双泵、快提速高压旋喷防渗墙工艺在大顶子山航电枢纽土坝防渗工程中的应运
摘要:高喷防渗墙是利用高压喷射流对地层产生冲切、掺搅、升扬、置换、充填挤压、渗透固结等作用，使地层颗粒在一定范围内重新排列、组合，在其周边形成天然反滤层，使浆液的扩散限制在有限范围内；同时射流带入的固化剂与地层颗粒就地搅拌，形成所需性状的防渗固结体。这种工艺在国内外已成功应运，是一项效率高、成本低的防渗工艺。在本工程中采用双泵、快提速高压旋喷施工工艺，既保证施工质量，又提高施工工效，是高压旋喷工艺的又一成功应运实例，从而把该项技术在防渗领域中应运推到更高一层，值得供以后设计与施工借鉴。
关键词：旋喷防渗墙；土坝；应运
一、工程概况
大顶子山航电枢纽位于黑龙江省松花江干流哈尔滨市以东约46km处，是一座以航运、发电和改善哈尔滨市水环境为主，同时具有交通、水产养殖和旅游等综合利用功能的低水头航电枢纽工程。枢纽建筑物有船闸、泄洪闸及混凝土过渡坝段、河床式水电站、土坝、闸（坝）上公路（桥）等。水库正常蓄水位116.00m，最大库容16.97×108m3，装机容量66MW，最大下泄流量22704m3/s。
土坝布置在左岸滩地上，为粘土均质坝。坝基为松散的级配不良细、中、粗砂，厚度约10.00m，透水性强；基岩为白垩系灰色泥岩，强风化深度不等，最深达2m多。强风化泥岩中含泥量较大。
设计防渗方案原为：基础为槽板式砼防渗墙，坝体为粘土心心墙；由于工期原因，设计优化后的防渗方案为：坝基与坝体均为高压旋喷防渗墙,防渗墙进入中等风化岩0.5m，墙厚不小于60cm，渗透系数不大于10-5cm/s,28天抗压3～5Mpa，同时取消上、下游围堰。
由于防渗墙对大坝安全运行非常关键，为确定本工程不同地层中高喷施工使用的参数，施工前进行两次高压旋喷灌浆试验，从而确定合适的施工参数。
二、高压旋喷防渗墙施工
1、高压旋喷防渗墙施工工序
施工采用两种工艺--钻孔高喷防渗墙和振孔高喷防渗墙，其主要区别在于成孔工艺不同：振孔高喷采用振孔高喷机的振锤振动一次性成孔，钻孔高喷采用回转钻机钻孔，钻孔完成后高喷可迟后喷灌。两种工法的高喷工艺及施工参数相同，其工艺流程如下：
技术人员放点及布孔→固壁泥浆制备（振孔高喷不用）→造孔或振孔（孔斜测量）→平整施工平台、进行高喷机设备的就位→浆、气准备以及地面试喷→下高喷管、孔底静喷→高压旋喷射、注浆→提升成墙→冲洗管路（可2～3孔冲一次）→墙体质量检查。
2、成孔
钻孔高喷采用G-Ⅲ型工程钻机、φ130mm合金钻头、膨润土泥浆护壁钻孔；振孔采用振孔高喷机的振锤振动一次性成孔。由于本工程中高喷防渗墙应运于永久工程，且高喷墙局部达20m以上，因此高喷孔钻孔的垂直度和孔位要求比较高：设计要求钻孔垂直度小于1%。施工中采取以下措施保证钻孔垂直精度。
2．1开孔时用水平尺校准钻机立轴和振管，使造孔机具处于垂直状态；
2．2造孔过程中每进尺5～８米，用水平尺校准机具垂直度，若由于地面不均匀，造孔时机具底部砂层被水流松动而致使钻机偏斜时，要及时用水平尺校正；
2．3钻孔放样前由测量人员用经纬仪测放控制点，再由技术人员根据控制点测放每个高喷孔，并用贴红布条小木桩作好明显标记。
3、高压旋喷防渗墙喷浆施工
钻孔结束后,将φ89mm高喷管下至孔底，按照试验已经确定的参数进行施工，具体如下。
孔距：0.8m；进浆量：140L/min，两台高压泵，每台泵各70 L/min；风压：0.8～1.0MPa；风量为：4～8m3/min；浆压：吹填层30～32Mpa、原始层及基岩32～35Mpa；提速：基岩4cm/min、砂层从孔底0～5m
16cm/min、其余部位18cm/min；如果在施工中其中一台高压泵出现异常，可降低提速将该孔继续喷完，从而减少断桩的产生。降低后的提速可参考以下公式的计算值：
由于墙体厚度与压力成“正比”、与提速和孔距成“反比”，设一墙厚性能参数H=2P/(0.8×V)；若有一台泵压力下降，要保证墙体厚度H不变，可得压力降低后相应提速VX=P1V/2P+P2V/2P
若施工中一台泵压力无法达到20 MPa，可采用另一台泵进行施工，根据单泵试验情况建议砂层提速为9 cm/min、进浆量为70 L/min、风压0.6～0.8 MPa、风量5～6 m3/min，其它参数不变。
4、浆液配制与使用
4.1制浆用水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为32.5，浆液比重在1.35～1.45g/m3之间。
4.2现场制浆采用体积法，控制其误差小于5%。
4.3使用高速搅拌机不小于30S，搅拌后时间超过4h的浆液不使用。
5、高压旋喷防渗墙施工过程控制
5.1施工中操作人员准确定位，定位误差≤3cm。
5.2工程钻机就位时，由操作人员用水平尺校准钻机垂直度，钻孔结束后采用KXP-1型电子测斜仪测量孔斜。
5.3下管前，进行地面试喷并调准摆动角度与速度，气、浆达到要求后，检查各机具性能及稳定性，调低气、浆压力参数后将高喷管下入孔底。
5.4高喷头下至孔底后，将浆、气参数调到试验值，待浆液返出孔口后，按试验参数进行高喷灌浆。
5.5提升喷射注浆：按照试验参数自下而上按规定速度提升到既定防渗墙顶高程后，调低高喷参数并快速提升到地面。
5.6高喷灌浆原则上全孔连续作业；有中停现象的孔段，需进行复喷，搭接长度不小于0.5m；复喷工作在技术人员指导下进行。
5.7高喷墙冬季施工质量控制
由于工期紧，高喷墙经历了黑龙江地区冬初与春未施工，其间气温最冷达-10℃，为保证施工质量，应该采取适当的保温措施。
三、高压旋喷防渗墙质量检验及墙体质量分析
高喷防渗墙按要求施工完后28天进行墙体检查，检查方法为开检查、钻芯检查、静水头压水检查、室内抗压试验、室内抗渗试验等，另外采用施工单位自检与外单位抽检的方法。墙体检查结果如下：
由于受施工工序限制，开挖检查采取全线墙头开挖和取局部开挖（深度2m）相结合办法，局部开挖共选8处。开挖后观测墙头连续性好，最小墙厚76cm ，墙桩间搭接良好。
钻孔检查及静水头压水试验：共进行钻孔检查44孔，压水试验84段，压水分两段进行，孔深16m，8m上下各为一段。数据表明孔深8m以下的渗透系数明显比孔深8m以上的小，这与高喷墙体形成机理相吻合；另外浅部墙体承受水头相对较小，深部承受水头相对较大，抗渗性能好，能够达到设计目防渗目的。
墙体抗压、抗渗试验：每个单元的取芯孔在不同深度处各取2组，41个单元共82组，检验结果如下：抗压8m以上最小4.0MPa，8m以上最小5.6MPa
,室内抗渗均小于10-6cm/s，抗压、抗渗检测结果均满足设计要求。在质检站抽检的7个注水孔，其渗透系数均小于10-5cm/s，均满足设计防渗要求。
四、双泵高压旋喷防渗墙工艺下普通双管法旋喷工艺对比分析
1、成墙质量可靠，墙体均匀性好，并减少断桩产生的机率；
2、双泵工艺功效高
因为双泵采用两台高压注浆泵四喷嘴成墙，每一成墙部位均存在重复切割，与单泵工艺相比提速可以提高，功效也相应提高。
3、双泵工艺施工成本低
施工中双泵在投入人员少30%；投入设备少1台空压机、1台高喷台车、1套旋摆装置、1台卷扬及附助设施；投入主要材料方面少高喷管一套、高压注浆管路2套、送浆管路一套。综合上述直接成本每延米可节约直接施工成本65元/m。
五、结论与建议
大顶子山航电枢纽土坝高喷防渗墙采用双泵、快提速、大流量施工工艺，不但加快施工进度、降低施工成本和工程造价，同时能能够保证质量，为以后防渗设计与施工提供可靠的实践材料，从而为高喷工艺的推广应运提供另一前景。但在施工中注意以下几点：
1、为保证墙体搭接可靠，孔斜控制非常关键，应当逐孔测斜，当偏斜未造成贯穿性缝面时可采取单孔补桩，当偏斜造成贯穿性缝面时可采取双孔补桩；
2、钻孔高喷孔与喷管间隙为40mm（孔径130mm，喷管90mm）；
3、施工尽可能避开冬季施工，否则保温费用将加大施工难度和施工成本，影响墙体质量；
4、在大坝的运行过程中加强观测，注意大坝不均匀变形引发的墙体变形。
