1、1概況1.1前言 高噴灌漿作為一種新型技術在一期土石圍堰塊球體處理及下游引航道防滲工程中發揮過重要作用，是一種工效很高的防滲工藝。二期圍堰是三峽工程關鍵項目之一，其特點在于防滲工程難度大、工期短、施工強度高。高噴灌漿防滲主要技術難點有水下拋填風化砂和平拋墊底造孔孔壁穩定問題；殘積塊球體和強風化巖層中的團塊造孔難度大，工效低，造孔精度和噴射成墻問題；深槽陡坡段成墻工藝等。為探索在這樣的地層解決高壓旋噴灌漿難點的措施，保證旋噴成墻工藝作為一種輔助手段在二期圍堰防滲工程中順利進行，同時，通過二期圍堰高壓旋噴生產性試驗。引進較為先進的造孔與噴射工藝，將高壓噴射灌漿技術提高到一個新水平。在二期圍堰防滲施

2、工前，選擇左上接頭進行二管法和新三管法高壓旋噴生產性試驗。本次試驗根據不同的試驗目的，先后進行了高噴柔性漿材試驗、單樁試驗、雙排旋噴試驗、三排旋噴試驗、雙排旋噴圍井試驗、三排旋噴圍井試驗、巖面結合試驗、700陡坡模擬試驗及儀器配套試驗等。本次試驗歷時3個多月，完成鉆孔8960.1m，噴射8215.5m。本文主要就生產性試驗進行一些總結。1.2地質條件 高壓噴射灌漿試驗安排在二期上游圍堰左岸坡部位，主要由風化砂回填層、覆蓋層(上部為厚度不等的粉細砂層，下部為沖擊砂卵石層，局部含棕色漂石層、塊球體等)和基巖組成。基巖強風化層呈兩端厚，中間薄的分布狀態。左右端最大厚度分別為13.0m和10.0m，其

3、中部分區域存在風化團塊、石蛋等。1.3施工布置試驗區自0+78.580+150.08共72.5m，根據孔排距的組合及工法的不同分為10個區，依次為 V、IV、II、I、A、B、C、D、E，另外在軸線下游側還布置有 M、N、X、Y四個圍井，其布置見平面布置圖，其中 V、IV、III、II、區及N、X圍井為新三管法試驗，其余為二管法試驗。2旋噴試驗工藝試驗同時采用了兩管法和新三管法兩種工法進行。2.1新三管法 新三管法是以水、氣、漿為介質噴射的工法，是在老三管法的基礎上改低壓注漿為高壓射漿，形成雙介質高壓噴射的施工方法。新三管法的工藝特點是首先用高壓水切割沖擊原始地層，然后再用高壓漿對地層進行二次

4、切割。同時由于漿、水嘴間距較大，水對漿的稀釋作用大大減小。新三管法與原三管法相比，不僅增大了噴射半徑，也提高了凝結體的結石率及強度。2.2兩管法 這里介紹的兩管法，是在原兩管法的基礎上發展起來的，與目前國內流行的以加固軟基為主的兩管法不同，該工法具有超高壓力和大流量、以防滲加固為主，應用領域更為廣泛的一種工法，其射漿壓力可達50MPa。其工藝特點是直接用漿氣噴射原始地層，采用高性能的高噴設備，使射漿有足夠的射流強度和比能對地層進行切割、攪拌。由于漿液粘度較大，對地層中小顆粒的升揚置換壓密作用明顯，因此無需采用高壓水切割地層，噴出的漿液不易被稀釋，形成的墻體水泥含量大、強度高，對于處理大孔隙地層

5、具有獨特優點，是適應較廣的工藝方法。3單樁試驗3.1單樁試驗目的 對不同密實度的地層分別進行不同高噴參數組合的噴射試驗，探求其相應層位的旋噴樁形態，通過開挖觀測其有效樁徑、膠結情況及結石強度，尋求不同地層中孔、排距的最佳參數組合，為旋噴生產提供參數及工藝措施。3.2單樁試驗布置及實施兩管法布設在高噴軸線下游側 59m范圍內，呈梅花狀三排布置，孔排距均為2.0m。根據地層標貫度N63.5值的差異，分6組做不同提速和漿液配比的試驗。3.3單樁試驗開挖及數值分析二管法噴射在正常情況下可得出以下結論，開挖出的樁徑比較均勻完整。規律性較強。 (1)在提速相同，N值差異大的情況下，保持噴射參數P與流量Q不

6、變，慢速(1015cm/min)提升最小半徑Dmin1.6m；中速(2025cm/min)提升Dmin1.4m；快速(30cm/min)提升Dmin1.35m。說明在噴射能量達到一定值時提升速度及N值與最小樁徑成反比。 (2)N值相同,提升速度從中速到快速，最小樁徑分別為1.4m與1.35m，進一步證實噴射能量達到定程度后，提升速度對最小樁徑的影響呈緩慢遞減的趨勢。(3)N值在中等范圍內不同提速下的最小樁徑：中速提升Dmin1.43m、快速提升Dmin1.4m。 (4)通過剖切旋噴樁內部直觀檢查：二管法在能量達到定程度后。成樁直徑較大，對噴射有效范圍內地層的攪拌及半置換作用比較明顯，密實性好。

7、 新三管法單樁開挖后得出最大直徑1.80m，最小1.00m，一般1.40m左右；顯著特點是大小不均，呈層狀有規律地同時擴大或縮小，分析其原因有以下兩點：單樁試驗區緊靠路邊。在填筑過程中大型汽車往來碾壓，使得本區地層密實程度較高；回填風化砂分層碾壓，層面處與層下密實度差別較大，樁徑變化明顯。不同類型風化砂樁徑也有很大變化，在含粘土量多的風化砂中樁徑較小，反之則大。單樁開挖共挖深5.0m，揭露出7層風化砂填筑層，為了摸清每層風化砂的密實度，根據其深度逐層進行了標貫試驗，以便對應樁徑分析各種變化規律。通過對新三管法單樁數值分析初步得出以下結論：(1)回填細顆粒含粘土類風化砂標貫度1320之間，當N1

8、5，噴射有效直徑1.3m，需要噴射比能約40MJ/m；密實度每增減一擊，相應需要增減約10MJ/m的比能才能保證樁徑1.3m左右。(2)回填粗粒風化砂標貫度在1526之間，當N15，噴射有效直徑1.3m，噴射比能不低于55MJ/m； (3)強風化巖上部標貫度70120，與粗粒風化砂層相比，要達到同樣的噴射效果，噴射比能要增加34倍。4高噴墻生產性試驗4.1高噴墻主要性能設計指標高噴墻主要性能指標應與二期圍堰塑性混凝土防滲墻的性能指標相匹配，具體要求如下： 抗壓強度：R2845MPa 抗折強度：T281.5MPa滲透系數：K20i×10-510-6cm/s 初始切線模量：EO50070

9、0MPa滲透比降：J804.2試驗參數的確定根據單樁試驗結果及生產性試驗高噴墻設計性能指標，確定高噴參數見表1，表2。表1三管法高噴參數噴射參數回填及覆蓋層含塊球體強風化層弱風化層漿壓/MPa40漿量/L·min-180100水壓/MPa40水量/L·min-175氣壓/MPa1.0氣量/m3·min-11.5孔距轉速/r/min108100.8m提速/cm·min-110128101012孔距轉速/r·min-1108101.0m提速cm·min-110128101012孔距轉速r·min-188101.2m提速cm

10、83;min：三管法高噴灌漿，水量除75/min以外，還做了150/min試驗表2二管法高噴參數噴射參數回填及全風化層砂卵石及強風化層弱風化層漿壓/MPa40502030漿/L·min-1198201氣壓/MPa1.01.7氣量/m3·min-11017轉速/r·min-11520水灰比110.81孔距0.8m提速/cm·min-1302530孔距1.0m提速/cm·min-1252025孔距1.2m提速/cm·min-1202015注：當供槳量小于1681min時提速成比例減慢。4.3試驗實施試驗順序：先施

11、工下游排，然后上游排，最后施工中間排；圍井先施工外排，后施工內排，最后施工中間排；新三管法每排分兩序施工，先鉆、噴 I序孔，后鉆噴序孔；二管法因影響范圍大，初期按三序施工，后期按兩序施工。試驗工藝流程如下： 測孔定位鉆孔下噴射管制漿噴射、提升靜壓充填灌漿噴射成墻5圍井試驗5.1圍井試驗目的及布置圍井試驗的主要目的首先是為了開挖后能夠直觀檢查樁體間的膠結情況，以及在不同地層中旋噴樁直徑，特別是在強風化層中旋噴樁在1.0m孔距下能否實現連接；其次通過注、壓水試驗了解圍井的整體防滲性能。兩種工法各布置一個二排和三排圍井，二管法為 M、Y，新三管法為 N、X，孔排距均為1.0m和0.8m，其中 M、N

12、、Y借助于試驗軸線上同樣孔排距段作為圍井的一邊構筑而成(Y為封底圍井)，X圍井為了進行破壞性壓水試驗的需要而遠離墻體軸線，單獨構成封底圍井。布置見試驗總布置圖。5.2圍井開挖描術 二管法構筑 Y、M圍井開挖情況如下：Y圍井封底深度為21.0m，在挖深至17.0m時底部互相膠結成一體，無法繼續下挖；M圍井挖至強風化層頂板以下1.0m左右。 直觀檢查：樁間膠結性良好，在填筑層其最小搭接厚度大于40cm，平均搭接厚度為45cm，最小樁徑140.0cm平均為1500cm。井壁四周樁體自上而下向井內擠壓，個別樁比較明顯。Y圍井的 Y1-2，M圍井的 M1-3、M1-12，樁體在10.0m處上下錯位，是因

13、為噴嘴堵塞后，拔出噴管清洗時塌孔，重新移孔位再噴之故。在各種地層交接面，樁徑變化較小，如粉細砂層與砂礫石層等不同地層，相對填筑層樁徑變化不大，膠結情況良好，砂礫石層樁徑外表均勻性稍差，底部強風化頂板蝕余塊球體與墻體膠結良好，但局部存在噴射盲區。在M圍井樁體進入強風化層頂板0.5m深處，發現四處滲漏，在圍井上游面靠左岸的拐角處滲水量達12.5L/min，因此，樁體在強風化巖層內成墻的范圍尚待進一部論證。新三管法構筑完成的 N、X圍井開挖情況是：N圍井為不封底井。挖深至9.5m時遇強風化內塊球體，并逐漸進入強風化，在14.0m處井底被一塊大石封住，停止下挖；X圍井為封底圍井，挖至12.5m時遇封底

14、層開挖結束。統觀兩圍井井壁結構可以看出：墻壁直立，結構規則，與設計圖形狀致。兩井樁間連接無明顯的凹凸狀，在填筑層內有效樁徑為1.41.6 m，樁間連接厚度與樁徑差別不大。N圍井開挖的井壁中填筑層內含塊石墻體與下部塊球體的連接較好，在強風化中樁徑收縮較大，據在13.0m(強風化內3.5m)幾處探坑實測，樁徑約1.0m，與上部回填層相比樁徑減小40，部分含蝕余塊球體的地方樁體難以連接。6巖面結合試驗6.1試驗目的及布置驗證強風化巖層中的噴射樁徑及連接情況，為強風化層中設定噴射參數提供依據，巖面結合共布置8個孔，其中5個孔孔距1.2m。連成墻體。另外3孔為單樁，分別試驗雙水泵、單水泵及單水泵加高壓泥

15、漿泵噴射狀態下的樁體直徑，基本參數為水壓40MPa，漿壓39MPa。6.2開挖檢查5個1.2m孔距連鎖樁開挖深度7.5m，在4.5m深處有一條巖脈斜穿過墻體，墻體與巖脈連接較好。沒有發現漏噴孔洞。55m深處開始進入全、強風化，開挖證明樁體間已經實現連接，樁徑約1.2m，上部風化砂中樁徑1.6m。通過開挖檢查可以看出墻體在強風化層中能夠形成樁體但樁徑已大為減小，如要達到和上部回填層同樣的樁徑，噴射比能需增加。770°陡坡高噴試驗7.1目的及實施為尋求二期圍堰深槽陡坡段防滲處理采用高噴的可能性，利用單樁開挖的斜面人工澆筑700混凝土試驗槽，模擬二期圍堰深槽陡坡，在斜面上以孔距1.0m布置

16、2孔，采用三管法進行高噴試驗。7.2開挖檢查 開挖檢查發現，旋噴樁與斜面聯結牢固緊密，局部樁體擴大，與斜面接觸面增大，在兩樁中間與斜面接觸部位，沒有出現預想中的噴射盲區，接縫連接緊密，最簿弱部位37cm。以上表明，利用高壓旋噴樁在噴射參數恰當的情況下，可以作為輔助手段解決700陡坡段的防滲處理，之所以沒有出現漏噴現象，主要是因為噴射樁徑大于設計樁徑；因此要解決噴射盲區，及增大噴射厚度可以加大噴射能量，通過增加樁徑加以解決。8綜合評價8.1最佳孔排距組合通過高噴墻鉆孔取芯及壓水滲透系數K值分析，孔距1.0m，排距0.8m的布孔方式高噴墻效果最為理想，芯樣水泥含量較均勻，K值全部合格，離散性較小，

17、從圍井直觀檢測樁間搭接厚度大于30cm。孔距為0.8m，排距為0.6m的區域。檢查孔取出的芯樣水泥含量不均勻，局部含量很高，K值全部合格。查閱鉆孔原始記錄及噴射記錄可知，一序孔風動沖擊鉆孔及噴射時，該區域均發生串通現象，因此序孔噴射完后、其成樁范圍接近序孔孔位，局部還超過序孔孔位，使序孔噴射范圍大小不均，并不理想。孔距為1.2m，排距為1.0m的區段在覆蓋層中漿液與粉砂及砂礫石膠結強度較高，填筑層內膠結一般，局部水泥含量低。壓水滲透系數K值全部合格。考慮到地層不均勻及塊球體對噴射范圍影響，樁體之間成墻搭接不可靠，因此不宜采用此種孔排距組合。在進入強風化層后，各區段壓水時均發現有強風化層上部漏水

18、現象，說明旋噴樁進入強風化層后產生縮徑。從對試驗墻體檢查結果來看，三種孔、排距在填筑層中能實現可靠連接，但孔距1.0m排距0.8m為最佳孔排距組合。在強風化層中，孔排距尚需進一步通過試驗選定。8.2擴散性、均勻性評價 兩種工法噴射形成的高壓旋噴樁體，有效樁徑較大。對于填筑層、沖積層等軟弱地層，其外形較均勻，樁體間膠結良好，從剖切單樁剖面可以看出水泥與地層攪拌充分，膠結良好、密實。在強風化層中樁體形狀受地層破碎程度的影響較大，水泥漿擴散范圍減小。高噴樁屬用射流將水泥漿與地層顆粒就地攪拌(填充并膠結)地層顆粒而成，對樁周圍的地層還有擠壓 滲透作用。因此，高噴樁墻體性能隨地層變化而變化。含砂礫石較多的地層，其抗壓抗折強