高壓擺噴灌漿技術在新立城水庫壩基砂礫層段處理工程中的應用與效果分析

王立民

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130012）

0 引言

高壓擺噴灌漿技術是利用高壓射流作用切割摻攪地層，改變地層的結構和組成，同時灌入水泥漿或復合漿形成凝結體，借以達到加固地基和防滲的目的。具有設備簡單、操作方便、質量可靠、速度快、成本低以及應用廣泛等優點。主要適用于砂類土、粘土、人工填土、淤泥等軟基加固。本文以新立城水庫除險加固工程施工為例，對高壓擺噴灌漿在砂礫層中的使用進行分析及研究，闡述了該工藝的設計、施工及效果分析，證實了設計方案和施工方法的可行性。

1 工程概況

新立城水庫位于伊通河中上游，距長春市區16Km，為伊通河流域控制性水利樞紐工程，水庫庫容5.506×108m3，控制流域面積1970Km2；工程是以長春市防洪，供水為主，結合天然漁業和旅游的大型水利樞紐工程；工程等別為Ⅱ等，主要建筑物有土壩、溢洪道和輸水洞，建筑物級別為2 級。新立城水庫壩體為粘土均質土壩，壩頂高程224.00m 左右，寬8.0m，長2626m，最大壩高18.15m。根據新立城水庫除險加固工程設計報告勘察結論，壩基存在滲透穩定和地基液化問題，因此本次除險加固的重要內容之一是為解決壩基滲透穩定問題和地基液化問題對壩基進行高壓噴射灌漿處理。

2 設計概況

2.1 新立城水庫除險加固工程（一標段）設計大體上分為兩個階段

第一階段：2004 年11 月，設計單位編制了《吉林省新立城水庫大壩安全評價報告》，2007 年11 月，水利部大壩安全管理中心以壩函[2007]2703 號《關于新立城等十四座水庫三類壩安全鑒定成果的核查意見》文件中將大壩安全類別綜合評定Ⅲ類，建議進行除險加固處理，吉林省水利水電勘測設計研究院于2008 年完成了《新立城水庫進行除險加固工程設計報告》，2009 年2 月水利部松遼水利委員會以(松遼規計[2008]243 號)文件《關于吉林省新立城水庫除險加固工程初步設計報告復核意見的函》對設計報告進行了批復。

第二階段：2009 年9 月根據施工單位高壓擺噴灌漿試驗結果，由設計單位提出，經建設單位同意并報上級主管機關批準，長春市水利局對《新立城水庫進行除險加固工程設計變更申請報告》進行了批復，同意了變更申請，原設計及變更申請報告的主要內容有：

2.2 設計參數

高壓擺噴灌漿鉆孔為一排，孔距1.3m，分二序灌漿，采用折線形布置，擺角30 度，噴射軸線與防滲墻軸線夾角為25 度。一序孔施工與二序孔施工的間隔時間不小于48 小時，灌漿全孔連續作業，中途拆卸噴射管時，搭接段進行復噴，復噴長度不小于0.2m。

2.3 灌漿材料

灌漿所需的水泥、外加劑等材料均符合有關的材料質量標準，并附有生產廠家的質量合格證明，每批材料使用前均按規定進行了檢查驗收。

2.4 灌漿方法

高壓灌漿采用三管法施工，施工時水漿氣同軸噴射。

2.5 封孔

封孔用直徑1.5～2.5 厘米的粘土泥球,粘土泥球所用的粘土，為壩體填筑所用粘土，粘粒含量大于30%，塑性指數大于17.0（干容重不小于1.4g/cm3）。對用泥漿固壁的鉆孔，采用自下而上分層填筑粘土球分層搗實逐步抬高封孔層面直至設計高程，其具體方法見吉林省水利水電測設計研究院2009 年6 月《吉林省新立城水庫除險加固工程壩基高壓噴射灌漿施工技術要求》。

3 主要項目施工

新立城水庫除險加固工程（一標段）按施工時間順序分為高壓擺噴灌漿試驗和主體工程灌漿施工，按工序可分為鉆孔、高噴灌漿和封孔，具體施工情況如下：

3.1 高壓擺噴灌漿試驗

具體施工情況參見吉林省新立城水庫除險加固工程（一標段）高壓擺噴灌漿試驗報告。

3.2 主體工程高噴灌漿施工

3.2.1 鉆孔

鉆孔直徑在Φ110mm～Φ130mm。施工時為了保護壩體的安全與穩定壩體部分采用無水干鉆，對壩基部分粘性土、淤泥質粘土、礫質粗砂和細礫可使用泥漿鉆進。

鉆孔過程中全孔采取巖心，導孔巖心移交建設單位保留，其它孔巖心保留至高噴灌漿完成并照相后棄掉。鉆孔入巖深度為1.0m，經監理批準建設單位同意巖石中鉆進遇有花崗巖較硬巖體時可以提前終孔。終孔后進行鉆孔測斜，全部鉆孔進行三次孔深、方位角、頂角測量；出現鉆孔坍塌時進行掃孔和清孔，保證高噴噴射裝置順利下入孔底。

3.2.2 高噴灌漿

高噴管下入孔底后應保證水、氣、漿口通暢，不堵塞。①施工初期由于鉆孔完成后不能及時灌漿導致的鉆孔坍塌不允許帶水、帶漿振動強行下管，非上述原因導致的鉆孔短時間坍塌經監理和建設單位同意可以降低水壓、低流量振動下管。②嚴格按照設計參數進行高噴灌漿，因事故、拆卸高噴管導致灌漿中斷，恢復灌漿時保證搭接長度在設計值允許值以內。③高噴灌漿過程中鉆孔串漿時及時進行掃孔，掃孔后進行復噴。④經常測試水泥漿液密度和回漿密度，保證漿液密度在1.5g/cm3～1.7g/cm3，回漿密度≥1.2g/cm3。灌漿完畢后及時進行回灌至208.0m 高程。⑤樁號1+600.0m～1+800.0m 區域因地質條件復雜深厚礫質粗砂（2-3）層、細礫（2-4）層（最深厚度達到14.0m）高噴灌漿采用以下工藝措施：

下高噴管遇到鉆孔坍塌時，即在鉆孔坍塌位置開始自下而上高噴灌漿至208.0m 高程；第二次掃孔至終孔深度如果再次遇到鉆孔坍塌時即在坍塌位置開始高噴灌漿至第一次坍塌之上0.5m；重復以上過程直至整個鉆孔處理完畢。遇到上述情況時在高壓水中加入一定比例的水玻璃加速水泥漿液的凝固，加入水玻璃的數量通過現場試驗確定。

4 達到效果

高噴灌漿施工中使用的原材料（水泥）和速凝劑（水玻璃）經出廠、抽樣檢驗合格；原始記錄真實、準確、完整，工序質量、單孔灌漿質量優良；圍井檢查結果表明單元工程質量優良；根據壩后減壓井滲流量觀測和高噴墻無損檢測結果，壩基高噴板墻滲透性較小，搭接及連續性較好，滿足設計、合同文件及相關規程規范要求。

5 經驗與建議

通觀新立城水庫除險加固工程（一標段）高壓擺噴灌漿試驗、主體工程施工全過程，我們得出如下經驗：

5.1 準確把握地質條件是做好高噴灌漿設計和施工的前提和基礎，要尊重客觀事實，理論結合實際高噴灌漿質量才能夠得到保證，才會收到較好的防滲效果。

5.2 水庫高水頭運行在一定程度上增加了高噴灌漿施工難度。

5.3 采用化學高噴灌漿是我們今后進行生產試驗研究的重點和努力的方向。

5.4 壩后減壓井的滲流量與大氣降雨量、匯水面積、減壓井濾水管的埋藏深度、壩基含水層的滲透性等多種參數有關。

6 結語

高壓擺噴灌漿施工在建設單位的領導和大力支持下，在監理單位的監督指導下通過灌漿試驗獲取最優高噴灌漿參數，施工中嚴格按照經設計單位調整后的高噴灌漿參數進行施工，對各工序、各高噴灌漿孔、單元工程以及整個分部工程質量進行控制，保證了整個高噴灌漿工程質量，施工后所形成的高噴板墻防滲性能、整體性能和連續性能均滿足設計要求和相關規程規范要求。

［1］池毓笑.高壓旋噴防滲墻施工工藝探究[J].內蒙古水利,2012(03).

［2］鄭光順.高壓旋噴墻在土壩防滲加固工程中的應用[J].黑龍江水利科技,2013(08).