凝土防渗墙施工规范DL/T5199-2004;
[3]水电工程施工组织设计规范（DL/T5397-2007）.