高壓噴射灌漿在土壩壩基防滲工程中的應用

曾 斌

（清遠市水利水電勘測設計院有限公司，廣東清遠 511518）

高壓噴射灌漿是利用鉆機將帶有特殊噴嘴的注漿管鉆進至土層的預定深度，用高壓噴射流強力沖擊破壞土體，噴出水泥漿與土體破壞后分離的土粒攪拌混合，經過凝結固化后，在土中形成直徑均勻的圓柱體，也可以根據工程需要使之固結成其他各種形狀。一般適用于淤泥質土、粉質黏土、粉土、砂土、礫石、卵（碎）石等松散透水地基或填筑體內的防滲工程。

1 工程概況

某中型水庫大壩為均質土壩，最大壩高17.63 m，壩頂寬6.0 m，壩頂長286.0 m，該土壩是20世紀60年代填筑的，當時施工時清基不徹底，現在壩基滲漏較嚴重。對其進行工程地質勘察后，發現其壩基普遍存在第四系沖積中粗砂、粉土質砂、細礫，該層滲透性較大，為中等透水～強透水性，壩基滲漏量較大。現沿壩軸線布置一排高壓擺噴灌漿孔，高壓擺噴灌漿主要在壩基沖積層、殘積層及下伏全風化花崗巖層中進行，總孔數349個，終孔距1.5 m，采用三管法施工。

2 壩基工程地質條件

2.1 第四系沖積土（Qal）

見于土壩中間河床中間的鉆孔，該層主要為粗砂、細礫，局部夾0.8～1.1 m厚的淤泥質黏土。

2.1.1 粉土、黏土及淤泥質黏土

層厚約0.8～3.5 m，灰黃色、可塑，黏性較強。注水試驗測得的滲透系數為3.48×10-4～6.18×10-4cm/s，平均值為4.83 ×10-4cm/s。

2.1.2 粗砂、細礫

該層主要分布在河床位置，層厚約2.3～4.7 m，灰黃色，飽和，稍密。該層取擾動砂礫樣9組，其中細礫2組，粗砂7組，注水試驗測得的滲透系數分別為1.07×10-2cm/s、7.27×10-2cm/s，9組平均分別為4.07×10-2cm/s。

2.2 第四系殘積土（Qel）

左、右壩段人工填土層以下及中間壩段沖積層以下一般為殘積土層，層厚為3.0～8.0 m，局部未揭穿該層底板。該層為黃色粉土、粉土質砂，可塑至硬塑，黏性一般。注水試驗滲透系數為2.94×10-5～4.66×10-3cm/s，16段平均為8.53×10-4，大值平均值為2.41×10-3cm/s，小值平均值7.8 ×10-5cm/s。

2.3 基巖：燕山期第三期黑云母花崗巖（）

全風化花崗巖：見于壩中及右壩段地質鉆孔。殘積層或沖積土層以下為全風化花崗巖。灰黃色，半巖半土狀，除石英外，其余的礦物已風化為黏土，較密實，硬塑。錘擊鉆進較慢。注水試驗滲透系數為1.33×10-5～8.58×10-4cm/s，5段平均為4.08×10-4cm/s。

其下為強風化～弱風化花崗巖。

3 高噴灌漿現場試驗

為保證高壓噴射灌漿施工順利進行，確保施工質量，同時為檢查高噴灌漿工藝參數設計的合理性、成墻的可靠性，在施工開始前，在地質條件具有代表性的區段（原河床部位），用選定的配合比進行高壓噴射灌漿工藝試驗。通過試驗確定樁距和孔深以及確定漿液性能、噴射流量、壓力、擺噴的噴射流量、壓力、擺速和提升速度、每米水泥用量（分為黏性土、中粗砂、園礫等地層）等工藝參數?，F場試驗采用正方形圍井布置，施工完成7 d后，對圍井進行注水試驗，測出圍井的滲透系數，與灌漿前的注水試驗成果進行對比，根據實際情況調整設計參數。

4 高噴灌漿施工

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

4.2 鉆孔

鉆孔孔距1.5 m，孔位偏差＜5 cm，鉆孔偏斜率＜0.5%，鉆孔孔徑大于噴射管外徑20 mm以上。選取總孔深5%的高噴孔作為先導孔，采取芯樣，核對地層，描繪地質柱狀圖，間距為30 m左右?？咨钸M入全風化花崗巖層以下2～3 m，上限在原壩基位置上移1 m。

4.3 高噴灌漿施工

高壓擺噴灌漿分兩序施工，首先施工一序孔，然后施工二序孔。兩序孔高噴間隔時間＞7 d。當地層中水流速度過大時，先進行堵水處理，而后再進行高噴灌漿。施工在水庫低水位時進行。

4.4 施工參數

本工程采用三管法高壓擺噴灌漿，防滲墻采用擺噴對接形式，對接擺角 60°，設計孔距1.5 m，成墻的有效厚度≥20 cm，最小墻厚≥12 cm，墻體滲透系數k≤i×10-6cm/s（1≤i≤9），壩基砂礫石段墻體滲透系數k≤i×10-5cm/s（1≤i≤9）。

高噴灌漿漿液為純水泥漿，采用普通硅酸鹽水泥拌制。水泥漿液的水灰比采用1∶1（重量比）。高壓擺噴三管法施工，采用擺噴對接方式，噴管選用雙噴嘴，噴嘴直徑1.8～3.0 mm。高壓水壓力32～38 MPa，水流量70～80 L/min;空氣壓力0.6～0.7 MPa，空氣流量1.0～1.2 m3/min;水泥漿壓力0.6～1.0 MPa，水泥漿流量60～80 L/min，水泥漿密度1.5～1.7 g/cm3，噴嘴數量 2個，直徑 6～12 mm，回漿密度＞1.2 g/cm3。提升速度10～15 cm/min，河床砂礫石層段的提升速度10 cm/min;擺噴角度60°（沿軸線左右各擺動30°）。

4.5 施工技術要求

4.5.1 布孔與造孔

利用水準儀、鋼尺丈量，放線定位，調整鉆桿垂直度，校正鉆頭與孔位的偏差。泥漿護壁成孔，為保證成孔質量和孔壁穩定，適當調整泥漿漿液，控制濃度和黏度，防止縮徑和坍孔。對遇到地下有砂性土或壤土層，出現坍孔時，加大泥漿回填，填滿后繼續造孔。

4.5.2 制漿

水泥采用普通硅酸鹽水泥，制漿采用兩級攪拌，一級攪拌12 min后經過濾放入二級攪拌機，邊攪拌邊灌漿。制漿時嚴格控制水灰比1∶1，漿液比重為1.6～1.7 g/cm3，經常用比重計法檢測漿液濃度，保證漿液濃度、無顆粒、均勻穩定、流動性好。

4.5.3 高噴灌漿

高噴灌漿前，先在地面進行試噴試驗，檢查機械及管路運行情況，并調整好噴射方向和擺動角度，檢查水氣嘴是否暢通，壓力能否滿足設計要求，否則須重新調試設備或更換水嘴、氣嘴，直到壓力滿足設計要求。然后，可將噴桿緩慢下到孔底，下入或拆卸噴射管時，采取措施防止噴嘴堵塞。當噴頭下至設計深度，先按規定參數進行原位噴射，待漿液返出孔口、情況正常后方可開始提升噴射。噴射時采用間歇提升法，每提升30 cm，停5 min。在供漿正常情況下，孔口回漿濃度變小且不能滿足設計要求時，加大進漿濃度或進漿量。高噴灌漿全孔自下而上連續作業。需要中途拆卸噴射管時，搭接段進行復噴，復噴長度不得＜0.2 m。高噴灌漿過程中，出現壓力突降或驟增、孔口回漿密度或回漿量異常等情況時，必須查明原因，及時處理。對于孔內嚴重漏漿，采用降低噴射管提升速度或停止提升、進行原地灌漿，加大漿液濃度。在進漿正常的情況下，若孔口回漿密度變小、回漿量增大，降低氣壓并加大進漿漿液密度或進漿量。灌漿過程中發生串漿時，采取填堵被串孔，待灌漿孔高噴灌漿結束后，立即進行被串孔的掃孔，進行高噴灌漿，或繼續鉆進。灌漿過程中采取必要的措施保證孔內漿液上返暢通，避免造成地層劈裂或地面抬動。高噴灌漿因故中斷后恢復施工時，繼續復噴，其長度≥0.5 m。灌漿施工中如實記錄高噴灌漿的各項參數、漿液材料用量、異常現象及處理情況等。

4.5.4 回填封孔及清洗管路

高噴灌漿至設計頂部高程后，噴頭提出孔口，繼續向孔內注入水泥漿，保證孔內漿面高度，保持孔內漿柱壓力，隨沉隨補，直到孔口漿液不再下沉為止。當局部滲漏較大的地段，可采取復噴措施。每孔噴灌完畢后或因停電等原因停工時，都要及時清洗管路，特別是對漿液系統的清洗，保證無殘留的水泥漿堵塞管路。

4.6 施工中注意的問題

1）對局部土層有孔隙不冒漿的處理方法為：①停止提升，漿液正常送入，擺噴正常進行;②若3～5 s仍不返漿，關閉氣，高壓水，提升三重管，漿液繼續送入孔內，并往孔內灌砂;③當灌砂無效時，采取提升2～10 cm即停止，在該處噴射2～3 s，繼續提升2～10 cm，以此周而復始直至孔口冒漿;④可在漿液中摻入適當的速凝劑，加快與土層顆粒固結，在空隙大的地層，也可注入大量漿液，填滿后再提升擺噴。

2）壩坡輕微漏漿處理，其原因是存在裂縫或鼠洞等，與灌漿孔直接連通，筑壩時施工接頭處碾壓不實或有裂隙連通、未壓實、有散水平土層，在灌漿壓力作用下，漿液集中穿透土體冒漿，在壩內側坡漏漿，可做阻漿蓋解決，也可在漏漿出口處壓砂做反濾層，使其清水滲出，從而封堵漏漿。并采用濃漿灌-停-灌的間歇性灌漿處理。或在灌漿液中摻入水玻璃，摻入量為0.5% ～3%，加速漿液凝固，從而封堵滲漏通道。

3）凡經特殊處理的滲漏段，待孔口返漿后均將噴射管下至原不返漿的最下位置，再進行正常噴射（復灌），確保防滲墻墻體質量。

4）高壓設備及管路系統，其壓力和流量必須滿足設計要求。

5）高壓擺噴時先噴漿后擺噴和提升。在擺噴過程中保持連續性，當發現漿液噴射不足可重復噴射。

5 工程質量檢查

施工完成后，分別進行了鉆孔抽芯檢查及圍井注水試驗。

5.1 鉆孔抽芯檢查

在兩樁孔中間成墻搭接厚度最大的地方進行了鉆孔抽芯取樣檢查，從取芯情況來看，壩基粉土、黏土、粉土質砂、中粗砂、細礫段抽芯芯樣較完整，水泥膠結較好，芯樣抗壓強度一般在12 MPa以上。

5.2 圍井注水試驗

根據規范要求，在高噴防滲墻一側隨機布置圍井，在圍井中間鉆孔進行注水試驗，測得注水試驗滲透系數在5.7×10-7～2.6×10-6cm/s，達到設計要求。

從水庫水位達到正常蓄水位后的滲漏檢查情況來看，壩后的滲漏情況較施工前有很明顯改善，整體防滲效果達到預期目的。

6 結束語

高噴灌漿具有施工速度快、固結體強度大，且耐久性較好等優點。為確保高噴防滲墻施工質量，必須根據不同土層，合理確定高噴施工參數，針對性的采用不同的施工工藝，才能保證高噴施工質量，使墻體均勻，連續性好，連接可靠。對于特殊地層，特別是砂卵石、孤石，提升速度、進漿量及比重等主要技術參數應根據現場試驗情況而確定。

[1]白永年，等.中國堤壩防滲加固新技術[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[2]中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T5200-2004水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范[S].北京：中國電力出版社，2005.

[3]劉川順.水利工程地基處理[M].武漢：武漢大學出版社，2004.