（内蒙古大唐国际海勃湾水利枢纽开发有限公司内蒙古乌海市016000）
摘要：黄河海勃湾水利枢纽工程在深厚粉细砂覆盖层厂房基坑施工期涌水、流沙治理中采用防渗墙加固、管井降水、渗漏通道封堵、基础加固等综合治理措施。取得了较好的效果并取得了成功，为同类地层涌水治理提供借鉴经验。
关键词：深厚覆盖层；厂房基坑涌水、流砂；综合治理；技术研究
一．项目概述
黄河海勃湾水利枢纽位于内蒙古自治区乌海市境内的黄河干流上，是一座防凌、发电等综合利用的大（2）型工程，由土石坝、泄洪闸、河床式电站等建筑物组成。河床布置四台贯流式水轮发电机组厂房，总装机容量90MW。2014年四台机组全部投产发电，枢纽目前已经运行两年时间，机组运行状况良好，枢纽厂房坝段观测仪器所反映观测数据均处于正常状态。
枢纽工程于2011年3月实施截流，6月份在厂房基坑开挖过程中，基坑内及基坑边坡出现局部塌陷和集中涌水、流沙现象。根据地质补勘揭示，基坑和右岸土体局部已经发生渗透破坏，地下存在集中渗水通道。通过研究论证采用右坝肩高压旋喷防渗墙、管井降水、封堵集中渗水通道以及采取反滤压盖阻止泥沙被水流带走等措施，解决粉细砂基坑涌水以及涌水流沙造成地基疏松和塌空等地质灾害。验证厂房深厚粉细砂覆盖层厂房基坑施工期涌水、流沙综合治理在技术上的可行性，效果上的可靠性，经济上的合理性。
二、研究的内容与研究成果
1．项目研究内容
本项目研究旨解决电站基础粉细砂地层基坑涌水、降低地下水压以及涌水流沙造成地基疏松和塌空等地质灾害的治理研究，通过采用管井降水、垂直防渗处理以及灌浆堵漏、填压、置换等一系列综合治理措施，在已有的地质勘测资料及设计图纸提供的技术参数的基础之上，经过现场实际操作与生产性验证，验证各种施工工艺和技术参数的适应性。
基坑涌水带砂及塌陷防渗墙抓槽涌水
2.工程地质条件
电站厂房段设计建基面土层为第Ⅲ地质单元（Q3al+l）地层，上层土体以粉砂、细砂为主，中密～密实状，夹有砂壤土、粉土、壤土和粘土透镜体，层底埋深在河床面以下约40m处；下层以砂砾石为主，中密～密实状，泥质含量高，夹有粘性土透镜体。电站坝段厂房基坑自河床至建基面的开挖深度约为25m。基坑右侧边坡高度约为39m。
3.项目措施实施
3.1高喷灌浆施工
一次高喷防渗墙轴线总长共计为775.37米，孔深25.0～33.0米。高压旋喷防渗墙采用三管法喷射注浆，浆液水灰比为：1：1～0.6：1，结合生产进行灌浆试验，确定高喷施工的主要施工技术参数为：水压40MPa、气压0.7MPa、降压为0.4MPa，提升速度控制在5～10cm/min。二次高压旋喷防渗墙施工是在基坑右坝肩原高压旋喷防渗墙的基础上进行加固、加深补强施工。调整后的高喷防渗墙深度在43.14～47.0m。
依据类似工程经验分析，高压旋喷孔采用潜孔钻直径146mm和地质钻直径110mm开孔，孔距1.0m，单排旋喷套接。分别采用泥浆护壁和PVC管护壁。孔位放样每隔50米由全站仪测设一轴线控制点，控制点之间由钢卷尺丈量出灌浆孔位。孔位布置为单排，孔距1.0m，分两序，逐序加密施工。开孔孔位偏差≤5cm，钻孔孔径潜孔钻φ146mm、地质钻φ110mm。右岸边坡基础是第四系全新统冲积物，为确保基坑干地施工，减少基坑抽排水量，防渗墙深入到第四系上更新统冲积湖积物，界定主要依据设计资料地质剖面图结合现场钻进过程中钻进速度、返水颜色以及钻渣来界定。
钻机就位时采用水准尺或罗盘定位，孔斜率小于或等于0.5％。地质钻机钻孔采用泥浆护壁（膨润土），钻孔结束后采用量钻杆测量孔深；潜孔钻机钻孔采用套管跟进钻进，终孔后采取强风清孔，PVC管护壁，用测绳验孔，验孔后孔口进行妥善保护。
钻孔验收合格后，旋喷机就位。下入喷管前，先进行地面试喷以检查设备是否运转正常以及管路、喷嘴畅通情况。在下入或拆卸喷射管时应对喷嘴进行保护以防堵塞。当喷头下到孔底后，进行原地转动静喷。待孔口返出浆液，风压力、返浆比重达到设计值时，正常提升。喷射过程中定时检测原浆、返浆比重，控制风压。
对于在粉细砂地层中由于水压力形成粉细砂上涌，喷灌过程中塌陷容易掩埋喷管造成喷管无法转动等现象，我们采取如下措施：
①加大钻孔孔径或减小喷射管直径，以增加喷管与孔壁间隙；
②钻孔应垂直，不使用弯曲、瘪陷的钻杆，一旦发现钻孔超偏，尽快采取措施予以处理或报废；
③钻孔结束后及时验收，尽早喷灌，以防止粉细砂层上涌；
④对于抱喷管频繁地段宜采用分段起拔套管，分段喷灌的方法。
⑤遇喷射灌浆过程中出现不返浆的情况，采用每米静喷30分钟后提升的原则，局部不返浆的部位可采用降低浆压、气压，上、下提升喷管等措施。
⑥在高喷灌浆过程中，出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度和回浆量异常，甚至不返浆等情况时，查明原因后及时处理。
⑦当孔内出现严重漏浆，采取了以下措施进行处理：
a降低喷射管提升速度或停止提升；
b降低喷水压力、流量进行原地灌浆；
c喷射水流中掺加速凝剂，如水玻璃、膨润土等速凝材料；
d加大浆液密度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆；
e向孔内冲填砂、土等堵漏材料。
⑧供浆正常情况下，孔口回浆密度变小、不能满足设计要求时，采取加大进浆密度或进浆量的措施予以处理。
⑨如高喷灌浆发生串浆，则首先填堵被串孔，继续串浆孔的高喷灌浆；待其结束后，尽快进行被串孔的扫孔、喷射或继续钻进。
在一次防渗墙施工完成后，我们对防渗墙进行了检查，检查采用钻孔取芯注水的方式。共钻检查孔19个，透水率值Q均满足设计要求。
在二次高喷时出现了一些与一次不同的异常现象，个别孔位渗漏较为严重，采取一次灌浆特殊情况的处理方案无果的情况下，我们采用了在集中渗漏孔位处钻孔预埋花管至渗漏高程，采用砼泵车灌注一级配的砼的方式，对渗漏较为严重的孔位进行空腔回填。通过此方案的处理，渗漏较为严重的问题得到了较好的解决。
右侧高喷与围堰防渗墙形成闭合体，施工完成后，右侧来水被防渗墙隔段，增加来水绕渗渗径，基坑内涌水得到了明显的改观，为后续管井施工奠定了基础。
3.2管井降水施工
3.2.1管井布置形式
结合基坑开挖及砼体型，在上游护坦及下游尾水渠，右岸在安装间右侧，左岸在施工永久泵坑外侧，不影响主体砼浇筑体型范围内，形成大的围井管井布置。先期通过理论计算共布置需要布置管井85口，后续根据排水效果及管井存在破坏等原因，累计造井数量达到140口。
3.2.2管井法排水施工概述
在基坑周围作业面上布置一些单独工作的管井，每个管井配备1台专用深井水泵。当水泵抽水时，井内水位下降，在井的周围自然形成降水漏斗，几个或多个漏斗相互作用，形成一个大的降水区域，将地下水位降到基面以下，避免地下水位过高给施工带来的不利影响。
（1）管井选择
本工程基坑降水结构采用降水管井开口孔径D650mm，一经到底，管井采用D500mm无砂混凝土管，壁厚50mm，其孔隙率大于20%；回填滤料采用2～6mm粗滤豆石，地面下5m反滤段填入黄土封井，特别注意在穿越砂层时管井上下1m范围内包裹滤网。水由深井潜水泵排出管井后，通过输水管路将水从排至上下游河道内。
（2）管井间距、数量
根据讨论会统一意见（井底高程为1025.0m～EL1023m），取非完整井井深为35m，含水层为细砂。管井间距、数量估算如下：
1）基坑总涌水量计算
Q总=1.366K（2H0-Sw）Sw/[lg（R0/r0）]。
经计算，Q总=1.366×0.95×（2×60-10）×10/lg（80/69）=22220.58m3/d。
2）单井出水量确定
设计钻探孔径为650mm，井管直径设计为426mm。其理论最大单井出水量按以下经验公式计算：q=65πdl3√K，经计算，q=65×π×0.426×13.4m×3√0.45=258m3/d。
管井抽水设备配置按258m3/d&pide;24≈12m3/h配置。
3）管井数量的确定
布设管井的数量是根据基坑总排水量与单井出水量确定，计算公式如下：n=1.1×Q总/q，计算出至少共需要布设管井数量为85眼。随着基坑水位的降至基坑建基面后，涌水量也会逐渐变化，管井数量根据降水情况随时进行了调整。
（4）管井施工
1）管井施工工艺流程为：施工前准备→场地放样→钻机安装→钻井→成孔（孔径为65cm）→下井管（无砂混凝土管）→填滤料（5～20mm砾料）→洗井（自上而下）→水泵就位→试抽水→正式抽水→井孔封堵。
2）施工工艺及技术要求
施工机械为反循环钻机，开孔口径650mm，一径到底。
①测放井位：按照设计基坑降水平面布置图进行现场放样定位，孔位中心偏差<±0.5m，现场适当进行了调整。
②埋设护筒：埋设护口管下口应插入原状土中，管外封严，护管口高出地面0.3m。
③钻机安装：机台水平安装，大钩对准孔中心，成“三点一线”。
④钻井：钻井泥浆比重控制在1：1.05～1：1.10，含砂量小于8%，提升钻具或停工时，保证孔内压满泥浆。
⑤下井管：下井管前测量孔深，孔深必须达到设计要求深度，下至设计深度后，在滤管上下设一套扶正器，井管焊接牢固，保持垂直。
⑥安装泵、试抽：井内安放水泵前清洗滤井，冲掉沉渣，电缆有可靠的绝缘性，并配置漏电保护开关控制，安装完毕后进行试抽，满足要求运行正常后开始工作。
⑦洗井及抽水运行应用管道将抽出的水有组织的跨过围堰排至场地外围河道内。
⑧正式抽水过程中，水泵压力要由大到小逐级增加，保证抽水量和基坑重力水的疏干。经常检查各井点的出水情况，发现漏气或者不出水的情况，及时进行了洗孔处理，保证各井点正常工作。
⑨基坑中间设置水位观测孔，观测孔用长7m的Φ48mm钢管加滤管，水枪冲孔插入土中，每天观测水位标高。
3.2.3管井形成效果
通过基坑内双排管井排水，使基坑内地下水位降至开挖基础面以下，为顺利进行下一步的开挖施工，打下坚实的基础，施工完成后效果良好。
3.3基坑内防渗墙涌水采用灌注砂浆法施工
对于永久塑性砼防渗墙部位因地下地质条件复杂，设计底部黏土层厚度不一，施工时出现因下部黏土层薄，为满足设计要求而出现的地下承压水上涌情况，现场多采用先用碎石加黏土的方式进行填压，增加上部盖重，避免涌砂，及时调集根管钻机（克莱姆850-1、MZ200）进行涌水部位的钻孔施工，采用钢套管跟进方式，深入黏土层破坏区1m以下，待钻孔完成后，钻机挪开，HBT80砼泵管前端软管与钢套管相连接，向孔内灌注泵送砂浆，泵压控制在10MPa，为避免造成严重破坏，待泵机显示压力值过大时，停止灌注砂浆，使用液压拔管机提升，在进行灌注砂浆方式添堵下部漏点。止水效果明显。
管井排水砼施工时基坑处于干地施工
3.4设计单位采取的加固措施
根据设计文件要求在岸坡增加高喷灌浆，桩径为1m，桩距为2m，孔深平均值为40m进行布置，起到边坡空洞填充和稳固边坡的作用。另对碎石桩进行加深，由原设计10m，加深一倍设计，防渗墙上、下游各布置2排高喷灌浆孔，具体为桩径1m，桩距2m，桩底控制与碎石桩桩体高程一致，起到防渗墙周边基础稳固作用。
4、项目成果总结
此项目依托黄河海勃湾水利枢纽河床式厂房工程，基础为大于500m深厚粉细砂，岸坡与基坑开挖建基面高差39m，地下水位较高。原围堰闭气施工完成后，基坑开挖期间出现涌水、流沙和岸坡塌陷现象。该成果在工程施工期间的成功应用，保证了施工期的顺利进行。该项目主要研究的成果如下：
1、在原围堰防渗墙的基础上，上下游围堰防渗墙加深，右岸边坡增加高压旋喷防渗墙，增强了防渗效果。
2、采用管井梯段降水，降低基坑周围地下水位。
3、基坑涌水部位采用反滤压盖、滤水围井临时反滤措施，防止施工期基坑涌水携带砂土细颗粒流失。
4、对基坑集中渗水通道实施花管灌注砂浆封堵，针对砼防渗墙施工中发生强涌水采取套管跟进钻孔、泵送砼封堵措施处理，解决了强涌水问题。
5、通过上述四项措施实现了干地施工，后期按设计要求在岸坡进行高喷灌浆，在厂房基础加密加深振冲碎石桩及防渗墙周围进行高喷灌浆，保证了厂房工程施工期的安全。
五、结语
海勃湾水利枢纽工程深厚粉细砂覆盖层厂房基坑施工期涌水、流沙综合治理技术成功应用，为海勃湾水利枢纽工程厂房后续基坑基础处理、砼施工提供了干地施工的保障，同时也为工程二期导流、蓄水奠定良好的基础。
枢纽工程于2014年8月四台机组全部投产发电，目前枢纽厂房坝段观测仪器所反映观测数据均处于正常状态。本项目的成功，不但为海勃湾水利枢纽工程取得了巨大的经济效益，也为同类地层涌水、流沙的治理提供可借鉴的经验。