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2010 年第8 期东北水利水电
武都水库土石围堰高喷灌浆试验研究
杨柳
［摘要］高压旋喷注浆就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，以高压设
备使浆液从喷嘴中喷射出来,冲击破坏土体，当能量大、速度快、呈脉动状的喷射流的动压超过
土体结构强度时，土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下,与浆液搅拌混合,并按一定
的浆土比例和质量大小有规律的重新排列，浆液凝固后,便在土中形成一个固结体，起到防渗
的作用。本文以武都水库围堰高喷灌浆试验为例，阐述了三重管法进行高压旋喷灌浆法的工
艺流程和试验效果。
［关键词］土石围堰；高喷灌浆；试验；武都水库
［中图分类号］TV551.3+1；TV543+.15 ［文献标识码］B
［文章编号］1002－0624（2010）08－0051－02
（二滩水电开发有限责任公司，四川成都610051）
1 工程概况
武都水库工程是涪江流域以防洪、灌溉为主，结合发
电，兼顾城乡工业生活及环境用水等综合利用效益的龙头
水库。坝址位于四川省江油市武都镇上游约4 km 的摸银
洞峡谷涪江上游河段，总库容5.72 亿m3。
武都水库围堰工程堰基均为砂砾卵石，堰体为开挖石
渣料回填体。为提高围堰的抗冲和防渗，在上游围堰的下
游坡脚堰基布置了两排高压旋喷桩，桩径不小于1.2 m，排
距0.8～1.0 m，孔距1.0～1.2 m，要求桩体连接的最小厚度
30～40 cm，凝结体抗压强度R28≥5 MPa。在下游围堰堰基
及堰体布置了高喷防渗板墙，采用旋喷套接，孔距1.0～1.2
m，最小厚度30 cm，凝结体抗压强度R28≥5 MPa。高压旋
喷桩及高喷板墙均采用新三重管法施工，双喷嘴旋喷。桩
体深入基岩0.5～1.0 m，孔斜率不大于1.5% ，K≤i×10-6
cm/s（0＜i＜10）。
2 试验参数
为了优选适应本工程地质条件的、合理的防渗体设计
参数（即孔距、排距）、施工参数（即浆压、水压、气压和输浆
量、输水量、输气量、旋转速度、提升速度、浆液配比等）、施
工工艺，以便分析施工机械组合的工效、材料及劳力消耗
指标，了解固结凝结体的物理性能，有必要在施工前进行
高压喷射灌浆试验。初拟试验参数：浆压不小于40 MPa；浆
量大于80～100 L/min；水压不小于40 MPa；水量大于75
L/min；气压大于1.0～1.5 MPa；气量为8 m3/min；转速为
10 r/min；提升速度为10～12 cm/min（不同地层应采用不
同的提升速度）。
灌浆孔孔壁可用泥浆固壁，也可下入特制的PVC 花
管护壁。浆液拟采用密度为1.6～1.7 g/cm3 的水泥浆液，孔
口回浆密度不小于1.2 g/cm3。
3 高喷试验
3.1 试验场地选择及填筑
试验场地选择在下游围堰右堰肩上游，试验区高程为
574.8 m，平整面积约700 m2。实验场地填筑利用自卸汽车
运输石渣料，推土机摊铺平整，碾压机碾压密实，填筑体的
干密度达到2.21 g/cm3，达到设计填筑质量要求。
3.2 试验机具选择与性能
钻孔采用重庆钻探厂生产的MGJ—100 型钻机配合气
动冲击器偏心跟管钻进成孔工艺。钻头采用中准146 合金
球齿偏心钻头，跟进套管采用准150 无缝钢管，丝扣连接。
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。
高喷灌浆采用GS500—4 型高喷台车，并列三联管法
自下而上旋喷成桩。喷具直径准89，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12.0 m 的特点，提升采用无级变速，变速范围0～25
cm；水压设备采用天津通用机械厂生产的302—3275/50
高压柱塞泵，额定工作压力50 MPa，实际工作压力40~41
MPa，具有长时间连续工作的特点；灌浆采用BW—150 型
泥浆泵，调节手柄档位可得到不同的压力、流量组合。
3.3 施工试验方法
3.3.1 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、
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东北水利水电2010 年第8 期
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封孔→高喷台车移位。
3.3.2 造孔
1）钻孔施工工序：放线布孔→钻机就位→钻机找平→
固机及套管调整垂直→开孔、纠斜→钻进、纠斜→终孔→
取钻杆→下PVC 管→拔导管→终孔验收。
相邻孔施工时间间隔不少于24 h；钻孔时要求管架定
位准确、安装平稳，钻孔孔位偏差不大于5 cm，孔斜率不大
于1.5%；钻孔过程中，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布情况，并准确记录其厚度及孔
深；钻孔结束后，先取出钻杆，然后下入准110×1.5 的PVC
管护壁，起拨套管，接头套接后用塑料带密封。
2）注水试验：检查孔钻孔完毕后，取出钻杆，下入PVC
花管，用砂浆封闭井口后进行注水试验，注水方法采用固
定水头法，即将注水孔中的水位抬高到一定高度，采用水
箱自流供水，出水口安装调节灵活的配水阀门，保持水头
不变，连续注水，注水量采用测量水箱下降深度和量筒检
测的方法。
钻孔完成后，清孔，检测孔深，确定试段长度；在钻孔
结束后测量并记录钻孔深度和地下水位，进行注水前的稳
定水位观测，每10 min 观测一次水位，当钻孔水位连续3 次
读数变化幅度不大于1 cm 且无连续升降时可认为稳定；注
水量由小到大，当动水位升高到设计高度以后应控制注水
量，使水位保持稳定；注水开始后，每隔3~5 min 观测一次水
位、水量，稳定后改为每隔10 min 观测一次，持续观测24 h，
读取稳定渗流量值；稳定耗水量的允许误差：（Q最大-Q 最小）/
Q 平均≤10%时为稳定。
根据SL31-2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》
计算渗透系数。
K= Q
2πLH lnLr
0
式中：K—渗透系数，cm/s；Q—注水量，m3/d；L—试段长，
m；H—注水造成的水头高度，m；r0—造孔半径，m。
3.3.3 高喷灌浆
1）高喷灌浆参数（见表1）。
2）浆液配制。配制浆液的加料顺序为水→水泥→搅拌
60~90 s，必须按加料顺序加入所需材料，各种材料的加量
准确，进浆浓度满足设计要求。浆液必须充分过筛过滤，自
制备到用完时间不超过4 h。
3）高喷灌浆。施工艺程序：台车行走、就位及调试→地
面试喷→下喷具→静喷→孔口返浆检测→提升喷灌→孔
口注浆、回灌、封孔→高喷台车移位。高喷灌浆分二序施
工，相邻次序孔施工时间间隔不少于24 h；先施工围井墙
体孔，后施工围井封底孔。
当喷具下入到设计深度后，启动旋喷机，调节风、水、
浆的流量、压力和旋喷机的旋转速度，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，直至桩顶高程停喷。在高喷灌浆过程中，随
时检查施工机具运转是否正常，风、水、浆的流量，压力值、
进浆比重、回浆比重及旋转速度、提升速度等参数，并认真
做好施工记录，保证资料真实、准确、完整。
高喷灌浆结束后，指派专人负责用返浆进行孔口注
浆，直到回填密实，浆面不再下降。
4）特殊情况处理。提升速度要根据地层和返浆情况做
适当调整，在地层交界处应停止提升，静喷2~3 min，并加
大供浆量；在块碎石架空地层中喷射灌浆时采取以下措
施：喷具停止提升，静压注浆，使架空地层全部充填密实，
孔口返浆符合要求后才能恢复喷具提升；降低喷射水压和
风压，水压、风压分别降至5 MPa 和0.3 MPa 加浓浆液，增
大供浆量，孔口掺砂等措施；为了防止喷具被埋堵，采用间
隔提升的方法，待返浆后将风、水、浆等参数调整至正常
值。试验施工成果分析。
5）孔斜控制。高喷灌浆要求钻孔孔斜率不大于1.5％，
本次试验采用MGJ—100 型钻机偏心跟管钻进，钻进中边
钻进边校正孔斜，孔斜不合格要求采用扩孔措施进行纠偏
处理。
4 试验检测方法及成果
4.1 试验方法
试验检测以钻孔取芯、检查孔注水及桩内外开挖方式
进行。
1）芯样试验结果。从4 根桩检查孔的岩芯看出，大部
分岩芯破碎，局部芯样无水泥胶结体，取芯率分别为
69.2%，73.6%，75%，87%，芯样强度抽检3 组，其14 d 抗压
强度值均能满足设计要求的R28≥5 MPa。
总的来看，取芯效果比较好，相邻桩之间在高喷时有
明显切割，胶结充分。
2）注水试验。为了检验高喷防渗体的防渗效果，每个
检查孔都进行一次性静压注水试验。注水试验采用固定水
项目技术参数相应要求说明
高压水
压力：40~41 MPa 水嘴个数：2 个
排量：87 L/min 水嘴直径：1.8mm
压缩空气
压力：0.7～0.75 MPa 风嘴个数：2 个风嘴
与水嘴间隙3mm 排量：6 m3/min
浆液
压力：1.0~1.2 MPa 进浆比重≥1.6 g/cm3
充分利用孔口返浆回灌
排量：94 L/min 回浆比重≥1.3 g/cm3
提升速度
一序孔：3~7 cm/min 根据地层情况
调整提升速度
粉细砂层:3 cm,砂卵层
二序孔：3~7 cm/min 5 cm,填筑石渣层7 cm
旋转速度4 r/min
表1 高压旋喷灌浆参数表
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[收稿日期] 2009-12-01
头法。注水试验成果见表2。
表2 检查孔注水试验成果表
3）开挖检查。采用挖掘机结合人工开挖的方式对防渗
体进行开挖检查，开挖时完全揭露出石渣填筑层、河床砂
卵石覆盖层。
4）注水试验。为了检验高喷防渗效果，对检查孔进行
了整孔注水试验。注水试验成果见表3。
4.2 试验分析
1）试验区地层填筑模拟截流围堰地层，具有一定的代
表性，基本上能指导下游围堰高喷防渗墙的规模施工。
2） 试验采用MGJ—100 锚杆气动冲击偏心跟管钻进，
PVC 管护壁，并列三管法高压喷射灌浆施工工艺，完全能
满足土石围堰填筑体施工。
3）试验段地层的地质情况表明，河床卵石覆盖层级配
分布极不均匀，粒径20~40 cm 的砂卵石集中地段会使高
压旋喷桩产生严重的“缩径”现象，从而使桩径达不到设计
要求的尺寸，（孔距1 m 的布孔方式），防渗墙剖面出现渗
漏点。
4）由于围堰下部砂卵石覆盖地层可灌性差，制约了高
喷灌浆的提升速度，进而造成注浆时间延长，水泥浪费比
较大。
5 结语
1）根据试验成果资料分析，下游围堰高喷施工设计工
程量4 500~5 000 延米，正式施工时只需4 台高喷台车，6
台锚杆钻机，可在30 d 内完成施工任务。
2）围堰填筑时尽量减少孤石在堰体内的比率。高喷灌
浆时遇到孤石时，将对浆液扩散产生阻碍作用，从而使桩
径达不到设计要求，搭接出现问题。
3）质量检测结果表明，武都水库土石围堰由大量人工
填筑体组成，采用高压旋喷防渗墙防渗，只要采取适宜的
施工方法和合适的工艺参数，严格控制施工参数和各工
序，防渗质量是有保证的，但渗透系数K 不一定满足K=i×
10-6 cm/s（1＜i＜9）要求。
孔号
试段长
/m
水头
/m
地层岩芯性
孔径
/mm
渗透系数
/cm·s
说明
J1-2 4.00 3.18 石渣填体、砂卵石91 6.36×10-5
J1-3 4.00 2.99 石渣填体、砂卵石91 3.97×10-4 有明显渗漏
J2-2 3.51 2.61 石渣填体、砂卵石91 5.16×10-7
J2-3 3.55 2.47 石渣填体、砂卵石91 2.48×10-6
孔号
试段长
/m
水头高度
/m
地层名称注水方式
渗透系数
/cm·s-1
J1-1 3.4 3.1 填碴、卵石静压注水3.36×10-5
J2-1 3.3 2.82 填碴、卵石静压注水2.31×10-6
表3 注水试验成果表
[收稿日期] 2010-05-07
2．6 闸门自动控制系统
系统由计算机、PLC 实现远程控制闸门的启闭操作，
计算机通过485 串行通讯方式与PLC 进行数据交换，PLC
根据控制逻辑向现场控制部件发出控制信号，达到控制闸
门的目的。软件分为中心站监控软件和PLC 控制软件，可
靠性较高。
3 水库信息管理集成系统
水利事业正在由传统的工程水利向现代水利迈进，为
了适应现代水利对水利工程管理的发展要求，工程管理的
各个子系统集成为水库信息管理平台。以Web GIS 技术为
主，建设新一代的水库信息平台，界面友好、技术上乘、安
全可靠，相对来说3S 技术是新平台的关键技术。集成系统
结构图见图1。
这次系统集成并不是简单的合并界面，而是一种新的
工程管理理念的开端。集成后的系统将以全新的内涵，为
水库管理的决策提供科学的、全面的、实时的支持。
图1 集成系统结构图
背投式屏幕显示器
察尔森水库信息管理系统远程管理系统
水情
遥测
系统
洪水
调度
系统
闸门
自动
系统
大坝
监测
系统
视频
传输
系统
GIS
管理
系统
GIS
数
据
库
RS
信
息
GPS
信
息
大
坝
自
动
化
测
点
分
布
水
资
源
利
用
水
文
测
站
分
布
水系与水利
实
时
观
测
数
据
处
理
更
新
GIS
库
遥
感
专
题
图
更
新
GIS
库
显示、控制、报表打印
原有系统
水库重点区域三维显示
洪
水
演
进
显
示
历
史
洪
水
灾
害
显
示
3D 显示
系
统
权
限
设
置
系
统
日
志
记
录
系
统
数
据
备
份
安全模块
工程建设与管理
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Water Resources &Hydropower of Northeast No.8 2010(Total No.313)
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Influence of various factors on ice-flood for a certain river section
HE Feng
[Abstract] The paper describes the types and influence factors of ice-flood of a certain river section. The iceflood
types of this section has ice jam, ice dam and outburst ice-flood. This type of flood often occurs above
70km upstream of the section in the coldest December to January. The flood volume is small and flood peak is
low, but the flood carries large amount of massive hard ice drifting to the downstream river, which is an important
causation for the formation of larger ice dam disaster.
[Key words] ice-flood; ice-flood characteristics; influence factor
Application of stepwise regression model based on mean generating function
in long-term hydrological forecasting
Feng Jian，Zhang Chang-jun
[Abstract] Based on the annual maximum discharge data series of Jiangqiao station of Nen river since 1953, the
paper builds the long-term hydrological forecasting model by stepwise regression using mean generating function,
carries out test and inspection by the model. The results show the model has a good history match and forecast
results and the results have some credibility.
[Key words] mean generating function; stepwise regression; model; long-term hydrological forecasting
Test study of high-pressure grouting for earth-rock cofferdam
of Wudu reservoir
YANG Liu
[Abstract] The high-pressure churning grouting is put the grouting pipe with nozzle to the expected soil position
by the rig, outpour the slurry from the nozzle to shock and damage the soil. When the dynamic pressure of
squirt flow with large energy, fast speed and pulsation appearance exceeds the structural strength of soil, the soil
particles mix with slurry under the shock power, centrifugal force and gravity, and realign according to the quality
and proportion of soil and slurry. Then the solidified slurry forms the induration in soil to control the seepage.
Taking the high-pressure grouting test for cofferdam of Wudu reservoir as example, the paper describes the technological
process and test effects of the high-pressure churning grouting with triple tube method.
[Key words] earth-rock cofferdam; high-pressure grouting; test; Wudu reservoir
Application of mobile stop log buttress aqueduct
ZHOU Bai-yan, ZHANG Li-zhi, WANG Jia-qi
[Abstract] Through the scheme comparison, the paper chooses the scheme as follows: beating wood piles first,
laying reinforced concrete plates on the piles as the base; then laying reinforced concrete stop logs on the base as
the buttress; erecting steel aqueduct on the buttress to form the stop log buttress steel aqueduct. The scheme
solves the irrigation questions for laying aqueduct on peat soil wetland, then the method would be used to solve
the drought problem with simple, convenient and less cost.
[Key words] mobile; stop log buttress; steel aqueduct; peat soil wetland; drought relief