第３０卷第７期２ ０ １ ２年７月水 电 能 源 科 学Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０Ｎｏ．７Ｊｕｌ．２ ０ １ ２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０７－０１１９－０４深挖渠道边坡工程防护中的高压摆喷灌浆试验研究樊晓东（河南四建股份有限公司，河南南阳４７３０００）摘要：南水北调中线一期工程总干渠辉县一标段为全开挖方渠道，开挖后渠坡上分布有中等—强湿陷性黄土和较厚层的强透水性卵石层，虽在渠坡、渠底采取了全衬砌混凝土等防渗措施，但黄土湿陷及卵石层强渗透压力仍可破坏渠坡。
为保证渠坡稳定性，拟采用高压摆喷灌浆三管法形成截渗墙法以加固左右岸黄土并防渗。
为摸索出施工工艺并验证设计的可行性，布置了三种孔距进行灌浆试验。
结果表明，采用孔距１．０ｍ时可达到加固黄土及防渗要求，进而给出了施工参数，可大规模推广应用于辉县一标段渠道高压摆喷灌浆施工中。
关键词：卵石；湿陷性黄土；透水性；截渗墙；高压摆喷灌浆法；试验中图分类号：ＴＶ５４３＋．８１文献标志码：Ｂ收稿日期：２０１２－０１－０２，修回日期：２０１２－０４－１６作者简介：樊晓东（１９７６－），男，助理工程师，研究方向为施工技术，Ｅ－ｍａｉｌ：９１４７２５１６６＠ｑｑ．ｃｏｍ 南水北调中线一期工程总干渠辉县一标段（桩号Ⅳ６６＋９６０～Ⅳ７２＋０００）长５．０４ｋｍ，渠道设计流量２６０ｍ３／ｓ，加大流量３１０ｍ３／ｓ，为全断面挖方梯形渠道，渠道纵比降为１／２３ ０００～１／２８ ０００［１］。
在开挖范围内，分布有中等—强湿陷性黄土状中粉质壤土及２～３层砂卵石。
针对辉县一标段工程地质条件，左、右岸渠顶构筑土堤（坡比为１∶１．５）以防止两侧外水流入总干渠内；渠坡设一、二级边坡（其间设马道宽５．０ｍ），坡比分别为１∶２．０、１∶１．５，渠坡衬砌１０ｃｍ厚混凝土，其下依次布设防渗土工膜、聚苯乙烯板、砂垫层；渠底宽度为１７．５～２０．０ｍ，渠底高程９５．９６２～９５．５５９ｍ，渠底浇筑８ｃｍ厚素混凝土，其下依次布设防渗土工膜、砂垫层。
虽然在渠底、渠坡采取了工程防渗措施，但仍担心渠坡因黄土湿陷性破坏以及砂卵石层可能形成的强渗透压力击穿渠坡素混凝土，从而影响总干渠的正常运行。
为此，拟在左右岸土堤处采用高压摆喷灌浆方式形成截渗墙［２，３］以确保渠坡安全并加固湿陷性黄土。
为探讨高压摆喷灌浆技术实施的可行性，特选择工程地质条件较为典型的地段做高压摆喷灌浆试验［４］，试验结果表明采用三管法成墙效果很好，可大规模推广应用于辉县一标段渠坡工程中。
１ 工程地质条件（１）地层岩性及其物理力学性质。
据勘探资料，地层岩性自上而下可分为四层：①层①。
黄土状中壤土（Ｑ１ａｌ＋ｐｌ４）。
层厚１．０～４．５ｍ，可塑，中等压缩性，具中等—强湿陷性；②层②。
卵石（Ｑ２ａｌ＋ｐｌ３）。
松散，抗冲刷能力差，强透水性；③层③。
黄土状中粉质壤土夹砂卵石、砾砂透镜体（Ｑ２ａｌ＋ｐｌ３）。
可塑，中等压缩性，具中等湿陷性；④层④。
卵石（Ｑａｌ＋ｐｌ２）。
密实，具强透水性。
各层物理力学指标见表１。
（２）工程地质条件评价。
黄河北—羑河北渠段跨纸坊沟北段（桩号６６＋９６０～６８＋２５０）、峪河段（桩号６８＋２５０～７２＋０００）两个工程地质段，前者开挖范围内地层为层③、层④，挖深１１～１４ｍ，渠坡、渠底均位于层③中；后者开挖范围内地层为层①、层②、层③、层④，挖深９．０～１３．５ｍ，渠坡位于①、层②中，渠底位于层②、层③中。
纸坊沟表１ 各层物理力学指标Ｔａｂ．１ Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｅａｃｈ ｌａｙｅｒ地层编号含水率／％干密度／（ｇ·ｃｍ－３）液性指数压缩系数／ＭＰａ－１压缩模量／ＭＰａ凝聚力／ｋＰａ内摩擦角／（°）湿陷系数δｓ渗透系数／（ｃｍ·ｓ－１）承载力标准值／ｋＰａ①１５．２ １．４２ ０．１２ ０．２６ ５．１ １４ １８ ０．０９２ ３．４９×１０－５ １２０②２．４０ ３．２４×１０－１３５０③２１．２ １．５３ ０．５０ ０．２７ ５．３ １５ １８ ０．０６４ ５．５２×１０－５ １４０④１．７４×１０－１ ４００北段、峪河段具中等—强湿陷性，卵石层透水性强，由此可能导致渠坡失稳。
地下水位埋深低于渠底板２～８ｍ。
２ 高压摆喷灌浆试验的设计（１）试验位置选择。
为摸索截渗墙成墙质量和方法，选择三处（表２）工程地质条件较为典型的地段、不同孔距做高压摆喷灌浆试验。
各地段地层为：①Ⅰ地段。
黄土状壤土、壤土相对较厚，中间夹砂卵石层，砂卵石层层厚约２～４ｍ，粒径一般为３～６０ｍｍ；②Ⅱ地段。
黄土状壤土、壤土相对较薄，砂卵石顶部高程位于渠道正常水位之上，分布高程为９９～１０６ｍ，层厚约７～８ｍ。
砂卵石层粒径一般为１０～１５０ｍｍ，局部存在６０ｃｍ甚至１００ｃｍ的漂石；③Ⅲ地段。
黄土状壤土、壤土相对较薄，砂卵石顶部高程位于渠道正常水位之上，分布高程为９８～１０７ｍ，层厚约８～９ｍ。
砂卵石层粒径一般为１０～１５０ｍｍ，局部存在５０ｃｍ甚至８０ｃｍ的漂石。
表２ 高压摆喷灌浆位置及孔距Ｔａｂ．２ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｏｌｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｐｏｕｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ地段分段桩号试段长度／ｍ灌浆孔孔距／ｍ灌浆孔数／个ⅠⅠ－１ ６８＋１１０～１３４ ２４ １．２ ２１Ⅰ－２ ６８＋１３５～１６５ ３０ １．５ ２１ⅡⅡ－１ ６９＋６００～６２０ ２０ １．０ ２１Ⅱ－２ ６９＋６２１～６４５ ２４ １．２ ２１ⅢⅢ－１ ６９＋２００～２２０ ２０ １．０ ２１Ⅲ－２ ６９＋２２１～２５１ ３０ １．５ ２１ （２）截渗墙成墙方法及试验孔布置。
采用高压摆喷灌浆三管法形成截渗墙，成墙采用单排两序法，先一序孔再二序孔。
高压摆喷灌浆孔布置于左、右岸护堤堤轴线上，每个地段高压摆喷灌浆孔孔距各取２种方案（表２），孔底高程为９５．００ｍ，若仍为透水层，则应钻至相对不透水层１．５ｍ。
各地段灌浆试验参数见表３。
（３）目的。
在辉县一标段左右岸形成截渗墙，要求截渗墙渗透系数不大于１×１０－４ｃｍ／ｓ。
３ 高压摆喷灌浆试验３．１ 试验设备采用ＳＧ－１５０、ＧＪ－２００、ＸＹ－２Ｇ型钻机１４台，ＧＨＪ、ＣＹＰ５０型高喷台车４台，ＹＶ６／８型空气压缩机、Ｓ－ＧＢＧ－１００型高压灌浆泵、３Ｄ２－ＳＺ型高压水泵、ＢＷＢ１５０型中低压泥浆泵、ＱＳ２５－３２－４潜水泵、立式搅拌机等各４台，以及相关的配套辅助设备。
３．２ 工艺及流程（１）造孔。
钻孔孔径为１１０ｍｍ。
粘土层采用合金钻头或复合片钻头干法钻进；卵石层采用金刚石及复合片钻头钻进，采用粘土浆护壁。
（２）浆液制备。
水泥浆水灰比选１∶１。
施工前，测定水泥浆比重，实测出搅拌筒直径和有效深度，计算每筒的理论用水量、水泥用量，将每筒用水量理论位置用油漆标记在筒内壁上。
依次加入水、水泥，搅拌时间不得低于４ｍｉｎ。
水泥浆放入储浆筒前要过滤筛，并及时将水泥硬块剔出。
在储浆筒内设置搅拌装置以确保水泥浆在使用前不离析、不沉淀。
（３）灌浆。
将高喷台车精确就位，待喷射管下至设计深度后，先检测浆液各项指标合格后，将各项工艺参数调整到拟定参数要求，启动高压水泵、空压机、搅拌机、泥浆泵等配套设备进行喷射，待孔口返浆后按拟定要求速度开始提升，先送高压表３ 不同地段高压摆喷灌浆试验参数Ｔａｂ．３ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｐｏｕｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｔｅｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ参数试验地段ⅠⅡⅢⅠ－１Ⅰ－２Ⅱ－１Ⅱ－２Ⅲ－１Ⅲ－２试验后建议值水灰比１∶１ １∶１ １∶１ １∶１ １∶１ １∶１ １∶１钻孔直径／ｍｍ １１０ １１０ １１０ １１０ １１０ １１０ １１０高压水喷射压力／ＭＰａ ３７～３８ ３７～３８ ３６～３７ ３８～３９ ３７～３８ ３９～４０ ３６～３８高压水喷射流量／（Ｌ·ｍｉｎ－１）７０～８０ ７０～８０ ７０～８０ ７０～８０ ７０～８０ ７０～８０ ７０～８０喷嘴直径／ｍｍ １．７ １．７ １．７ １．７ １．７ １．７ １．７压缩空气喷射压力／ＭＰａ ０．７～０．８ ０．７～０．８ ０．７～０．８ ０．７～０．８ ０．７～０．８ ０．７～０．８ ０．７～０．８压缩空气输送量／（ｍ３·ｍｉｎ－１）１．２ １．２ １．２ １．２ １．２ １．２ １．２浆液喷射压力／ＭＰａ ０．３～１．０ ０．３～１．０ ０．３～１．０ ０．３～１．０ ０．３～１．０ ０．３～１．０ ０．３～１．０水泥浆供应量／（Ｌ·ｍｉｎ－１）６０ ６０～６５ ６０ ６０ ６０ ６０～６５ ７０～８０浆液比重／（ｇ·ｃｍ－３）１．５２～１．５０ １．５２～１．５０ １．５２～１．５０ １．５２～１．５０ １．５２～１．５０ １．５２～１．５０ １．５０卵石层提升速度／（ｃｍ·ｍｉｎ－１）６～８ ６～８ ６～８ ８～１０ ８～１０ ８～１０ ６～８粘土层提升速度／（ｃｍ·ｍｉｎ－１）１０～１２ １０～１２ １２～１４ １２～１４ １４～１６ １２～１４ １２～１４卵石层摆喷次数（次·ｍｉｎ－１）６ ６ ６ ８ ８ ８ ８～１０粘土层摆喷次数（次·ｍｉｎ－１）１０ １０ １０ １２ １２ １２ １０～１２摆角／（°）６０ ６０ ６０ ６０ ６０ ６０ ６０注：摆喷灌浆试验主要材料采用Ｐ．Ｃ ３２．５Ｒ复合硅酸盐水泥。
·０２１·水 电 能 源 科 学 ２０１２年第３０卷第７期樊晓东：深挖渠道边坡工程防护中的高压摆喷灌浆试验研究水，接着再送水泥浆和压缩空气（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，且孔口冒浆后，再按预定的提升、摆动次数、摆角，自下而上进行喷射作业，直至设计高度方可停送水、气、浆，提出喷射管。
喷射过程中必须时刻注意检查浆液的流量、压力、气、摆角和摆动次数及提升速度等参数是否符合要求，并随时做好记录。
（４）回灌。
待喷射管提到设计高程喷射灌浆结束，然后向孔内不断灌入符合质量要求的水泥浆，直到浆液不再下沉。
（５）弃浆排放。
舍弃的浆液应排放至指定点。
３．３ 灌浆量不同地段分序施工单位喷射长度、单孔注浆时间、单孔注浆量单孔水泥用量、单位用灰量的统计结果见表４。
三个地段共完成灌浆孔１２６个，总进尺１ ６７１．４ｍ，水泥用量７２６．５ｔ。
表４ 不同地段高压摆喷灌浆注浆量统计表Ｔａｂ．４ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｐｏｕｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｖａｌｕｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ地段分序孔数／个统计方法单孔喷射长度／ｍ单孔注浆时间／ｍｉｎ单孔注浆量单孔水泥用量／ｋｇ单位用灰量Ⅰ一序２１平均值１３．２ １３３．３ ６０ ５ ９０６．５ ４４９．０最大值１３．３ １７７．０ ８ １１１．４ ６１６．８最小值１３．１ １２１．０ ５ ４４５．９ ４１５．７二序２１平均值１３．５ １３９．６ ６０ ５ ７８５．１ ４２９．１最大值１３．６ ２７５．０ ６ ４８３．０ ４８０．２最小值１３．３ １２４．０ ５ ５８３．３ ４１６．７Ⅱ一序２１平均值１４．８ １５６．７ ６０ ６ ４７３．７ ４３３．６最大值１６．６ ２２９．０ ８ ６５０．５ ５２１．１最小值１３．４ １１７．０ ４ ９５２．７ ３６４．２二序２１平均值１５．０ １５５．８ ６０ ６ ５４７．６ ４３１．０最大值１７．６ ２９４．０ ８ ６４９．０ ４９４．２最小值１３．１ １１１．０ ５ ０４０．９ ３８４．８Ⅲ一序２１平均值１１．６ １３４．６ ６０ ５ ０２７．７ ４３４．７最大值１１．７ ６３７．０ ６ ５３６．７ ５５８．７最小值１１．４ ７６．０ ４ ７７０．９ ４１４．９二序２１平均值１１．６ １１３．１ ６０ ４ ８５８．２ ４１９．７最大值１１．７ ２１２．０ ５ ０４７．２ ４４２．７最小值１１．４ １００．０ ４ ７７５．４ ４１２．０平均值１３．３ １３８．９ ６０ ５ ７６６．５ ４３２．９合计１２６ １ ６７１．４ ７２６ ４９９．９注：单孔注浆量单位为Ｌ／ｍｉｎ；单位用灰量单位为ｋｇ／ｍ。