高壓旋噴灌漿技術在林溝水庫除險加固工程中的應用

□齊延偉（河南靈捷水利勘測設計研究有限公司）

□鄧 麗（南陽市水利建筑勘測設計院）

□張定華（河南靈捷水利勘測設計研究有限公司）

1 工程概況

林溝水庫位于西峽縣回車鎮油坊村古莊河上，為長江流域老灌河支流，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、水產養殖等綜合利用的小(2)型水利工程，水庫壩址以上控制流域2.80 km2。水庫包含大壩、輸水洞、溢洪道等工程，工程等別為V等，主要建筑物為5級。水庫于1959年11月動工興建，1972年7月竣工。

大壩為均質土壩，原規劃壩頂高程101.50m，壩頂寬3m、長157m。實測壩頂高程100.60~101.67m，壩頂寬2.30~3.50m。此次除險加固設計壩頂高程101.30m，防浪墻頂部高程102.00m，壩頂寬3.00m。

2 存在的問題及原因

林溝水庫1972年8月首次蓄水后，壩基即有少量滲漏，后逐步增加滲漏量。滲漏主要原因為：壩基只清除上層洪積物，截水槽局部未嵌入巖石，施工時填筑質量差，墊層過厚，碾壓不均勻，導致河槽段出現滲流且形成沼澤，壩基存在滲漏問題。

經過工程地質勘察及安全鑒定，該水庫滲漏現象及原因是：河槽段 (樁號0+054~0+114)壩基巖性上部為礫砂，厚1.90~3.10m，滲透系數為1.04×10-1cm/s，強透水；下部為花崗巖，5.76~6.81 Lu，弱透水。壩基存在強透水的礫砂層，存在滲漏問題。

水庫下游保護對象為回車鎮4個村莊及南陽漢冶鋼鐵有限公司，10000人、333.33 hm2耕地，以及312國道、歐亞光纜等交通、通訊設施，地理位置十分重要，水庫一旦失事，將對下游重要設施造成較大威脅，對水庫除險加固非常必要。

3 防滲處理方案比較及工程設計

3.1 方案比較

根據林溝水庫實際情況，結合各種防滲措施適用范圍，選擇混凝土防滲墻、高壓旋噴灌漿兩種方案進行對比，擇優確定防滲處理方案。

方案一：混凝土防滲墻

混凝土防滲墻的施工技術容易掌握，施工質量可靠，墻厚均勻，對各種地層適應性強，主要適用于均質土壩、粘土心墻壩等，目前混凝土防滲墻已經在土石壩壩體、壩基防滲加固處理中得到廣泛應用。該方案對大壩樁號0+050~0+117段在壩軸線利用沖擊鉆機配合液壓抓斗式開槽機造槽，新建混凝土防滲墻處理壩基滲漏問題，墻厚0.50m，防滲墻向下進入基巖以下1m，向上穿過礫砂層進入壩體3m。

方案二：高壓旋噴灌漿

該方案擬采用高壓旋噴灌漿，即噴嘴一面旋轉，一面提升，形成連續的柱狀凝結體。在樁號0+050~0+117段壩軸線處布設一排灌漿孔，終孔間距0.60m，灌漿向下進入基巖以下1m，向上穿過礫砂層進入壩體3m。

兩種方案投資比較見表1。

表1 壩基礫砂層防滲處理方案投資比較表

由表1可以看出，方案一(混凝土防滲墻)施工質量可靠，成墻均勻，防滲效果好，但該方案需在壩頂造槽，營造施工臨時平臺，工程量較大，投資較多，且對壩體擾動較大，另外混凝土防滲墻施工設備較大，需要較寬的進場道路和施工場地，進場困難。方案二(高壓旋噴灌漿)可灌性、可控性好，整體性和連續性均較好，且機動靈活，設備簡單，對場地要求不高，施工效率高，且投資較少。因此對該段壩基滲漏處理采取方案二，即大壩樁號0+051~0+117段采用高壓旋噴灌漿處理壩基滲漏問題。

3.2 工程設計

林溝水庫高壓旋噴灌漿采用雙管法施工工藝。雙管法是指使用能輸送漿液和壓縮空氣的2個通道的噴射管，從噴嘴中射出高速噴射流束，沖擊、切割、破碎土體，并以水泥基質漿液充填、摻混其中，在處理部位形成直徑較大、強度較高的固結體，起到防滲作用。

3.2.1 灌漿處理范圍

大壩樁號0+051~0+117段進行高壓旋噴灌漿處理，灌漿向下進入基巖以下1m，向上穿過礫砂層進入壩體3m。

3.2.2 灌漿孔布置

為確保高壓旋噴灌漿施工質量，降低造價，結合高壓旋噴灌漿施工參數的確定，選取合理而適宜的孔距與布置型式。參考有關文獻和該水庫的特殊水文地質、工程地質條件，確定該工程采用二序施工，一序孔間距1.20m，二序孔間距1.20m，終孔間距0.60m。

3.2.3 灌漿材料

灌漿材料為強度等級為42.50的普通硅酸鹽水泥，漿液密度為1.40~1.50 g/cm3，可根據實際需要在水泥漿中加入摻合料（粘性土、砂等）及外加劑（速凝劑、減水劑等）。

3.2.4 漿液拌制

水泥漿使用普通攪拌機拌制，攪拌時間≥90 s，過篩后方可使用，漿液自拌制完畢至用完時間不超過4 h，且穩定應保持在5~40℃。

3.2.5 灌漿參數

①灌漿壓力：漿液壓力25~40MPa，流量70~100 L/min；空氣壓力0.60~0.80MPa，流量0.80~1.20m3/min。施工時孔口返漿量較大時保持孔口壓力不變并適當加快提升速度，返漿量少時適當提高灌漿壓力并減小提升速度，孔口不返漿時應停止灌漿，查明原因后再繼續灌漿。②水灰比：根據《水利水電高壓噴射灌漿技術規范》(DL/T5200-2004)，高噴灌漿漿液水灰比1.50:1~0.60:1，施工時根據灌漿實驗和施工實際情況在此范圍內適當調整。③提升速度：壩體土中提升速度為10~20 cm/min，壩基礫砂層中提升速度為8~15 cm/min。④防滲指標：壩體土中滲透系數≤i×10-6cm/s，礫砂層中≤i×10-5cm/s。⑤抗壓強度：壩體土中噴射體抗壓強度R28=0.50~3MPa，壩基礫砂層中噴射體抗壓強度R28=3~10MPa。

3.2.6 灌漿方法

高壓旋噴灌漿施工采用自下而上逐步提升的灌漿方法。

3.2.7 灌漿實驗

大規模施工前，必須進行高壓旋噴灌漿試驗，以便提供更為準確的灌漿技術參數。

3.2.8 質量檢查

①檢查孔孔位：根據現場施工情況，對可能存在質量問題的部位布設檢查孔，且檢查孔數量不少于灌漿孔的2%。②注水試驗：按照每個檢查孔做一個注水試驗。③室內試驗：利用檢查孔所取巖芯做抗壓、抗滲兩項指標的室內試驗，要求在礫砂層中成樁部分每個檢查孔做一組試驗。