高壓擺噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用

東莞市水利勘測設計院有限公司 廣東東莞 523000

摘要：水庫對于周邊經濟發展來說是一個重要的保證，及時對水庫大壩進行除險加固工程不僅可以延長水庫的使用年限，更可以保護人們的生命財產安全。本文以某水庫大壩防滲加固技術方案的選擇實例展開討論，著重分析了高壓擺噴灌漿的技術要求和規范、施工工藝和施工過程中的質量控制要點，給人們這方面可參考的經驗。

關鍵詞：水庫；高壓擺噴；病險水庫；除險加固

0 引言

隨著我國經濟的不斷增長，水庫因為有著發電、灌溉等多功能集于一體的優勢而被大量地建設。但是由于施工技術條件及材料的限制，導致水庫經常發生滲漏等嚴重問題，如何選擇有效的技術來對其治理成為人們關心的問題。下面結合工程實例對此進行討論分析。

1 工程概況

某水庫以農業灌溉為主，兼養殖、防洪、發電等，水庫樞紐的構成有水電站廠房、大壩、泄洪隧洞、輸水隧洞等。壩址以上流域面積14.3km2，大壩為黏土心墻壩，最大壩高20m，壩頂寬6.0m，壩頂長109m，水庫總庫容514萬m3，興利庫容433.1萬m3，為多年調節水庫，設計灌溉面積800hm2，保灌面積555.8hm2，現有實際灌溉面積206.67hm2，壩后電站裝機（含渠道電站）共620kW。

2 除險加固方案比選

根據水庫大壩存在的問題及工程實際情況，擬定三種大壩防滲加固方案進行比較。

方案一：劈裂灌漿

劈裂灌漿適合于解決土壩壩體滲漏和壩體疏松問題，對解決壩體蟻患具有很好的效果，造價較低，單價約300 元/m（含鉆孔）。存在的缺點主要是灌漿厚度與筑壩材料質量有密切關系，厚度不均勻，不適合解決接觸帶和基巖滲漏問題。主要適用于處理存在壓實質量差、有裂縫、洞穴、水平夾砂層等隱患的土壩及結構性較強的粉細砂及土砂夾層透水地基。

方案二：塑性混凝土防滲墻

塑性混凝土防滲墻處理壩體滲流徹底，工程耐久性好，質量易控制；克服了普通混凝土防滲墻與土體彈性模量差異過大，從而可消除剛性墻中由于墻體和圍土變形不同面產生的高應力狀態。單價約1200元/m。其缺點不適應土體變形，產生負摩擦、應力大、極限應變小、墻與土體易脫開及工程投資巨大等。

方案三：高壓擺噴防滲墻

選用高壓擺噴防滲墻具有可灌性好、可控性好、連接可靠及工期短，防滲處理效果明顯等優點，可形成一種新的、有一定強度的防滲墻，三管法單價約650 元/m。存在的缺點主要是工藝復雜，技術要求高，施工過程中要有專門的技術人員現場指導，工程造價較高。主要適用于粉土、砂土、礫石和卵（碎）石地層的防滲加固。

通過三種大壩防滲加固方案進行比較，采用劈裂灌漿雖適合解決土壩壩體滲漏和壩體疏松問題，但主要適用于處理壩體存在壓實質量差、有裂縫、洞穴、水平夾砂層等隱患的土壩，而水庫背水坡出現集中滲流、大面積濕潤、滲漏主要是由于工程建設時就地取材，部分筑壩土料質量低，如含砂量、透水性較大等原因造成。并且劈裂灌漿是用一定的灌漿壓力，將壩體沿壩軸線方向劈裂成兩半，通過漿、壩互壓和濕陷，使壩體內部應力重分布，對于較高的壩，壩體應力分布復雜，劈裂灌漿期間會產生大量沉降變形和裂縫，因此不采用此方案。

采用塑性混凝土防滲墻雖然穩定性好、施工質量有保證等優點，但投資巨大而不容易被業主采納。因此，也不采用此方案。采用高壓擺噴防滲墻是通過高壓泵使注入劑（如水泥漿、水）形成高壓噴射流，通過噴射裝置高速噴入壩體，利用高壓噴射流對大壩進行沖擊、切割，同時噴射管做一定角度的擺動和提升運動，使水泥漿與土體形成新的混合體，最終凝結成板墻狀凝結體來提高壩體的防滲能力。因此從水庫運行管理、施工條件和防滲效果等方面綜合比較分析，本次除險加固設計推薦采用方案三，即高壓擺噴防滲墻方案。

3 高壓擺噴灌漿技術簡介

3.1 設計

（1）施工布置設計

灌漿孔布置沿壩軸線單排布孔，終孔間距1.3m，為減少串孔和確保板墻的有效連接，本工程分Ⅱ序孔進行施灌，一序孔間距2.6m，一、二序孔間距1.3m。高噴墻的結構形式采用折線搭接式板墻結構。

（2）施工技術參數

施工技術參數設計見表1。

表1 施工技術設計參數指標

（3）墻體技術指標

墻體28d抗壓強度≥2MPa、滲透系數≤1×10-6cm/s、破壞坡降≥500，允許坡降取100。

3.1.4厚度驗算

，滿足防滲要求。

防滲墻厚度驗算表明，本工程采用<20cm厚的防滲墻施工技術可滿足要求。

3.2 施工

高壓擺噴灌漿主要施工流程如圖1。

圖1 高壓噴射灌漿工藝流程

（1）布孔

采用一次性放線定孔位，每隔5個孔在不會影響施工的地方設置控制樁，以便在施工中能迅速準確地找出所需的孔位。

（2）鉆孔

開始鉆孔前應核對鉆機主軸垂直度，確保立軸與地面水平線垂直。鉆進過程要確保鉆孔鉛直，孔斜控制在≤1.0%。鉆進過程每隔10m測孔斜1次，發現孔斜及時糾正。同時，地質人員應跟班對巖芯進行分層描述。

（3）下噴射管

鉆孔完成后，撥出鉆桿，放入噴射管至設計深度。下噴管前要在地面上進行低壓射水試驗，檢查噴嘴是否暢通。為防止噴嘴堵塞，可采用低壓送水、氣、漿，邊下管的方法。

（4）制漿

高壓擺噴灌漿漿液為水泥漿。采用水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比為1.5：1～0.6：1，漿液密度為1.50～1.7g/cm3。水泥漿采用二級攪拌，二級過濾。一級攪拌時間≥90s，經過濾落后入二級攪拌機，邊攪拌邊過濾邊應用，過濾篩網眼尺寸為2mm。

（5）噴射灌漿

當噴射管下到設計深度后，送入合乎要求的水、氣、漿，噴射1～3min；待注入的漿液冒出后，按預定的提升、擺動速度自下而上邊噴射邊擺動，邊提升直到設計高度，停送水、氣、漿，提出噴射管。

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、壓力以及擺動、提升速度等參數是否符合設計要求，并且隨時做好記錄。

（6）清洗

噴射完畢后應及時把灌漿管等機具沖洗干凈，不得殘留水泥漿液。其做法是以水換漿，在地面上噴射，以便把灌漿泵和輸漿軟管內的水泥漿全部排出。

（7）靜壓灌漿

由于漿液沉淀作用，每當噴射結束后，需及時對孔內進行靜壓回填灌漿，直至孔口液面不再下沉為止。

4 質量控制要點

（1）灌漿施工前，要先由具有高壓噴射施工管理經驗的總監理工程師組織業主、設計人員、施工人員、監理人員進行設計技術交底，進一步熟悉設計文件、施工圖紙、施工技術要求和施工方法，從而加強對施工質量的管理和監控。

（2）灌漿前應選擇有代表性的地層進行高壓噴射灌漿現場試驗。試驗完成后，通過開挖檢查進一步確定施工技術參數、適宜的孔距和排距、墻體防滲性能等。

（3）現場監理應加強對高壓噴射灌漿的旁站監控。著重控制以下幾個主要參數，并做好相應的記錄：①灌漿管提升速度。每隔30min左右檢測1次；②水壓力。不定時進行抽檢；③漿液密度。每隔30min左右檢測1次進漿密度和返漿密度；④漿液流量；⑤氣壓力。每隔30min左右檢查1次壓縮空氣的壓力和流量。

5 質量及效果檢查

水庫除險加固大壩灌漿工程，自2013年10月20日開工，于2013年12月30日順利結束，歷時2個多月，共完成噴射灌漿孔95個，總進尺2778m，防滲面積2337m2，共用水泥1695t。遵照甲方及監理的意見，于2014年2月5日—2014年2月9日對高壓噴射灌漿防滲板墻進行了質量檢查。

5.1 開挖檢查

根據甲方意見，分別在22#～23#、60#～61#、80#～81#孔位間進行了開挖檢查。從開挖結果看，板墻連續，板墻厚度0.2～0.3m，單孔板墻有效長度2.0m，板墻側面平整，質地堅硬。

5.2 板墻取芯檢查

施工結束后，由甲方指定位置在孔號10#～11#、28#～29#、50#～51#、68#～69#、90#～91#孔位處進行鉆孔檢查。從鉆孔取芯情況看，高壓噴射灌漿防滲墻體連續完整。經鉆孔取樣室內芯樣抗壓、抗滲試驗，高壓擺噴防滲墻10#～11#孔間混凝土芯樣試件抗壓強度代表值為2.7MPa，滲透系數為8.58×10-7cm/s，28#～29#孔間混凝土芯樣試件抗壓強度代表值為2.4MPa，滲透系數為7.81×10-7cm/s，50#～51#孔間混凝土芯樣試件抗壓強度代表值為2.6MPa，滲透系數為8.91×10-7cm/s，68#～69#孔間混凝土芯樣試件抗壓強度代表值為2.5MPa，滲透系數為6.09×10-7cm/s，90#～91#孔間混凝土芯樣試件抗壓強度代表值為2.3MPa，滲透系數為7.17×10-7cm/s，滿足設計要求。經歷過一個汛期之后，壩體背水坡右端高程260～268m附近未發現集中滲流，背水坡滲漏濕潤的現象基本消失，灌漿效果明顯，達到了防滲加固的目的。

6 結語

綜上所述，水庫大壩滲漏問題的治理刻不容緩，我們要綜合分析水庫的情況，然后制定不同的方案，選擇最合適有效的防滲加固方案，并要對方案的各個流程進行掌握，清楚選定的施工方案的施工要點等細節，同時做好施工的全過程質量管理工作，保證水庫大壩的除險加固的工程質量得到提高。

參考文獻：

[1]盧文海.高壓擺噴及壩體劈裂灌漿技術在水庫除險加固工程中的應用[J].沿海企業與科技，2010年04期.

[2]薛波.高壓擺噴灌漿技術在孟州順澗水庫除險加固工程中的應用[J].河南水利與南水北調，2010年07期.