高壓噴射灌漿技術在東方紅水庫除險加固工程中的應用

摘 要：闡述了東方紅水庫主壩均質土壩采用高噴、劈裂及充填灌漿技術相結合的處理方法，實現了質量可靠和經濟合理的效果。

關鍵詞：水庫 除險加固 高噴 劈裂 充填灌漿

中圖分類號：TV9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0043-02

1 工程概況

東方紅水庫位于江門市新會區古兜山脈北麓，集雨面積38.6 km2，總庫容2750萬m3，最大壩高為40.0 m，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電等綜合利用的中型水庫。東方紅水庫加固前存在的主要安全隱患問題有：主壩壩坡穩定安全系數不滿足現行規范要求，壩基及壩肩滲漏較嚴重，溢洪道側墻高度不夠，閘門強度不滿足設計要求等。安全鑒定核準東方紅水庫為二類壩，需進行除險加固。

2 加固方案

針對本工程主壩壩體、壩基與壩底的沖積砂礫層滲水量大存在的問題，應采用綜合防滲加固方案建立可靠的防滲體系并提高部分壩體密度。選用高壓噴射防滲墻與壩體劈裂及壩肩充填灌漿相結合的綜合方案。即采用高壓旋噴灌漿法形成的水泥砂卵石防滲墻處理壩底沖積砂礫層滲漏。采用劈裂、充填灌漿加固土壩壩體，根據水泥漿劈裂原理，沿壩軸線方向布孔，灌入合適的漿液，進行控制性劈裂灌漿。即：使漿液充填裂縫，并與漿脈連通的孔洞、滲漏處也被漿液充填，同時將筑壩土間隙填密，最終在壩內沿壩軸方向形成密實、垂直、連續、有一定厚度的漿脈防滲體。主壩兩壩肩采用充填灌漿處理，即：利用水泥粘土漿液充填壩體兩壩肩填土間隙，使土更加密實，減少滲漏。壩體劈裂灌漿和壩底沖積砂礫層高壓噴射灌漿墻形成聯合的防滲帷幕。使防滲布置更加合理，減少投資，從而達到優化防滲加固目的。

3 防滲體系的設計

（1）主壩左、右壩肩設兩排充填灌漿孔，孔距2.5 m，排距2.0 m，灌漿孔底部至基巖或深入殘積土層不小于2 m，充填灌漿第1排在壩軸線上游2.0 m，第2排在壩軸線。

（2）壩體采用單排劈裂灌漿，孔距5.0 m，其中樁號0+025～0+085和0+145～0+180段的灌漿孔底部至基巖或深入殘積土層 3.0 m；樁號0+085～0+145段的灌漿孔底部深入沖積砂礫2.0 m，劈裂灌漿孔位置在壩軸線上。

（3）壩基采用高壓噴射灌漿，孔距1.25 m，高噴防滲墻鉆孔有效深度從舊壩頂高程 43.5 m至強風化帶1.0 m，防滲墻有效高度為入微風化帶1.0 m至壩基線以上2.0 m，高壓噴射防滲墻軸線與壩軸線重合。

4 施工要求

（1）為了保證灌漿效果，要求分序進行施工，劈裂、充填灌漿均按兩序施工，高噴灌漿分三序施工。先對壩基高噴灌漿，接著進行壩體劈裂灌漿，最后對壩肩進行充填灌漿。施工過程中施工單位要摸清壩體、壩基巖土特點，并尋求滿足要求的灌漿技術參數。

（2）灌漿壓力：壩肩充填灌漿孔口壓力不超過49 kPa；壩體劈裂灌漿孔口壓力按表1確定；壩基高噴灌漿：氣壓0.6～0.8 MPa，氣量為3～4 m3/min，灌漿壓力35～40 MPa，漿量60～80 ml/min。（表1）

（3）用料要求：壩體充填及劈裂灌漿材料采用粘土水泥漿，為了加速漿液凝固和提高后期強度，壩體灌漿粘土中可摻入10%左右的水泥，具體應通過現場試驗確定。壩基高噴灌漿材料采用水泥漿液，要求采用普通硅酸鹽水泥，水泥強度等級不低于32.5級，漿液比重為不小于1.5。

（4）造孔：壩體造孔要求干法造孔，并及時下套管保護，嚴禁采用泥漿固壁或清水鉆進，鉆孔孔位偏差小于5 cm。孔斜不超過孔深的1%。

（5）灌漿：充填灌漿應采用分段灌漿法，由下而上下套分段灌漿，段長5～10 m；劈裂灌漿采用孔底注漿全孔灌注法；壩體灌漿單位孔深干料灌入量1.5 t/m。采用“少灌多復”的方法，“少灌”即控制每次的灌漿量，“多復”即要求每孔要得灌幾次，一般要求孔深小于20 m的復灌次數不小于5次，孔深大于20 m的為6～7次，復灌間歇時間不少于5天。高噴灌漿，在返漿正常的情況，控制提升速度在5～10 cm/min。

（6）終孔標準及封孔：壩體灌漿當漿液升至孔口，連續復灌三次，不再吃漿時可終止灌漿；高噴灌漿，按上述提升速度至設計高程即可終孔。壩體灌漿結束后，用直徑2～3 cm粘土球分層回填搗實，或灌注容重大于1.5 g/cm3粘稠土漿。

（7）注意事項：灌漿過程中，要嚴密觀測大壩的變形，發現異常情況，應立即停止灌漿，查明原因，并按照要求處理，確認沒有問題后，再繼續灌漿，對灌漿中斷、串孔、冒漿、抬動等問題按照有關要求進行處理。其他要求按照《土壩壩體灌漿技術規范》（SD266-88）執行。

5 施工工藝

5.1 高壓噴射灌漿施工方法

高壓噴射灌漿防滲墻采用雙管法分別輸送氣、漿實現同軸噴射，通過高壓射流將土體切割成槽，將純水泥漿充填入槽內，再通過氣壓及升揚的作用，將孔內的廢渣置換出孔外，充填槽內的水泥漿液隨時間逐漸凝固硬化，使其形成一道防滲帷幕墻體。高壓噴射灌漿分三序孔進行。三序孔之間的防滲板墻連接形式采用全旋噴搭接的形式，當先期凝結體強度已較高（即兩序孔的噴射間隔時間大于24小時），在高壓噴射流作用下，將其表面沖刷剝落干凈，新的漿液與之較好粘結，形成一道整體的防滲板墻。

（1）造孔：高噴造孔采用優質泥漿護壁，泥漿制備采用優質粘土，并在漿液中加入一定外加劑。施工時分兩序孔進行施工，在造孔過程中應注意控制泥漿的性能指標，以防出現塌孔和埋鉆現象，采用地質羅盤儀、水平尺或其它方法測量孔斜，孔徑Ф150 mm，控制孔斜率不大于1.5%，孔位偏差不大于2 cm。終孔時取上一些巖土體進行鑒定，確保孔深滿足設計要求，鉆孔有效深度超過設計孔底深度0.3～0.5 m，鉆進時詳細記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿等特殊情況。（2）制漿：灌漿材料使用425號普通硅酸鹽水泥，純水泥漿，漿液密度≥1.5 g/cm3，水灰比1.0左右，墻體凝結后為水泥粗砂卵石墻體。基礎為砂礫層高噴灌漿漿液為純水泥漿，使用42.5普通硅酸鹽水泥，漿液比重 1.4～1.5 g/cm3。水泥漿采用二級攪拌，二級過濾。一級攪拌時間不少于90 s，經過一級過濾后進入二級攪拌機，邊攪拌邊過濾邊使用。如制漿過程中遇見故障，應立即通知噴射人員停噴，處理好后再進行施工。（3）試噴：下管前先地面進行水、漿、氣試噴，確保凝結體的有效連接。檢查各項高壓噴射灌漿參數符合設計要求。將噴嘴對準噴射方向不準偏斜是關鍵。（4）下注漿管。檢查各項工藝參數符合設計要求后將噴射管下到設計深度，可根據孔深量取噴射管長度，入孔后測量余尺，確認已下入孔底。下管時為防止噴嘴堵塞，可采用邊低壓送水、氣、漿，邊下管的方法，或臨時加防措施，如包扎塑料而或膠布等。（5）高壓噴射灌漿：當噴射管下到設計深度并經現場技術人員檢查認可后，送入合乎要求的水、氣、漿，噴射1～3 min；待注入的漿液冒出后，按預定的提升、轉動速度自下而上邊噴射邊轉動，邊提升直到設計高度。噴射灌漿開始后，值班技術人員必須時刻注意檢查注漿的流量、氣量、壓力以及轉動、提升速度等參數是否符合設計要求，并且隨時做好記錄。整個高壓噴射灌漿過程監理工程師進行旁站監理，遇有不返漿、噴射參數不正常等情況均記錄在案，經調整仍達不到要求者需進行二次處理，處理意見由監理工程師填于高壓噴射灌漿通知單上。（6）清洗：當噴射完畢后，立即拔出注漿管，徹底清洗注漿管路，以防堵塞。（7）充填：為解決凝結體頂部因漿液析水而出現的凹陷現象，每當噴射結束后，隨即在噴射孔內進行靜壓充填灌漿，直至孔口液面不再下沉為止。

5.2 劈裂灌漿施工方法a

根據實際情況，劈裂灌漿試驗段采用分序施工，以“少灌多復”的方法先灌第一序孔，后灌第二序孔。

（1）鉆孔深度至設計深度；鉆孔精度；孔位±2 cm，斜度≤1.5%。（2）漿液為水泥粘土漿，材料應滿足設計要求；使用專用機械制粘土漿，二次拌合按規定和計算投放水泥拌合均勻。（3）灌漿工藝：施灌原則是“稀漿開始，濃漿灌注，少灌多復，控制漿量”，施工時要將注漿管下到離鉆孔底部0.5～1.0 m處，啟動灌漿泵漿由射管噴出。劈裂灌漿采用孔底注漿全孔灌注純壓式方法，漿液先稀后稠，少灌多復，每孔復灌次數為5次。灌漿過程中，孔口派專人觀測記錄，嚴格控制灌漿壓力，壓力一般控制在0.15～0.25 MPa。防止產生橫向或斜向裂縫，實現“內劈外不劈”形式，壩面裂縫寬度一般控制在3 cm以內，要求在停灌后壩體裂縫能基本閉合。要求每次灌漿后，要提一提注漿管，以免孔底堵塞和孔口冒漿，灌1～2次后，可提管1～2 m。

（4）灌漿綜合控制：①每次灌漿壩肩位移不得超過3 cm以內；②孔口壓力小于設計灌漿壓力或施工試驗修正壓力；③壩頂裂縫小于2 cm，停灌后縫閉合；④要求每次灌漿后，要提一提注漿管，以免孔底堵塞和孔口冒漿，灌1～2次后，可提管1～2 m。（5）終灌和封孔：①當漿液灌到孔口，經過連續復灌3次不再吃漿，即可終灌；②當漿液灌到孔口，壓力、位移和裂縫超過容許值，即終灌；③當每孔灌完后，將注漿管拔出，封孔采用稠液，密度≥1.5 g/cm，保持灌至壩頂面，然后用泥球封孔。

5.3 充填灌漿施工方法

（1）采用孔口封閉，自上而下、分段、循環、不待凝的灌漿方法。（2）灌漿段的長度一般取5～10 m，遇吸漿量過大，可縮至3～4 m。（3）灌漿壓力的控制與使用：灌漿過程中，灌漿壓力的控制，采用一次升壓法，即灌漿開始時，將壓力盡快開到規定壓力，單位吸漿量不限，在規定壓力下，逐級變換漿液濃度直至結束標準。（4）灌漿液的配合比、使用及變換：①漿液的配合比通過試驗確定，初擬采用水灰比為3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。②漿液的濃度使用按先稀后濃的原則，起始水灰比為3∶1；③漿液濃度的變換：采用限量法，即每一級濃度的漿液灌入300 L后，單位吸漿量（L/min）仍大于初始單位吸漿量的80%時，或灌漿時間已持續1小時，單位吸漿量仍大于初始位吸漿量的70%時，則可變換深一級灌注。如改變濃度后，壓力突增或單位吸漿量突然減小時，則立即換回原濃度繼續灌注。（5）灌漿的結束條件：在規定壓力情況下，單位吸量小于0.5 L/min，延續60 min即可結束。在規定壓力下，回漿濃度變濃時，測定回漿比重，如果比原灌入漿的濃度高一級時，應立即換為原灌入漿的濃度繼續灌注，并測定回漿比重，當回漿比重二次又增大到前述比重時，這時，不論單位吸量多少，延續10 min即可停灌。

6 灌漿效果檢查

灌漿結束后，隨機在劈裂灌漿孔位置挖深2.0 m長2.0 m，寬1.0 m的探坑，探坑中劈裂灌漿縫貫通到了壩頂，最寬處漿脈厚達到100 mm，孔間漿脈搭脈接完好，漿脈清楚，漿液固結密實。高噴灌漿采用圍井注水試驗的方式進行檢查，位置在GI6號高噴樁為中心，樁號0+111.25做圍井一個。在鉆孔過程取樣，板墻厚度、致密性和厚度均達到預期效果。經注水試驗結果，計算出圍井滲透系數K=1.3×10-6 cm/s，符合設計及施工規范要求。該工程完工后經受了高水位的考驗，未發現加固前在大壩腳的漏水現象，達到了預計的防滲加固目的。

7 結語

壩基高壓噴射防滲墻與壩體劈裂及壩肩充填灌漿相結合的綜合方案在東方紅水庫除險加固工程中取得成功。業主除了以公開招標的形式選定施工方和監理方，制定了各項制度。并且在實際工作中，為了進一步完善質量監督組織，業主還要設業主代表，直接負責監督監理和施工單位的質量行為，并協調二者關系，建立健全“業主監督、社會監理、企業自檢”三級質量控制體系，采取內部監督和外部監理相結合的辦法，確保工程正常運轉和工作質量。該方案防滲效果良好、工程造價合理，可廣泛應用于防滲工程中。