高噴灌漿技術在某病險土壩防滲加固處理中的應用

馬 軍

(鄭州市水利建筑勘測設計院 450007)

賈永芳

(華北水利水電學院 鄭州 450011)

1 概況

某水庫位于河南省滎陽市市區西南2km處，東距鄭州市約25km，是淮河流域賈魯河支流索河中上游梯級開發的三座中型水庫之一，控制區間流域面積44.5km2，總庫容0.1885億m3，是一座以防洪為主，兼顧農業灌溉、城市供水、水產養殖、旅游開發等綜合利用的中型水庫，也是全國防洪重點中型水庫。水庫樞紐主要由擋水土壩、岸邊溢洪道、壩下涵洞等建筑物組成。運行多年來，經勘查壩基存在滲漏通道險情。針對壩基透水砂層和滲漏位置，采取高噴灌漿措施阻斷滲漏通道以解決大壩滲漏問題。高噴防滲墻設計為旋噴套接結構形式，灌漿孔采用單排兩序，即先按1.6m孔距做Ⅰ序孔，采用旋噴灌漿方式，形成“柱”墻，再做中間的Ⅱ序孔，將孔距加密到0.8m，與Ⅰ序孔形成的“柱”墻連接為一體，形成一個完整的防滲帷幕結構［1］。

灌漿軸線與高程43.10m馬道軸線重合，灌漿范圍為樁號0+050～0+278，基礎灌漿總長228m，布設286個高噴灌漿鉆孔，鉆孔總長4001.1m，高噴灌漿總長2077.5m。設計鉆孔伸入第五層底液限黏土層2m，向上伸入壩體1.5m。墻體質量檢查標準:抗壓強度R28=3.0～5.0MPa;墻體設計滲透系數小于1×10－6cm/s。

2 高噴灌漿施工工藝

2.1 投入的施工設備

根據高噴工程量、進度等具體特點，經過分析和篩選，投入的施工設備如下:

a.鉆機。XY—2、GQ—80型液壓回轉式鉆機，該鉆機適用于在黏土層、砂層及砂卵石層中鉆進。

b.高噴灌漿設備。ZL—400型高速制漿機、TV—6/8型空壓機、3D2—S型系列高壓水泵、BW150型灌漿泵。

c.高噴臺車。采用GYP—5型高噴臺車，提升高度可達15m，提升重量2～3t，提升速度6～25cm/mim。

2.2 高噴灌漿施工參數的確定

該工程采用高壓旋噴套接的防滲方案，灌漿分為兩序，高噴灌漿施工參數的確定在一定程度上決定了灌漿的成敗。根據設計單位提供的灌漿施工各項參數的區間值，經對灌漿施工采用的各項參數:漿液比重、風壓、水壓、漿液壓力進行測定，并進行地面灌漿試驗［2］，最終協同設計單位、監理單位共同確定了各項灌漿施工參數，見表1。

表1 高噴灌漿施工工藝參數表

2.3 主要施工程序

高噴孔分兩序施工，單孔的主要施工工藝流程為:機具就位→鉆孔→下入噴射管→噴射漿液及提升→沖洗管路→孔口回灌等［3］。

2.3.1 鉆孔

采用液壓回轉式鉆機配直徑110～150mm的合金鉆頭鉆孔，當鉆機就位后，鉆桿對準設計孔位，用水平尺校準機身水平，墊穩、墊平機座和機架。開孔時將孔位偏差控制在50mm以內。為保證鉆孔偏斜率不大于1%的設計要求，鉆桿單根長度采用20m，并視鉆進情況隨時使用KXP—1型測斜儀檢測孔斜，以便及時糾偏。造孔過程中，遇到孔內異常現象發生，如:掉鉆、卡鉆等，及時采用相應的措施處理，并做好記錄。各孔以設計孔深為施工參考值，以鉆入相對不透水層以下2.0m黏土層內為終孔深度。鉆孔結束后，檢測孔斜，注入泥漿固壁，以防塌孔而影響噴漿管順利下入孔內，對孔斜不合格者采取糾偏措施處理直至合格為止。經現場監理對孔深和孔斜檢查驗收通過后，簽證準予進行下道工序施工。

2.3.2 地面試噴

高噴臺車就位后，連接好地面上的水、氣、漿管，調準噴射方向和擺動角度，然后開機試噴，檢查機械及管路運行情況，并調準噴射方向和擺動角度。

2.3.3 下入噴射管

為防止下管時泥漿倒灌堵塞噴嘴，下管前用膠布將其包住，然后緩慢插入孔內，直至到達孔底。

2.3.4 制漿

高噴灌漿使用純水泥漿，采用符合要求的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，配合比為1∶1，相應水泥漿重度不小于15.0～16.0kN/m3，采用高速制漿機制漿。制漿過程中隨時測量水泥漿重度，若漿液重度偏低，及時加大水泥用量，并保證漿液攪拌均勻。

2.3.5 噴射灌漿

噴射灌漿按照施工設計的旋噴方法和確定的施工參數送高壓水、壓縮空氣和水泥漿。當泵壓、風壓、水壓達到設計的規定值時，先對孔底進行原位高壓旋噴1～3min，當漿液返出孔口且重度達到13kN/m3以上后，按設計的提升速度提升噴管噴射，進行自下而上、連續旋噴作業，直至達到設計旋噴體高程后，再原位旋噴1～2min，即可停止供水、送氣和漿液，從灌漿孔中抽出噴漿管。噴漿過程中，做到噴射管提升速度連續均勻、噴漿均勻、計量準確，保證水泥摻入量不少于設計摻量，并做好噴灌施工記錄。

為保證墻體質量，對高噴灌漿過程中的特殊、異常情況按以下方法進行處理［4］:

a.經常測試水泥漿液的進、回重度，當與規定值的誤差超過0.1時，立即停止噴射，重新調整漿液水灰比直至滿足要求。

b.任何情況下中斷噴射(包括拆卸噴管)，恢復高噴時，如中斷時間較短，搭接長度不應小于0.5m;如中斷時間較長(超過30mim)，則搭接長度不應小于1.0m。

c.在噴射中，孔口冒漿量過大(超過注漿量的20%)或完全不冒漿時視為異常情況，對此采取的措施是:當冒漿量過大時，通過提高噴射壓力或適當加快提升速度及擺速以減少冒漿量;當不冒漿時，采取增大注漿量、減慢提升速度、靜噴等方法，待孔口返漿后再恢復正常噴射。

2.3.6 靜壓回填灌漿

全孔噴射完畢后，利用孔口回漿或拌制的濃水泥漿，及時回填孔內漿液因析水形成的空穴，并隨沉隨補，直至孔內漿液不再下沉為止。

3 防滲墻質量檢測［5］

3.1 鉆孔取芯深度檢測

高噴灌漿檢查孔壓水試驗在該部位灌漿結束28天后進行。高噴灌漿的檢查孔布置在地層復雜或可能存在質量缺陷的部位。高噴灌漿檢查孔數量為不大于灌漿總孔數的10%，要求一個單元工程內至少布置一個檢查孔。擬定檢查孔布孔位置，根據噴灌施工記錄，在樁號0+160～0+245之間，水泥用量比較多。達到245～255kg/m，其他灌漿段平均水泥用量為210kg/m左右。經與設計、監理共同分析研究確定:該工程共布置6個檢查孔，分別在 0+120、0+121、0+160、0+170、0+240、0+260處。從6個孔鉆深來看，達到墻體設計深度要求。

3.2 探地雷達墻體連續性檢測

探地雷達測試工作以連續測量方式進行，測線布置在墻體的上方附近。結合探地雷達檢測有效范圍及工程實際，檢測范圍選擇在0+050～0+130段，進行往返兩次檢測。從所得圖像分析，探地雷達檢測范圍內墻體未出現異常，從局部墻體的探地雷達檢測結果來看，在雷達檢測范圍內墻體連續性較好，沒有出現明顯的間斷及空洞現象。

3.3 墻體抗壓強度檢測

從墻體不同高程鉆取的芯樣中選取符合試驗尺寸要求的芯樣進行室內抗壓強度試驗，按照每5m取樣3個的原則，共取芯樣12組36個。養護加工和室內試驗結果表明:所取完整芯樣的無側限抗壓強度值在3.7～5.1MPa之間。

3.4 注水試驗檢測

鉆孔壓水試驗采用單點法分段次進行。該工程共布設31個注水檢查孔、54個注水試段，試段總長197.9m。注水試驗中，微透水試驗15組，測得滲透系數范圍值為(1.22～5.12)×10－6cm/s，占試驗組數的27.8%;極微透水試驗39組，測得滲透系數范圍值為(5.05～9.75)×10－7cm/s，占試驗組數的72.2%。防滲墻的滲透系數小于設計要求值。

4 結語

a.根據監理制定的單元工程質量評定標準，對高噴灌漿的施工工序進行了綜合評定，在12個單元工程中，評定結果全部合格。

b.通過鉆孔取芯、室內試驗、注水試驗，以及對局部墻體運用探地雷達進行檢測，防滲墻芯樣完整，夾泥現象較少，沒有出現斷層，墻體連續性較好，芯樣無側限抗壓強度和防滲墻滲透系數符合設計要求，工程實體質量合格。

c.高噴防滲墻施工實踐表明:高噴技術在墻體較深、地層復雜的部位應用，施工速度快，施工工藝和施工經驗已日臻成熟，有關指標能滿足設計要求，在壩基防滲處理方面得到了進一步的推廣應用。

1 董永力.滎陽市楚樓水庫除險加固工程初步設計報告［R］.鄭州:鄭州市水利建筑勘測設計院，2008.

2 李興剛.高壓噴射灌漿技術在某防滲墻施工中的應用［J］.人民黃河，2010(12):217－219.

3 DL/T 5200—2004水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范［S］.北京:中國電力出版社，2005.

4 張利新，肖強.西霞院反調節水庫高壓旋噴防滲墻的施工研究［J］.人民黃河，2006(7):57－58.

5 呂正勛，卞可.滎陽市楚樓水庫除險加固工程灌漿質量檢測報告［R］.鄭州:河南科源水利建設工程檢測有限公司，2010.