龙滩水电站土石围堰高喷试验技术

龙滩水电站土石围堰高喷试验技术

【摘 要】：为了论证龙摊水电站土石围堰采用高喷防渗在技术上的可靠性，工期上的可行性，

通过摸拟土石围堰地质条件，进行高喷试验，取得高喷试验参数，本文详细论述了高喷试验方法、施工工艺及高喷成果，并为土石围堰高喷防渗规模生产提出切实可行的建议

【关键词】：高喷防渗墙 围井 注水试验 取芯 围井墙体开挖

龙滩水电站坝址位于红水河上游的广西壮族自治区天峨县境地内，大坝下距天峨县城15.00km。枢纽布置主要由碾压混凝土重力坝、泄洪建筑物、通航建筑物及引水发电系统组成。工程按正常蓄水位400m设计，最大坝高216.50m，地下厂房装机9台，单机容量600MW，总装机5400MW；初期按蓄水位375.00m建设，坝顶高程382m，最大坝高192m。大坝施工采用围堰一次拦断河床的隧洞导流方式。上、下游主围堰采用RCC围堰，在土石子围堰的保护下施工。为了确保土石子围堰高喷防渗在技术上的可靠性，工期上的可行性。设计、监理、要求在土石子围堰高喷防渗施工之前进行高喷试验。

1、试验概述

1.1 试验场地选择及填筑

在上游土石子围堰右岸边RCC围堰轴线选择一个合适的试验场地，试验区：高程为236.8m，长×宽=15m×12m。

场地填筑：首先用反铲把试验场地挖填平整，平整EL.233，在上面堆填一层截流抛投块石料，块石最大粒径0.3m，厚度大约0.8～1.2m，再在上面堆填一层黏土，厚度大约3.0～3.5m,最上面填一层碎碴, 厚度大约0.5m,到高程236.8m。 1.2试验方案

根据监理工程师指示，通过高喷灌浆试验，以取得高压喷灌合适的造孔设备，孔距、地层情况、及喷射流量、压力、旋速、提升速度、高喷合适的进浆比重等技术参数，及高喷防渗效果。

（1） 试验孔位布置：①围井尺寸大小：长×宽(3.0m×2.4m)。具体布孔见下图【附图1】。② 采用三种孔距：0.8m、1.0m、1.2m。③ 高喷试验主要采用旋喷，摆喷的目的是形成一个封闭性围井。

附图1

（2）制浆材料选用：“剑江牌”P.O42.5普通硅酸盐水泥，浆液采用两种配比，一种为纯水泥浆，配比为0.6:1；另一种为水泥-膨润土浆，配比为0.8:1，膨润土为水泥用量的25%，纯碱为水泥用量的5%，其中S7、S8、S11、S12四孔采用水泥-膨润土浆，其余孔采用纯水泥浆。 （3） 质量检查以钻孔取芯、注水、围井注水及围井内外开挖方式进行。 1.3墙体防渗指标

高喷后，墙体取芯率达到85﹪，钻孔注水k值达到n×10cm/s，围井注水k值达到n×10cm/s。

-5-5

2、地质条件

2.1 土石围堰堰体结构

土石围堰堰顶高程按10年一遇洪水设计，相应洪水位229.80m，考虑堰顶安全超高0.7m，波浪高度0.5 m，堰顶高程取231.00m；

土石围堰堰顶设计宽度为8m的土石子堰，堰顶铺设50cm厚碎石，堰顶向外侧排水，排水横坡2%。

土石围堰地质条件：河床砂卵石覆盖层厚度为0～8.0m，高程219～230m之间，右岸河床有基岩礁滩裸露，水平宽度为30～40m。土石围堰挡水水头最大约为19m，大江截流后，围堰地质从上到下依次为：人工粘土、块碎石夹土层；原始河床覆盖层；基岩。围堰防渗拟采用高压旋喷防渗墙。 2.2 试验区摸拟围堰地质条件

试验区位于上游土石子围堰右岸，模拟试验平台长×宽15.0m×12.0m，平台高程为EL.236.8，模拟围堰地层按其结构、组成成分不同从上至下可分为以下几层：

① 人工填碴层（土石碴层）：厚度0～1.0m，结构松散,地层均匀,石碴粒径小,含土。 ② 人工填筑黏土层: 厚度2.0m～3.0m，结构致密，渗透性小。

③ 人工填筑块石层：厚度0.8m～1.2m，块石最大粒径0.3m～0.5m，结构松散、架 空，这一层模拟截流抛投料前沿地层。

④ 残坡积物：厚度4.5m～7.0m，这一层结构不均一，是原河床坡积物与岸边施工块石的混合体，层内夹有泥土，靠近下部含有粗砂，含泥量大，是河床缓滩淤积，部分为基岩风化泥组成。

⑤ 基岩：由强风化的罗楼组硅质板岩、泥质灰岩组成，裂隙发育，渗透性大，试验中钻孔深入该地层0.5m～1.0m。详细地层情况见地质剖面图【图2-1】。

3、主要试验机具选型与性能简介

3.1钻孔设备

钻孔采用阿特拉斯A66-CBT或英格索兰KR803-02全液压多功能钻机配合气动冲击器偏心跟管钻进成孔工艺。钻头采用φ130～φ152合金球齿偏心钻头，跟进套管采用φ140无缝钢管，丝扣连接。进口的全液压多功能钻机能直接跟管钻进，具有成孔快，精度高，适用于任何性质的覆盖层钻孔。 3.2 高喷设备

高喷灌浆采用GS500-4型高喷台车和3S2-62Mpa型高压泵，并列三联管法自下而上旋喷成墙。喷具直径φ89，采用专用高强螺栓连接，连接处用尼龙垫密封。GS500-4型高喷台车具有一次性提升15.0m的特点，提升采用无级变速，变速范围0～25cm ，3S2-62Mpa高压泵，额定工作压力62MPa，实际工作压力42MPa，具有长时间连续工作的特点。

4、试验施工方法

4.1 施工工艺流程

场地平整压实→台车行走→轨道铺设→布孔、钻机就位→校准角度、造孔→测斜→下PVC管、起拔导管→高喷台车就位→试喷、下喷具→静喷、喷灌→孔口注浆、回灌、封孔→高喷台车移位。 4.2 造孔

（1） 钻孔分三序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ、Ⅲ序孔，先施工旋喷孔，再施工摆喷孔，最后施工封底孔。相邻孔施工时间间隔不少于24h。

（2）钻孔过程中，详细准确记录钻孔时遇到的各种现象，根据返碴情况、钻进速度、钻机及冲击器运转情况判断地层分层深度，大块石的分布、埋深、粒径及架空、漏失、串通等情况，并停钻测量余尺，准确记录其厚度及埋深。

（3）钻孔终孔后，先取出钻杆，然后下入φ100×1.5mmPVC管护壁，起拨套管。PVC底部用无纺布包扎，接头套接后用塑料带密封，要确保不脱接及接头处不漏浆。在块碎石堆积架空的孔段，将护壁PVC管钻成花管，用预注浆堵漏。注水试验孔堆筑层以下孔段全部钻成花管。 4.3 注水试验

钻孔完毕后，取出钻杆，下入带花眼的PVC塑料管进行注水试验，注水方法采用固定水头法，即将钻孔中的水位抬高到一定高度，保持水头不变连续注水。

计算公式：

渗透系数计算按下式进行：

K

0.366Q4L

lg

LHd

式中符号：K——渗透系数. cm/min ； Q——注水量. L/min； h——注水造成的水头高度. M； L

——试段长. M ； d——造孔直径. M

进行分段注水试验时，用两次试验可确定各段的渗透系数值。一次单段试验得K1，另一次混合试验得K，而KLK1L1K2L2，故K24.3高喷灌浆 4.3.1 高喷灌浆参数

4.3.2 高喷灌浆

（1）高喷灌浆分三序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。相邻次序孔施工时

KLK1L1

。

L2

间间隔不少于24h。先施工旋喷孔，后施工摆喷孔，最后施工封底孔。

（2）高喷：当喷具下入到设计深度后，启动旋摆机，调节风水浆的流量、压力和旋摆机的旋转速度，使之达到设计值，待孔口返浆比重符合要求后，开始提升，边旋转边提升，自下而上喷射灌浆，直至孔口停喷。在高喷灌浆过程中，要时刻注意检查施工机具运转是否正常，风水浆的流量、压力，进浆、回浆比重及旋转、提升速度等参数是否符合要求。

（3） 高喷灌浆结束后，由专人负责用弃浆进行孔口注浆，直到回填密实，浆面不再析水下沉为止。

5、试验施工成果分析

5.1耗灰量分析

各序次孔耗灰量分析见表2。

从表2中看出：

（1） 总平均耗灰量为1.184t/m，耗灰量相对偏大，主要是因为：①人工填筑摸拟地层比较松散，吃浆量较大。②块碎石层特别架空，浆液漏失较多。

（2） Ⅰ序孔平均耗灰量1.367 t/m＞Ⅱ序孔平均耗灰量1.030 t/m＞Ⅲ序孔平均耗灰量0.698

t/m。可以看出，随着灌浆次序的增进，单位耗灰量逐渐减少，符合一般灌浆规律，说明高喷灌浆效果良好。

各地层各序单耗灰量分析

从表3中看出:

（1） 各地层中平均单耗灰量都是Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔，只有块碎石层中平均单耗灰量Ⅱ序孔＞Ⅰ序孔，主要是因为块碎石层漏失严重，Ⅰ序孔喷灌完后,Ⅱ序孔在这一地层还漏浆，高喷施工时加大供浆量所致。

（2） 各地层平均单耗灰量：块碎石层＞人工堆填层＞坡积层＞粘土层＞基岩，这一规律，也符合试验区各地层实际松散、架空状况。 5.2喷前试验注水成果

表4 喷前试验注水成果表

从表4

。 5.3浆材试验成果

本次试验采用了两种浆液，一种为纯水泥浆，另一种为水泥-膨润土浆，通过现场实际取样，试验成果如下：

从表5中看出：无论进浆或返浆样品中纯水泥浆的初凝、终凝时间都比水泥-膨润土浆短；而结石率方面，无论进浆或返浆样品中水泥-膨润土浆都要比纯水泥浆高，作为这种堆筑架空地层围堰，需要用高结石率的浆液堵填空隙，以达到防渗的目的。 5.4 对架空漏失严重的块碎石处理情况

试验区地质条件是人工摸拟的，在施工平台下3.5～4.3m深度摸拟了一层截流抛投料前沿块碎石堆积物，这一层在试验区属于既架空又悬空，高喷时浆液在这一层站不住，径直流走，很难处理。

（1）高喷过程现象

从孔底往上喷，喷嘴进入该地层孔口不返浆，浆液径直从堆填体外流走，高喷喷嘴过了这一层，孔口又返浆；从孔口往下喷，孔口浆液漏失现象与上相同。

（2）采取措施：① 从孔口预注水泥和水泥-膨润土浆，直到孔口返浆或试验区外漏浓浆为止。② 高喷喷嘴进入这一地层，采取加大供浆量、增加浆液浓度、降低提升速度、降低高压水压力、减少供风量、静喷、倒喷、从孔口加砂等措施，直到孔口返浆为止。③ 提前钻预注浆孔，利用孔口返浆进行注浆回填。

（3）处理结果：① 除了S3号孔没返浆外，其它的孔都处理到孔口返浆为止，再进行正常高喷；② 喷S12号孔时，全孔都返浆，不存在漏失，喷封底孔时也不存在漏失；③ 但是每孔高喷时，喷嘴进入该地层，试验平台外侧都漏浆。另外喷封底孔时，试验平台外还漏清水，每个孔喷完后，进行多次回填注浆，还是存在着渗漏。总之，我们认为块碎石层还有可能存在缺浆或架空现象。

6、试验检测方法及成果

6.1 钻孔取芯

检查孔布置在围井孔位轴线上，共设三个孔。SJ1布置在S5与S4之间，SJ2布置在S6与S7之间，SJ3布置在S9与S10之间，钻孔中心在相邻两喷射孔的搭接部位。通过取芯分别检验孔距0.8m，1.0m ，1.2m 高喷墙连接质量情况。

取芯结果：从取出的岩芯看出，大部分岩芯胶结密实，有少量松散破碎段，黏土层、残坡积层中的黏土和泥土都变成水泥色，块碎石层中，明显能看见块石被水泥结石胶结、裹袱。三个孔的平均岩

芯采取率为89.2%，SJ1、 SJ2 、SJ3孔的取芯率分别为86.3%、90.0%、91.3%。在块碎石层中岩芯采取率较低且取出的岩芯较为破碎，其原因是：块碎石层地层架空，高喷时浆液大量漏失，高喷后地层缺浆，块石之间粘接不牢所至。总的来看，取芯效果比较好。 6.2 钻孔注水 6.2.2 试验过程

注水试验每孔分四段进行，人工填碴层、黏土层、块碎石层、残破积层，具体注水过程与施工一样。

6.2.3 试验成果

-5

由表6中看出：各孔中人工填碴层、黏土层、残破积层的渗透系数均在10cm/s量级左右，而块

-4-5

碎石层的渗透系数在10cm/s量级，略大于10cm/s，主要是因为块碎石层地层架空，高喷时浆液大量漏失，高喷后地层缺浆，块石之间还存在空隙所至。 6.3 围井开挖

为了直观检查高喷防渗墙的连接情况和密实程度，在围井内外进行了开挖。 6.3.1 围井内挖

围井内挖全部采用人工开挖，卷扬机出土，遇到块碎石胶结采用风钻、风镐解破，开挖尺寸：长×宽×深为2.0m×1.4m×6.0m，开挖要求：完全揭露出四种地层，即：人工填碴层、黏土层、块碎石层、残破积层。

围井内挖揭露墙体描述： 0～0.4m为人工填碴层，主要是水泥胶结块,局部有探头石；0.4～3.3m为黏土层，墙体较密实，墙面分布有较多的水泥结块，其中，1.6～2.2m左右水泥结块很明显，墙体光滑，表面硬实；3.3～5.0m块碎石层，块石最大粒径0.3m，墙体胶结非常密实,有大体积的水泥块,外观看象砼墙，大块石之间有人工充填砂，局部墙体块石松动，有架空现象，特别是S4～S1墙面，1.0m长，0.2m宽的架空条带；5.0～6.0m为残破积层，残破积层表层有黄色黏土和灰褐色泥土,局部有水泥胶结结石，墙体比较密实。 6.3.2 围井注水

为了检验高喷防渗墙的整体防渗效果，对围井进行了分段分层注水试验，注水方法采用固定水头法，将围井中的水位抬高到一定高程，保持水头不变连续注水。 6.3.3 围井注水计算公式

围井注水试验渗透系数计算采用土工试验规程常水头公式

K

QH，i AitL

2

式中：K——渗透系数 cm/s；Q——注水量 L；A——渗透面积mi ——水力坡降 ；t ——注水

时间 s； H——注水造成的水头高度 m； L——试段长 m

进行分层分段注水试验时，其计算方法同前。 6.3.4 围井注水试验成果

6.3.5 围井外开挖

围井外墙开挖采用反铲沿墙体外边沿线开挖，深度5.0m，宽度3.0～4.0m，开挖三面墙，即：S7～S4，S1～S4，S1～S8，开挖深度揭示出黏土层，块碎石层由于挖不动未完全揭露，从开挖出来的墙体看，由孔距0.8m旋喷形成的墙体，连接牢固密实，黏土中明显看见水泥块，成墙效果好。由孔距1.0m旋喷形成的墙体，连接牢固，局部充填不太密实，孔距1.2m墙体块碎石层搭接处没水泥结石，摆喷形成的墙体较薄，墙体外形不规则，厚度不均匀。成墙平均厚度为1.2m左右。块碎石层墙体胶结搭接相对于黏土层次之。

7、土石围堰规模生产建议

7.1 围堰填筑要求

围堰防渗轴线一定要避开与戗堤轴线重合，围堰防渗轴线上下5.0m要用细的土夹石填筑，防渗轴线要用黏土填筑于水下2.0m，宽度不小于3.0m，且水上部分要碾压密实，两堰肩的大块石要用长臂反铲捞走，大江截流后围堰要初期闭气，即不存在明水漏和动水，围堰内外形成相对静水位。 7.2 建议布孔方式

（1）上游围堰孔排距确定

① 孔深小于15.0m，采用单排直线型布孔，孔距1.0m；② 孔深在15.0～25.0m之间，采用单排直线型布孔，孔距0.8m；③ 孔深大于25.0m，采用双排梅花型布孔，孔距1.0m，排距0.5m，第二排孔喷灌范围15.0～见基岩1.0m。

（2）下游围堰孔排距确定

① 孔深小于20.0m，采用单排直线型布孔，孔距1.0m；② 孔深在20.0～见基岩1.0m，采用单排直线型布孔，孔距0.8m。

8、结束语

（1） 采用阿特拉斯A66-CBT偏心跟管钻进成孔工艺、PVC管护壁、并列三管法注浆技术，完全能满足人工堆填围堰高喷防渗施工工期、质量要求。

（2）采用水泥-膨润土粘土浆液，这种浆液结石率高、析水率低，很适合人工填筑体围堰防渗。 （3）通过对围井内外开挖，揭露出高喷成墙情况表明：本次高喷试验采用的施工参数、施工方法、施工工艺是正确的，完全能满足龙滩人工填筑土石围堰防渗要求。

（4）通过试验质量检测证明：高喷试验是成功的；在试验中，取得的试验成果资料是真实的、可靠的，能指导围堰防渗施工；试验后，为土石围堰规模生产建议是切合实际的。虽然这次试验仅是一个点，只有一定的代表性，主河床段可能更复杂，但我们认为龙滩水电站土石围堰由大量人工填筑体组成，采用高喷防渗，只要采取适宜的施工工艺和合适的工艺参数，防渗质量是有保证的。

龙滩水电站土石围堰高喷试验技术

【摘 要】：为了论证龙摊水电站土石围堰采用高喷防渗在技术上的可靠性，工期上的可行性，

通过摸拟土石围堰地质条件，进行高喷试验，取得高喷试验参数，本文详细论述了高喷试验方法、施工工艺及高喷成果，并为土石围堰高喷防渗规模生产提出切实可行的建议

【关键词】：高喷防渗墙 围井 注水试验 取芯 围井墙体开挖

龙滩水电站坝址位于红水河上游的广西壮族自治区天峨县境地内，大坝下距天峨县城15.00km。枢纽布置主要由碾压混凝土重力坝、泄洪建筑物、通航建筑物及引水发电系统组成。工程按正常蓄水位400m设计，最大坝高216.50m，地下厂房装机9台，单机容量600MW，总装机5400MW；初期按蓄水位375.00m建设，坝顶高程382m，最大坝高192m。大坝施工采用围堰一次拦断河床的隧洞导流方式。上、下游主围堰采用RCC围堰，在土石子围堰的保护下施工。为了确保土石子围堰高喷防渗在技术上的可靠性，工期上的可行性。设计、监理、要求在土石子围堰高喷防渗施工之前进行高喷试验。

1、试验概述

1.1 试验场地选择及填筑

在上游土石子围堰右岸边RCC围堰轴线选择一个合适的试验场地，试验区：高程为236.8m，长×宽=15m×12m。

场地填筑：首先用反铲把试验场地挖填平整，平整EL.233，在上面堆填一层截流抛投块石料，块石最大粒径0.3m，厚度大约0.8～1.2m，再在上面堆填一层黏土，厚度大约3.0～3.5m,最上面填一层碎碴, 厚度大约0.5m,到高程236.8m。 1.2试验方案

根据监理工程师指示，通过高喷灌浆试验，以取得高压喷灌合适的造孔设备，孔距、地层情况、及喷射流量、压力、旋速、提升速度、高喷合适的进浆比重等技术参数，及高喷防渗效果。

（1） 试验孔位布置：①围井尺寸大小：长×宽(3.0m×2.4m)。具体布孔见下图【附图1】。② 采用三种孔距：0.8m、1.0m、1.2m。③ 高喷试验主要采用旋喷，摆喷的目的是形成一个封闭性围井。

附图1

（2）制浆材料选用：“剑江牌”P.O42.5普通硅酸盐水泥，浆液采用两种配比，一种为纯水泥浆，配比为0.6:1；另一种为水泥-膨润土浆，配比为0.8:1，膨润土为水泥用量的25%，纯碱为水泥用量的5%，其中S7、S8、S11、S12四孔采用水泥-膨润土浆，其余孔采用纯水泥浆。 （3） 质量检查以钻孔取芯、注水、围井注水及围井内外开挖方式进行。 1.3墙体防渗指标

高喷后，墙体取芯率达到85﹪，钻孔注水k值达到n×10cm/s，围井注水k值达到n×10cm/s。

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2、地质条件

2.1 土石围堰堰体结构

土石围堰堰顶高程按10年一遇洪水设计，相应洪水位229.80m，考虑堰顶安全超高0.7m，波浪高度0.5 m，堰顶高程取231.00m；

土石围堰堰顶设计宽度为8m的土石子堰，堰顶铺设50cm厚碎石，堰顶向外侧排水，排水横坡2%。

土石围堰地质条件：河床砂卵石覆盖层厚度为0～8.0m，高程219～230m之间，右岸河床有基岩礁滩裸露，水平宽度为30～40m。土石围堰挡水水头最大约为19m，大江截流后，围堰地质从上到下依次为：人工粘土、块碎石夹土层；原始河床覆盖层；基岩。围堰防渗拟采用高压旋喷防渗墙。 2.2 试验区摸拟围堰地质条件

试验区位于上游土石子围堰右岸，模拟试验平台长×宽15.0m×12.0m，平台高程为EL.236.8，模拟围堰地层按其结构、组成成分不同从上至下可分为以下几层：

① 人工填碴层（土石碴层）：厚度0～1.0m，结构松散,地层均匀,石碴粒径小,含土。 ② 人工填筑黏土层: 厚度2.0m～3.0m，结构致密，渗透性小。

③ 人工填筑块石层：厚度0.8m～1.2m，块石最大粒径0.3m～0.5m，结构松散、架 空，这一层模拟截流抛投料前沿地层。

④ 残坡积物：厚度4.5m～7.0m，这一层结构不均一，是原河床坡积物与岸边施工块石的混合体，层内夹有泥土，靠近下部含有粗砂，含泥量大，是河床缓滩淤积，部分为基岩风化泥组成。

⑤ 基岩：由强风化的罗楼组硅质板岩、泥质灰岩组成，裂隙发育，渗透性大，试验中钻孔深入该地层0.5m～1.0m。详细地层情况见地质剖面图【图2-1】。

3、主要试验机具选型与性能简介

3.1钻孔设备

钻孔采用阿特拉斯A66-CBT或英格索兰KR803-02全液压多功能钻机配合气动冲击器偏心跟管钻进成孔工艺。钻头采用φ130～φ152合金球齿偏心钻头，跟进套管采用φ140无缝钢管，丝扣连接。进口的全液压多功能钻机能直接跟管钻进，具有成孔快，精度高，适用于任何性质的覆盖层钻孔。 3.2 高喷设备

高喷灌浆采用GS500-4型高喷台车和3S2-62Mpa型高压泵，并列三联管法自下而上旋喷成墙。喷具直径φ89，采用专用高强螺栓连接，连接处用尼龙垫密封。GS500-4型高喷台车具有一次性提升15.0m的特点，提升采用无级变速，变速范围0～25cm ，3S2-62Mpa高压泵，额定工作压力62MPa，实际工作压力42MPa，具有长时间连续工作的特点。

4、试验施工方法

4.1 施工工艺流程

场地平整压实→台车行走→轨道铺设→布孔、钻机就位→校准角度、造孔→测斜→下PVC管、起拔导管→高喷台车就位→试喷、下喷具→静喷、喷灌→孔口注浆、回灌、封孔→高喷台车移位。 4.2 造孔

（1） 钻孔分三序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ、Ⅲ序孔，先施工旋喷孔，再施工摆喷孔，最后施工封底孔。相邻孔施工时间间隔不少于24h。

（2）钻孔过程中，详细准确记录钻孔时遇到的各种现象，根据返碴情况、钻进速度、钻机及冲击器运转情况判断地层分层深度，大块石的分布、埋深、粒径及架空、漏失、串通等情况，并停钻测量余尺，准确记录其厚度及埋深。

（3）钻孔终孔后，先取出钻杆，然后下入φ100×1.5mmPVC管护壁，起拨套管。PVC底部用无纺布包扎，接头套接后用塑料带密封，要确保不脱接及接头处不漏浆。在块碎石堆积架空的孔段，将护壁PVC管钻成花管，用预注浆堵漏。注水试验孔堆筑层以下孔段全部钻成花管。 4.3 注水试验

钻孔完毕后，取出钻杆，下入带花眼的PVC塑料管进行注水试验，注水方法采用固定水头法，即将钻孔中的水位抬高到一定高度，保持水头不变连续注水。

计算公式：

渗透系数计算按下式进行：

K

0.366Q4L

lg

LHd

式中符号：K——渗透系数. cm/min ； Q——注水量. L/min； h——注水造成的水头高度. M； L

——试段长. M ； d——造孔直径. M

进行分段注水试验时，用两次试验可确定各段的渗透系数值。一次单段试验得K1，另一次混合试验得K，而KLK1L1K2L2，故K24.3高喷灌浆 4.3.1 高喷灌浆参数

4.3.2 高喷灌浆

（1）高喷灌浆分三序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。相邻次序孔施工时

KLK1L1

。

L2

间间隔不少于24h。先施工旋喷孔，后施工摆喷孔，最后施工封底孔。

（2）高喷：当喷具下入到设计深度后，启动旋摆机，调节风水浆的流量、压力和旋摆机的旋转速度，使之达到设计值，待孔口返浆比重符合要求后，开始提升，边旋转边提升，自下而上喷射灌浆，直至孔口停喷。在高喷灌浆过程中，要时刻注意检查施工机具运转是否正常，风水浆的流量、压力，进浆、回浆比重及旋转、提升速度等参数是否符合要求。

（3） 高喷灌浆结束后，由专人负责用弃浆进行孔口注浆，直到回填密实，浆面不再析水下沉为止。

5、试验施工成果分析

5.1耗灰量分析

各序次孔耗灰量分析见表2。

从表2中看出：

（1） 总平均耗灰量为1.184t/m，耗灰量相对偏大，主要是因为：①人工填筑摸拟地层比较松散，吃浆量较大。②块碎石层特别架空，浆液漏失较多。

（2） Ⅰ序孔平均耗灰量1.367 t/m＞Ⅱ序孔平均耗灰量1.030 t/m＞Ⅲ序孔平均耗灰量0.698

t/m。可以看出，随着灌浆次序的增进，单位耗灰量逐渐减少，符合一般灌浆规律，说明高喷灌浆效果良好。

各地层各序单耗灰量分析

从表3中看出:

（1） 各地层中平均单耗灰量都是Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔，只有块碎石层中平均单耗灰量Ⅱ序孔＞Ⅰ序孔，主要是因为块碎石层漏失严重，Ⅰ序孔喷灌完后,Ⅱ序孔在这一地层还漏浆，高喷施工时加大供浆量所致。

（2） 各地层平均单耗灰量：块碎石层＞人工堆填层＞坡积层＞粘土层＞基岩，这一规律，也符合试验区各地层实际松散、架空状况。 5.2喷前试验注水成果

表4 喷前试验注水成果表

从表4

。 5.3浆材试验成果

本次试验采用了两种浆液，一种为纯水泥浆，另一种为水泥-膨润土浆，通过现场实际取样，试验成果如下：

从表5中看出：无论进浆或返浆样品中纯水泥浆的初凝、终凝时间都比水泥-膨润土浆短；而结石率方面，无论进浆或返浆样品中水泥-膨润土浆都要比纯水泥浆高，作为这种堆筑架空地层围堰，需要用高结石率的浆液堵填空隙，以达到防渗的目的。 5.4 对架空漏失严重的块碎石处理情况

试验区地质条件是人工摸拟的，在施工平台下3.5～4.3m深度摸拟了一层截流抛投料前沿块碎石堆积物，这一层在试验区属于既架空又悬空，高喷时浆液在这一层站不住，径直流走，很难处理。

（1）高喷过程现象

从孔底往上喷，喷嘴进入该地层孔口不返浆，浆液径直从堆填体外流走，高喷喷嘴过了这一层，孔口又返浆；从孔口往下喷，孔口浆液漏失现象与上相同。

（2）采取措施：① 从孔口预注水泥和水泥-膨润土浆，直到孔口返浆或试验区外漏浓浆为止。② 高喷喷嘴进入这一地层，采取加大供浆量、增加浆液浓度、降低提升速度、降低高压水压力、减少供风量、静喷、倒喷、从孔口加砂等措施，直到孔口返浆为止。③ 提前钻预注浆孔，利用孔口返浆进行注浆回填。

（3）处理结果：① 除了S3号孔没返浆外，其它的孔都处理到孔口返浆为止，再进行正常高喷；② 喷S12号孔时，全孔都返浆，不存在漏失，喷封底孔时也不存在漏失；③ 但是每孔高喷时，喷嘴进入该地层，试验平台外侧都漏浆。另外喷封底孔时，试验平台外还漏清水，每个孔喷完后，进行多次回填注浆，还是存在着渗漏。总之，我们认为块碎石层还有可能存在缺浆或架空现象。

6、试验检测方法及成果

6.1 钻孔取芯

检查孔布置在围井孔位轴线上，共设三个孔。SJ1布置在S5与S4之间，SJ2布置在S6与S7之间，SJ3布置在S9与S10之间，钻孔中心在相邻两喷射孔的搭接部位。通过取芯分别检验孔距0.8m，1.0m ，1.2m 高喷墙连接质量情况。

取芯结果：从取出的岩芯看出，大部分岩芯胶结密实，有少量松散破碎段，黏土层、残坡积层中的黏土和泥土都变成水泥色，块碎石层中，明显能看见块石被水泥结石胶结、裹袱。三个孔的平均岩

芯采取率为89.2%，SJ1、 SJ2 、SJ3孔的取芯率分别为86.3%、90.0%、91.3%。在块碎石层中岩芯采取率较低且取出的岩芯较为破碎，其原因是：块碎石层地层架空，高喷时浆液大量漏失，高喷后地层缺浆，块石之间粘接不牢所至。总的来看，取芯效果比较好。 6.2 钻孔注水 6.2.2 试验过程

注水试验每孔分四段进行，人工填碴层、黏土层、块碎石层、残破积层，具体注水过程与施工一样。

6.2.3 试验成果

-5

由表6中看出：各孔中人工填碴层、黏土层、残破积层的渗透系数均在10cm/s量级左右，而块

-4-5

碎石层的渗透系数在10cm/s量级，略大于10cm/s，主要是因为块碎石层地层架空，高喷时浆液大量漏失，高喷后地层缺浆，块石之间还存在空隙所至。 6.3 围井开挖

为了直观检查高喷防渗墙的连接情况和密实程度，在围井内外进行了开挖。 6.3.1 围井内挖

围井内挖全部采用人工开挖，卷扬机出土，遇到块碎石胶结采用风钻、风镐解破，开挖尺寸：长×宽×深为2.0m×1.4m×6.0m，开挖要求：完全揭露出四种地层，即：人工填碴层、黏土层、块碎石层、残破积层。

围井内挖揭露墙体描述： 0～0.4m为人工填碴层，主要是水泥胶结块,局部有探头石；0.4～3.3m为黏土层，墙体较密实，墙面分布有较多的水泥结块，其中，1.6～2.2m左右水泥结块很明显，墙体光滑，表面硬实；3.3～5.0m块碎石层，块石最大粒径0.3m，墙体胶结非常密实,有大体积的水泥块,外观看象砼墙，大块石之间有人工充填砂，局部墙体块石松动，有架空现象，特别是S4～S1墙面，1.0m长，0.2m宽的架空条带；5.0～6.0m为残破积层，残破积层表层有黄色黏土和灰褐色泥土,局部有水泥胶结结石，墙体比较密实。 6.3.2 围井注水

为了检验高喷防渗墙的整体防渗效果，对围井进行了分段分层注水试验，注水方法采用固定水头法，将围井中的水位抬高到一定高程，保持水头不变连续注水。 6.3.3 围井注水计算公式

围井注水试验渗透系数计算采用土工试验规程常水头公式

K

QH，i AitL

2

式中：K——渗透系数 cm/s；Q——注水量 L；A——渗透面积mi ——水力坡降 ；t ——注水

时间 s； H——注水造成的水头高度 m； L——试段长 m

进行分层分段注水试验时，其计算方法同前。 6.3.4 围井注水试验成果

6.3.5 围井外开挖

围井外墙开挖采用反铲沿墙体外边沿线开挖，深度5.0m，宽度3.0～4.0m，开挖三面墙，即：S7～S4，S1～S4，S1～S8，开挖深度揭示出黏土层，块碎石层由于挖不动未完全揭露，从开挖出来的墙体看，由孔距0.8m旋喷形成的墙体，连接牢固密实，黏土中明显看见水泥块，成墙效果好。由孔距1.0m旋喷形成的墙体，连接牢固，局部充填不太密实，孔距1.2m墙体块碎石层搭接处没水泥结石，摆喷形成的墙体较薄，墙体外形不规则，厚度不均匀。成墙平均厚度为1.2m左右。块碎石层墙体胶结搭接相对于黏土层次之。

7、土石围堰规模生产建议

7.1 围堰填筑要求

围堰防渗轴线一定要避开与戗堤轴线重合，围堰防渗轴线上下5.0m要用细的土夹石填筑，防渗轴线要用黏土填筑于水下2.0m，宽度不小于3.0m，且水上部分要碾压密实，两堰肩的大块石要用长臂反铲捞走，大江截流后围堰要初期闭气，即不存在明水漏和动水，围堰内外形成相对静水位。 7.2 建议布孔方式

（1）上游围堰孔排距确定

① 孔深小于15.0m，采用单排直线型布孔，孔距1.0m；② 孔深在15.0～25.0m之间，采用单排直线型布孔，孔距0.8m；③ 孔深大于25.0m，采用双排梅花型布孔，孔距1.0m，排距0.5m，第二排孔喷灌范围15.0～见基岩1.0m。

（2）下游围堰孔排距确定

① 孔深小于20.0m，采用单排直线型布孔，孔距1.0m；② 孔深在20.0～见基岩1.0m，采用单排直线型布孔，孔距0.8m。

8、结束语

（1） 采用阿特拉斯A66-CBT偏心跟管钻进成孔工艺、PVC管护壁、并列三管法注浆技术，完全能满足人工堆填围堰高喷防渗施工工期、质量要求。

（2）采用水泥-膨润土粘土浆液，这种浆液结石率高、析水率低，很适合人工填筑体围堰防渗。 （3）通过对围井内外开挖，揭露出高喷成墙情况表明：本次高喷试验采用的施工参数、施工方法、施工工艺是正确的，完全能满足龙滩人工填筑土石围堰防渗要求。

（4）通过试验质量检测证明：高喷试验是成功的；在试验中，取得的试验成果资料是真实的、可靠的，能指导围堰防渗施工；试验后，为土石围堰规模生产建议是切合实际的。虽然这次试验仅是一个点，只有一定的代表性，主河床段可能更复杂，但我们认为龙滩水电站土石围堰由大量人工填筑体组成，采用高喷防渗，只要采取适宜的施工工艺和合适的工艺参数，防渗质量是有保证的。