高壓旋噴灌漿在水庫除險加固工程中的應用

摘 要：高壓旋噴灌漿是利用高壓設備將主固化劑的漿液噴射進土體并沖擊破壞土體，漿液與土攪拌混合，經一定時間的凝固，便在土體中形成具有一定強度和抗滲能力的固結體。文章著重闡述了三重管法進行高壓旋噴灌漿的工藝流程和試驗效果。

關鍵詞：高壓旋噴灌漿；防滲墻；Ⅰ序孔；Ⅱ序孔

中圖分類號：TV54 文獻標識碼：A

1 工程概況

文子水庫位于福建省仙游縣楓亭鎮九社村，距仙游縣城約25km， 是一座以灌溉為主，結合防洪、供水、發電的多年調節小（一）型水庫。樞紐工程由攔河壩、發電廠房、放水系統、溢洪道等建筑物組成，水庫總庫容463萬m3，興利庫容400萬m3。大壩為粘土心墻土石壩，壩頂實際高程124.5m，壩頂全長251.0m，最大壩高31.5m，壩頂寬度5.0m，上游設防浪墻，墻頂高程125.7m。

水庫運行至今50多年，在各種因素作用下，建筑物逐漸遭受到不同程度的損壞，雖然歷年都有對工程進行一定程度的維護，但受資金限制，工程仍存在著安全隱患。1962-2010年，水庫水位較高時，大壩發生背水坡漏水呈射流狀、漏水呈壩坡大面積濕軟、塌洞等較大險情有8次。針對此類滲漏進行除險加固設計方案比選后，決定采用高壓旋噴灌漿解決因白蟻路貫通發育及大壩壩體填筑不密實造成的滲漏問題。

2 高噴灌漿現場試驗

為保證高壓噴射灌漿施工的順利進行，確保工程質量，檢查高噴灌漿工藝參數設計的合理性、成墻的可靠性，在地質條件具有代表性的區段，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、孔深、漿液性能、噴射流量、壓力、提升速度等工藝參數。現場試驗采用正方形圍井布置，完工7天后，對圍井進行注水試驗，測出圍井的滲透參數，與灌漿前的注水試驗成果對比之后，相應調整設計參數。主要技術參數見表1。

3 高噴灌漿施工

3.1 技術原理

高壓旋噴灌漿就是利用工程鉆機鉆孔至設計處理的深度后，通過安裝在鉆桿（噴桿）桿端、置于孔底的特殊噴嘴，以高壓設備向周圍土體高壓噴射固化漿液（一般使用水泥漿液），同時鉆桿（噴桿）以一定的速度邊旋轉邊提升，利用高壓水形成高速噴射流束，沖擊、切割、破碎地層土體，并強制與固化漿液混合，凝固后便在土體中形成具有一定性能和斷面的固結體。

3.2高噴灌漿施工工藝流程

高噴灌漿施工工藝流程如圖1所示。

3.3施工機械配置

高壓旋噴灌漿施工采用三管法，主要機械設備見表2。

表2 高壓旋噴灌漿主要施工機械設備一覽表

設備名稱型號規格功率（KW）數量（臺）

地質鉆機XY-2222

高噴臺車GS500—4201

高壓泥漿泵BW—150951

泥漿攪拌機WJG-80171

空壓機VHP750402

高壓水泵HSZ-Ⅱ552

制漿機NJ-600202

灌漿泵HB80/10152

3.4主要施工方法

3.4.1測量放樣

在壩軸線上游1.0m 位置，用全站儀精確確定控制點，沿相鄰兩個控制點確定高壓旋噴灌漿軸線方向，再用精制鋼卷尺按照設計的孔距分別放出先導孔、Ⅰ序孔、Ⅱ序孔的中心點，并做好標記。

3.4.2先導孔施工

為確切掌握壩基地質情況，確定鉆孔和成墻深度，采取每30m打一個先導孔，取出基巖巖芯，核對地層，描繪地質柱狀圖，兩個相鄰先導孔的孔底連線即為高噴防滲墻的墻底。

3.4.3Ⅰ序孔鉆孔

高壓旋噴灌漿分兩序施工，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔。鉆孔孔距1.5m，孔徑130mm，鉆孔偏斜率<0.5%。鉆機就位后，用水平尺校正機身，使鉆桿軸線垂直對準鉆孔中心位置，孔位偏差<50mm。在下噴管前應對鉆孔進行測斜，確保開孔符合設計要求；鉆進過程中發現偏斜及時糾斜，即在發現偏斜超過設計值時，采用加超徑管、跳級換徑、孔底埋管等方法進行糾斜處理。經處理重測偏斜合格后，方可續鉆。一般采用正循環輕壓、慢轉、中等漿量鉆進，泥漿護壁成孔，并一徑到底。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，填滿后繼續鉆孔。

3.4.4Ⅰ序孔高噴灌漿

3.4.4.1下噴射管

下放噴射管之前，先在地面上進行試噴試驗，檢查機械及管路運行情況，并調整好噴射方向和旋轉速度，檢查水氣嘴是否暢通，壓力等各項指標是否達到設計要求。下管時，為防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水邊插管，水壓不超過1MPa，以防孔壁被射塌。當噴管下至設計孔底深度時（下入孔底的深度與實際鉆孔深度差值不得>0.1m），通知質檢人員到場檢查，確認具備灌漿條件后方可開噴。

3.4.4.2水泥漿液

采用32.5級的普通硅酸鹽水泥，制漿采用兩級攪拌，一級攪拌12min后，經過濾放入二級攪拌機，邊攪拌邊灌漿。漿液水灰比為1：1～0.8：1，漿液比重1.6 g/cm3—1.7 g/cm3。用比重計法檢測漿液濃度，保證漿液無顆粒、均勻穩定、流動性好。漿液制成后，存放時間不宜超過4h。

在施工過程中，對含泥量較少的回漿進行回收利用。回收漿液先沉淀過濾后，再摻拌適量水泥，經檢測達到設計進漿比重及水泥比時方可使用，從而使成本得到有效的降低。

3.4.4.3噴射灌漿

采用三重管并列噴射。噴射灌漿必須在機長的統一指揮下進行，當噴管下至設計孔底深度時，依次低壓送水、送漿、送氣，按規定參數進行原位噴射，待孔口回漿比重達到設計值后，方可開始提升噴射。噴射時采用間歇提升法，每提升300 mm，停5min。高噴灌漿全孔自下而上連續作業，需要中途拆卸噴射管時，搭接段應進行復噴，復噴長度不得<0.3m。高噴灌漿因供水、電、風中斷后恢復施工時，應將噴頭下放500mm，采用重疊搭接噴射處理后，方可繼續向上提升及噴射注漿，并應記錄中斷深度和時間。若中斷超過30min，恢復作業時搭接長度應>1.0m。停機超過3h，應對泵體輸漿管路進行清洗后方可繼續施工。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，應加大進漿濃度或進漿量。高噴灌漿過程中出現壓力突降或驟增、孔口回漿濃度或回漿量異常等情況時，應查明原因，及時處理。灌漿過程中采取必要的措施保證孔內漿液上返通暢，避免造成地層劈裂或地面抬動。灌漿施工中應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。

3.4.4.4回填封孔

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。對局部滲漏較大的地段，可采取復噴措施。采用沿灌漿孔孔口兩側修一條深度100cm～150cm的溝槽，利用灌漿時的回漿補填周圍已噴孔孔口，保證灌漿孔回填及時。封孔完成后，對機具設備進行沖洗，管內、機內不能殘存漿液，將噴射臺車等機具移至下一孔位，相鄰孔的作業間隔時間在12—72h范圍內。

3.4.5Ⅱ序孔施工

Ⅰ序孔高噴灌漿完成14天后，即可進行Ⅱ序孔施工搭接成墻。

3.5 施工中注意的問題

3.5.1高噴灌漿施工中，在鉆孔和灌漿過程會出現塌孔、漏漿、冒漿、串孔等問題引起壓力突降或驟增、孔口回漿密度或回漿量異常等情況，必須查明原因，及時進行處理，確保施工進度和質量。

3.5.1.1塌孔

塌孔是在成孔后，由于在鉆孔部位的地層中含砂或礫石較多時，會出現坍塌、脫落，導致灌漿時噴射管無法下到設計深度。采取加大泥漿濃度或在泥漿中加入火堿、膨潤土護壁，必要時可采用套管護壁法鉆進。

3.5.1.2漏漿

漏漿是由于地層中存在砂、砂礫石或通道，主要表現在鉆孔或灌漿時孔口不返漿或返漿量降低。鉆孔時可采取加大泥漿濃度、泥漿中摻加細砂或向孔內填充水玻璃等堵漏材料。灌漿時發生漏漿可采取停止噴桿提升或降低提升速度、降低噴射壓力和流量、在漿液中摻入速凝劑、加大漿液密度、灌注水泥砂漿或水泥黏土漿等措施。不論是在鉆孔還是灌漿過程中，必須待孔口返漿正常后才能正常提升鉆桿或噴桿。

3.5.1.3冒漿

冒漿是指在灌漿過程中漿液在壩坡、地面或庫區底部流出或噴出。采取在冒漿點加覆蓋、降低灌漿壓力、間斷灌漿等措施。

3.5.1.4串孔

串孔是指在某一孔口正常灌漿時，漿液從相臨孔口返出，說明鉆孔在地下有通道相通。及時填堵被串孔，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至設計高程。

3.5.2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。

3.5.3注意高壓設備及管路系統，其壓力和流量必須滿足設計要求。

4 工程質量檢查

灌漿結束后，可采用大開挖檢查、鉆孔取芯檢查、圍井注水試驗等方法對防滲墻體進行質量檢查和綜合質量評定。

4.1大開挖檢查

沿墻體兩側或一側進行開挖，挖深一般2.0-2.5m。用肉眼直觀檢查Ⅰ序、Ⅱ序孔噴射距離、銜接情況，在不同部位橫向打孔取芯檢查墻體厚度、強度等項指標。

4.2鉆孔取芯檢查

高壓旋噴墻完成14天后，可在墻體上布置鉆孔取芯。檢查孔孔位布置在墻體中心線上的相鄰兩孔噴射墻體的搭接處，自上而下分段鉆孔、取芯和進行靜水頭壓水試驗。每個單元工程可布置1個檢查孔。從取芯情況看，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12MPa以上。

4.3圍井注水試驗

在高壓旋噴墻完成7天后進行，圍井宜布置在地層復雜、漏漿嚴重或可能存在質量缺陷等部位，以高壓旋噴墻為一側井壁，進行布孔和灌漿形成井型封閉式墻體，并對井底進行封閉，在圍井內鉆孔進行注水或抽水試驗。圍井各面墻體軸線圍成的平面面積，砂土、粉土層中不小于3.0m2，礫石、卵石層中不小于4.5m2。測得注水試驗滲透系數在6.22×10-7cm/s— 2.78×10-6cm/s，達到設計要求。

結語

高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固工程中得到了很好的應用，它具有施工速度快、施工條件要求低、固結體強度大且耐久性好、工程造價適中等優點，隨著這項技術逐步成熟，必將在更多的防滲工程中推廣和使用。

參考文獻

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