高壓灌漿在水庫除險加固工程中的應用

摘要：高壓噴射灌漿是一種采用高壓水或高壓漿液形成高速噴射流束，沖擊、切割、破碎地層土體，并以水泥基質漿液充填、摻混其中，形成樁柱或板墻狀的凝結體，用以提高地基防滲或承載能力的施工技術。根據(jù)噴射管運動的不同分為定噴、擺噴、旋噴三種工藝^[1]。高噴灌漿技術作為一種新型技術，目前已廣泛應用于水庫除險加固等防滲處理工程。某水庫除險加固工程采用高壓灌漿與基巖帷幕灌漿結合處理形成防滲墻，通過防滲處理，加固效果明顯，達到預期設計目的。

關鍵詞：水庫除險加固;高壓灌漿;施工措施

1、工程概況

某水庫是一座以供水、灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用的中型水庫。擴容后水庫正常蓄水位為802.41m，100年一遇設計洪水位802.50m，2000年一遇洪水位803.05m，總庫容9114萬m³。

水庫主要建筑物由主壩、六座副壩以及導流副壩、溢洪道、主壩放水設施和壩后電站組成。主壩為均質土壩，頂標高為804.50，最大壩高19m，壩頂寬4m，長度1380m。采用高壓噴射灌漿以及帷幕灌漿形成防滲墻，防滲墻中心線長度1285m。高噴灌漿施工范圍為基巖上部沖積堆積層和人工填土層，要求深入基巖1.0m，與帷幕灌漿有效搭接1.5m。

2、高壓灌漿施工

2.1、高壓灌漿工作原理

高壓噴射灌漿目前較常采用三重管噴射工藝。工作原理是利用鉆孔機成孔，把帶有噴嘴的注漿管下插至預定位置后，利用高壓系統(tǒng)把氣、水、水泥漿液形成高壓射流從噴嘴中射出，沖擊、切割土體，使原有土體結構發(fā)生改變，與漿液充分攪拌混合，形成板狀或柱狀的密實凝結體，提高土體的防滲和承載力^[2]。

2.2、高壓灌漿施工工藝

本工程高壓灌漿采用擺噴和旋噴兩種形式，擺噴擺角30°，墻體折線搭接，旋噴為單排套接。分二序進行施工，即在一序孔灌漿施工完成14天后再進行二序孔的灌漿施工。

壩體高噴灌漿主要工序主要包括高噴先導孔灌漿試驗、漿液配制，噴射施工時提升速度及噴桿轉動速度控制、施工時高噴灌漿過程中的特殊情況處理、樁孔回填、環(huán)境保護等。

施工總工藝流程：Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→檢查孔施工→竣工驗收

單孔施工工藝流程^[3]：定孔位→鉆孔進至設計孔深→高噴灌漿臺車就位→地面試噴→下入噴管至設計位置→制漿、送漿→起拔套管（邊拔套管邊注水泥漿，直至孔口漿液面基本不下降為止），按設計參數(shù)提升速度提升噴完全孔→樁孔回填→封孔結束。見圖所示。

（1）、定孔位：采用全站緯儀進行高噴灌漿軸線放樣，確定施工軸線后，按孔距（旋噴0.75m，擺噴1.25m）逐孔定好孔位，用鋼筋標記好。并每隔20m設置控制性樁號。施工時用鋼卷尺校核，控制孔位偏差不超過50mm。

（2）、鉆孔：鉆孔采用SGZ-ⅢA鉆機原漿護壁回轉鉆進，鉆孔孔徑比噴射管外徑大20～40mm，本工程鉆孔孔徑為Φ110mm。施工中采取預防孔斜的措施，進行孔斜測量，控制孔斜率不超過1%。鉆孔的有效深度至少超過設計墻底深度0.3m。鉆孔原始記錄完整，詳細記錄鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)的土體空洞、孤石等情況，終孔經(jīng)旁站監(jiān)理驗收確認。

（3）、地面試噴：高噴施工前，根據(jù)孔深計算噴管長度，檢查管路暢通情況、密封是否良好，在每孔注漿前對注漿總體效果進行地面試噴，觀察氣、水、漿液的噴射情況，檢查噴射方向和擺動角度。

（4）、漿液制備：灌漿漿液按試驗確定的最優(yōu)配合比采用重量法配制，誤差嚴格控制在5%之內。本工程漿液水灰比控制在0.8：1-1：1，漿液密度大于1.55g/cm³，制漿使用高速制漿機制漿，嚴格檢測其漿液密度，攪拌時間不少于30S。

漿液自制備至用完的時間控制：當環(huán)境氣溫10℃以下，不超過5h;當環(huán)境氣溫在10℃以上時，不超過3h;當漿液存放時間超過有效時間時，按廢漿處理。

（5）、下注漿管：下設注漿管至設計深度，噴管下入孔底的深度與實際鉆孔深度的差值應不大于0.10m，如達不到設計深度，必須重新掃孔至設計深度。為防止噴嘴堵塞，采用一邊低壓送水、氣、漿，一邊下管的方法。

（6）、高壓噴射灌漿：檢查各項工藝參數(shù)達到設計要求后，開始從下至上進行高壓噴射灌漿，漿液冒出地面待返漿正常后，再開始提升噴管，連續(xù)噴射到設計高程為止。噴射過程的返漿量應控制在進漿量20%左右。在灌漿過程中嚴格按設計、監(jiān)理工程師確定的工藝參數(shù)進行。

施工中應如實記錄高噴注漿過程中的各項技術參數(shù)、漿液材料的用量、異常情況及處理情況等，并定時檢查施工的工藝參數(shù)。高噴灌漿施工中，應采取措施保證孔內漿液上返暢通，避免造成壩體劈裂。

（7）、樁孔回填：高噴灌漿完畢應及時進行回灌，避免高噴灌漿后由于孔內漿液的析水、收縮而使上部墻體產生空缺現(xiàn)象，影響墻體的質量，采用水泥漿進行回填。

2.3、高壓灌漿施工參數(shù)

高壓噴射灌漿主要施工技術參數(shù)的確定是防滲墻成墻質量的重要環(huán)節(jié)，嚴格按照規(guī)范操作和高噴灌漿施工技術參數(shù)進行施工，是確保施工的關鍵。施工主要技術參數(shù)有室內配方和現(xiàn)場試驗決定。本工程是先根據(jù)設計擬定初步技術參數(shù)，進行現(xiàn)場試驗，然后經(jīng)實體開挖檢查，從成體質量到搭接效果確定達到設計要求后，由監(jiān)理及設計正式確定施工技術參數(shù)。本工程實際施工參數(shù)為：

1、擺角：擺噴30^o;旋噴360^o;

2、提升速度：土層10～12 cm/min、接確面6 cm/min;

3、高壓水：水壓40Mpa，流量70-80L/ min;

4、高壓氣：氣壓0.8Mpa，流量1.2m³/min;

5、漿液：漿壓0.6Mpa、流量75L/ min、進漿比重1.55-1.65 g/cm³、回漿比重不小于1.2g/cm³。

2.4、特殊情況處理措施

在高噴灌漿過程中，出現(xiàn)壓力突降或突升、孔口回漿濃度或回漿量異常，孔內出現(xiàn)嚴重漏漿等情況時，應查明原因及時處理。一般原因是由于

土體孔隙較多，且有集中漏漿通道，因此應根據(jù)情況分別采取以下措施進行處理^[4][5]：

（1）、降低噴管提升速度或停止提升，漿液正常送入，擺（旋）噴正常進行;若3～5s仍不返漿，關閉氣，高壓水，提升三重管，漿液繼續(xù)送入孔內，并往孔內灌砂;當灌砂無效時，采取提升2～10cm即停止，在該處噴射2～3s，繼續(xù)提升2～10cm，以此周而復始直至孔口冒漿。

（2）、降低灌漿壓力、進行原地注漿，如果仍無法正常返漿，可采取濃漿灌—停—灌的間歇性灌漿處理。

（3）、在漿液中摻加適當?shù)乃倌齽话阍诠酀{液中摻入水玻璃，摻入量為0.5%～3%，加速漿液凝固，從而封堵滲漏通道。

（4）、在噴射過程中發(fā)生串漿，應填堵被串孔。待灌漿孔高噴灌漿結束后，盡快進行被串孔掃孔，再進行高噴灌漿。

（5）、凡經(jīng)特殊處理的滲漏段，待孔口返漿后均應將噴射管下至原不返漿的最下位置以下20cm，再進行正常噴射（復灌），確保防滲墻墻體質量。

（6）、出現(xiàn)裂縫時，立即停灌，分析其發(fā)生原因，是灌漿壓力過大產生劈裂縫，應待裂縫基本閉合或對裂縫部位采取粘土充填灌漿后再行灌漿。

3、灌漿質量檢查及效果分析

3.1、高噴質量檢查：高噴質量檢查常采用鉆孔取芯檢查以及圍井試驗。本工程在高壓旋噴段采用鉆孔取芯檢查，高壓擺噴段為圍井試驗。質量檢查情況如下：

（1）、高壓擺噴灌漿：本工程高壓擺噴灌漿段長共10346.72m，隨機布置7個圍井進行試驗，滲透系數(shù)在4.74×10^-7-1.29×10^-6cm/s之間。

（2）、高壓旋噴灌漿：本工程高壓旋噴灌漿段長共10548.36m，旋噴墻體按每單元布置一檢查孔，共檢測24個孔。檢查孔布置在防滲墻相鄰兩施工孔之見的連接處，自上而下分段鉆孔、取芯并做靜水頭壓水試驗，滲透系數(shù)在0.4×10^-7-9.20×10^-7cm/s之間。

3.2、灌漿效果分析：跟本工程施工的先導孔檢查情況對比，壩體原滲透系數(shù)為1.19*10^-4-全泵量吸收，鉆孔施工時Ⅰ序孔鉆孔很少有回水，而Ⅱ序孔鉆孔基本上都有回水，回漿比重均大于1.35g/cm³，經(jīng)灌漿施工后檢查的滲透系數(shù)均達到了設計要求。本工程在帷幕灌漿和高噴灌漿施工全部完成后，庫區(qū)蓄水至正常水位，主壩下游的滲流量比灌漿前減少了95%，灌漿效果明顯。

4、結束語

高壓噴射灌漿屬隱蔽工程，施工時必須嚴格按照規(guī)范操作和高噴灌漿施工技術參數(shù)進行，才能確保施工質量。該技術具有功效高、技術可靠、防滲效果良好、施工條件要求低等優(yōu)點，已廣泛應用于水庫除險加固工程的防滲施工中。

參考文獻：

[1]夏可風，孫釗，查振衡，等。DL/T5200-2004水電水利工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范，中國電力出版社，2005年。

[2]夏可風，趙存厚，肖恩尚，等。DL/T5148-2012水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范，中國電力出版社，2012年。

[3]劉文清。水利水電防滲工程施工工藝與技術標準實用手冊，安徽文化音像出版社，2004版。

[4]徐至鈞，全科政 編著。高壓噴射注漿法處理地基，機械工業(yè)出版社，2004年。

[5]鄧林書.高壓旋噴灌漿技術在大壩防滲處理中的應用，2010年