灌漿技術在病險土石壩防滲加固中的應用

彭勤濤

（福建省永川水利水電勘測設計院有限公司 福州市 350002）

1 概述

灌漿技術是一種經濟且技術先進可靠、施工工藝簡單和施工速度較快的防滲技術，在解決病險水庫中的壩體、壩基防滲加固項目中應用較多。灌漿技術分為高噴灌漿和劈裂灌漿，其中高噴灌漿分為高壓旋噴灌漿、高壓擺噴灌漿和定噴灌漿。現結合具體的工程實例來介紹灌漿技術的機理、施工要求和適用范圍。

2 防滲灌漿技術

高噴灌漿技術主要應用于均質粘土心墻壩和均質土壩，灌漿形成的防滲墻位于壩軸線或平行于壩軸線上，以水泥漿或水、氣、水泥漿液高壓旋噴套接成柱墻或擺噴成折墻，形成壩體的防滲墻以達到加固壩體結構和防滲防漏的除險加固效果。

高壓噴射灌漿技術是借助高速射流（水、漿液或空氣）直接沖擊、切割、破壞、剝蝕原地基材料，受到破壞、擾動后的土石料與同時灌注的水泥漿液發生充分的摻攪混合、充填擠壓、移動包裹至凝結硬化，從而構成堅固的凝結體，成為結構較密實、強度較高、有足夠防滲性能的構筑物，以滿足工程需要的一種技術措施。

劈裂灌漿是向壩內土體鉆孔內壓水或灌漿，作用在孔壁上的徑向壓力引起孔的擴張，使孔壁土體受劈裂擠應力而產生裂縫，壓注水泥或混合漿液，使壩體沿軸線方向形成一道或數道粘土帷幕，起到加強壩體結構和防滲的效果。

福建地區病險土石壩除險加固常采用高壓旋噴套接和擺噴折接形式。

3 工程應用

3.1 高壓旋噴灌漿實例

福建龍巖永定縣境內的田地水庫正常蓄水位為599.80m，死水位585.60m。主壩為均質土壩，地基為變質石英砂巖，壩頂高程604.80 m，最大壩高26.0 m，壩頂長度152.5 m，壩頂寬度5 m。大壩由于運行時間較長，壩體內白蟻活動和壩背坡植物生長，壩后坡有浸潤濕處和少量滲水，采用三管高壓旋噴灌漿后效果良好，壩背坡的滲水消失。高壓旋噴套接形成的防滲墻，墻體由單個圓柱體連接而成，在施工過程中由于地質或轉桿鉛直度等原因，導致墻體下部分叉，形成防滲墻的保證率不高。因此在壩高小于30m的條件下，常采用三管高壓旋噴灌漿或單管高壓旋噴灌漿。

三管法使用帶水、氣、漿3個通道的噴射管轉桿，轉至設計高程或強風化地層內，從內噴嘴中噴射出壓力為（30～40）MPa或更高水流，同軸噴射的水流與氣流沖擊破壞土體，然后由水泥漿泵灌注較低壓力的水泥漿液進行充填置換，以達到加固的效果。

（1）田地水庫除險加固的三管旋噴參數。

孔距與鉆孔要求：用單排孔，布置在原壩軸線的下游0.5 m，孔距為1 m，分序造孔，先導孔先施工。灌完第一序孔后再造第二序孔，孔距（1.0～2.0）m，壩體采用水泥灌漿，鉆孔采用鉆機鉆孔，孔徑為130 mm，造孔鉛直斜小于0.5%。

（2）施工工藝流程。

施工準備：先進行場地平整，清除樁位處地上、地下的一切障礙物，場地低洼處用粘性土料回填夯實，并做好排漿溝。

測量定位：根據高壓旋噴樁的里程樁號定出試驗區域的控制樁，然后根據樁距放出旋噴樁的樁位位置。

機具就位：移動設備至施工部位，定位校準樁機，使樁機水平，導向架和鉆桿應與地面垂直，傾斜率小于0.5%。

采用三管高壓旋噴施工，造孔：使用XY-1A型和XU-300型等液壓地質巖芯旋噴鉆機鉆孔，宜優先使用跟管鉆進。

下入噴射管：使用鉆機鉆孔時，為防止泥沙堵塞噴嘴，可采取包扎塑料膜或膠布的防護措施，也可邊低壓送水、氣、漿邊下管，水壓力一般不超過1 MPa，如壓力過高則易將孔壁射塌。

漿液配置：為了提高均質土壩的防滲能力，增加高噴墻凝結體的塑性，施工中選擇水泥漿液作為高噴的主要漿材。如32.5 R級以上硅酸鹽水泥。水灰比為 1.5∶1～0.6∶1，進漿密度（1.4～1.7）t/m3，回漿密度小于 1.25 t/m3。

噴射注漿:噴射管下到設計深度后，開始時先送高壓水，再送水泥漿和壓縮空氣（在一般情況下，壓縮空氣可延送 30 s），之后原地靜噴（1～3）min，待達到預定的噴射壓力和噴射量，且孔口冒出漿液后，再按預先定好的提升、旋轉或擺動速度，自下而上進行噴射作業，直到設計高度方可停送水、氣、漿，提出噴射管，設計參數：水壓力（35～40）MPa，流量 Q=（70～80）L/min，壓縮氣壓力為（0.6～0.8）MPa，氣量（0.8～1.2）m3/min，水泥漿壓力（0.2 ～1.0）MPa，流量 Q=（60～80）L/min，提升速度（10～20）cm/min,旋轉速度（10～20）r/min,漿液比重：漿液采用 32.5 R 級普通硅酸鹽水泥攪拌，漿液比重（1.4～1.7）t/m3。 噴射時，先應達到預定的噴射壓力、噴漿旋轉30 s，水泥漿與樁端土充分攪拌后，再邊噴漿邊反向均勻旋轉提升注漿管，提升速度為（15～25）cm/min,直至距樁頂 1 m時，放慢攪拌速度和提升速度，保證樁頂密實均勻。中間發生故障時，如不返漿，應停止提升和旋噴，以防樁體中斷，排除故障后，重新開始噴射注漿的孔段與前段搭接不少于1 m，防止固結體脫節。

沖洗：噴射施工完成后，應把注漿管等機具設備采用清水沖洗干凈，防止凝固堵塞。

充填灌漿：噴射結束后水泥漿液凝固析水，孔樁凝結體頂部會出現凹陷，應隨即在噴射孔內進行靜壓充填灌漿，充填灌漿多用灌漿返漿，直至孔口液面不再下沉。

移動機具:相鄰兩樁施工間隔時間應多于72 h，間隔應大于（4～6）m。

（3）在施工中應注意的事項。

噴射前檢查旋噴管的高壓水與空氣噴射情況，各部位密封圈是否封閉。噴射時，先應達到預定的噴射壓力，噴漿量后再逐漸提升注漿管。中間發生故障時應停止提升和旋噴，以防樁體中斷，同時立即進行檢查排除故障。旋噴過程中冒漿量控制在10%～25%之間。高壓噴射注漿完畢后，應迅速拔出噴射管。質量檢查在旋噴注漿結束后28天進行，檢查樁的數量為已經完成樁數的2%～5%，不合格者進行補噴。

（4）施工參數確定。

高壓噴射灌漿施工參數很多，主要參數為孔距、漿密度、水壓力、提升速度、轉速等，先按設計參數進行試驗最終確定施工參數。應選定部分一序孔作為先導孔，轉取芯樣，劃分層位，核對補充勘探資料，先導孔能進一步確定高旋噴墻底部位置，當地層復雜、層位變化較大時，先導孔間距可小一些，反之則宜大一些，一般（20～30）m,先導孔的深度應比其他高噴孔稍深。

（5）旋噴防滲墻施工完后進行取芯試驗和壓水試驗，測定防滲墻的抗滲和強度指標。

3.2 高壓擺噴灌漿實例

福建省龍巖永定縣境內田龍水庫正常蓄水位431.07 m，死水位414.77 m，主壩壩型為粘土心墻，地基為砂巖，壩頂高程為435.77 m，最大壩高33.2 m，壩頂長度為260 m，壩頂寬度為5.0 m。大壩由于運行時間長、管護弱，大壩背坡有多處漏水浸潤點，量水堰水量較大，經三管高壓擺噴灌漿施工后，漏水點消失，量水堰過水量達到設計的要求。由于壩高大于30 m，采用高壓三管擺噴灌漿提高施工的保證率。擺噴墻為折板式結構，形成防滲墻折接，墻體施工的整體強于高壓旋噴的柱體套接。其施工工藝如下：

造孔：按設計孔位在壩頂安裝150型鉆機。三管鉆孔中心距為1.2 m～1.5 m。為了防止壩坡滑動，采用隔斷間斷或分序施工，每單位施工段長6 m。

安放灌漿管：邊下鉆邊注入低壓水沖洗防堵。同時注意機械震動和及時量測調整校正垂直度，使鉆桿偏差≤1%。

注漿施工：注漿材料應使用32.5 R及以上早強型水泥。注漿方式為壓入式上行法，直下而上，當擺噴管下至設計深度注漿開始時應先試噴，待注漿壓力達到20 MPa時才提升注漿管進行擺噴，擺噴過程主要技術參數為：漿液噴射壓力≥20 MPa；漿液比重≥1.4 t/m3；回漿比重≥1.4 t/m3；水泥用量0.23 t/m；鉆桿垂直度≤1%。

設計參數：壩中孔距1.2 m，壩肩孔距1.5 m，灌漿分兩序施工，河床一序孔距2.4 m，二序孔距1.2 m，壩肩一序孔距3.0 m，二序孔距1.5 m。擺噴折角25o～30o， 搭界長度≥20 cm， 防滲墻厚度≥（15～30）cm，平均厚度20 cm。

施工參數：水壓（35～40）MPa，流量（70～80）L/min,壓縮空氣壓力（0.6～0.8）MPa，氣量（0.8～1.2）m3/min,水泥漿壓力（0.2～1.0）MPa，流量（60～80）L/min，提升速度（10～20）cm/min,擺速 10 次/min，噴嘴直徑（2.0～3.2）mm.

施工前先進行擺噴試驗，確定施工參數，擺噴防滲墻施工完成后應進行取芯試驗和壓水試驗，測定防滲墻的抗滲和強度指標。

4 經驗和體會

由于一般中小型土石壩水庫的修建時間較長，壩體內和壩基地質情況復雜，在高壓灌漿過程中經常會遇到異常的情況。

如灌漿過程中，孔口不返漿，一般采用分兩序或多序的施工應急方案，如是三管旋噴或擺噴，則減小水、氣的壓力，加大漿液的濃度或灌砂措施直至孔口返漿。由于壩身未壓實孔隙較多或有鼠洞等空隙，高壓噴射灌漿施工過程中，漿液不返漿，或產生壩體橫行或縱向的裂縫，一般也是采用先停止原孔樁的噴射，進行分序的方法施工，增加一序或多序，待原孔漿終凝后對原灌漿孔進行搭接復噴。及時清理工作面上的返漿，有組織地導引至沉漿池。及時發現壩面上的細微裂縫，可以有效防治壩體縱向裂縫導致壩體過度劈裂或塌坡等嚴重的安全事故。

由于灌漿的施工技術特點，會產生由于樁垂直度不能滿足規范的要求，壩體內下部的高壓噴射樁不能完整套接或折接，使防滲墻不完整，影響壩體的防滲效果。由于壩體內地質情況不同，可能在高壓噴射過程中，形成樁體縮徑的現象，也會影響防滲墻的完整性。所以高壓噴射灌漿技術目前只適用于壩高較小的壩體內（壩高30m）。若壩高較大，則施工的質量保證率會明顯下降，就需考慮其他除險加固方案。

1 DL/T 5148-2001.水工建筑物水泥灌漿施工技術規范[S].

2 DL/T 5200-2004.水利水電工程高壓噴射技術規范[S].

3 SD 266-88.土壩壩體灌漿技術規范[S].