水庫堤壩高壓旋噴施工技術及其工程應用

鞏轉定

摘 要：2012年3月13日某水庫發生的大壩塌坑險情事件，已嚴重影響了水庫安全運行，一旦發生潰壩事故，將會給下游人民生命、財產安全帶來巨大損失，除險加固刻不容緩。采用高壓噴射灌漿進行堤壩防滲處理應用較為廣泛，近幾年來，我公司在多項水利工程項目施工中歸納了一些技術參數，取得了一些經驗。

關鍵詞：水庫；高噴灌漿；除險加固；防滲墻

中圖分類號：TV543 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0078-02

高壓噴射注漿就是利用鉆機鉆孔，把帶有噴嘴的注漿管插至土層的預定位置后，以高壓設備使漿液成為20Mpa以上的高壓射流，從噴嘴中噴射出來沖擊破壞土體。部分細小的土料隨著漿液冒出水面，其余土粒在噴射流的沖擊力，離心力和重力等作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例有規律地重新排列。漿液凝固后，便在土中形成一個固結體與樁間土一起構成復合地基，從而提高地基承載力，減少地基的變形，達到地基加固的目的。

崔雙利[1]在某擋墻的開挖施工中，選擇了高壓旋噴樁對基坑邊坡進行支護取得了良好的效果。武玲[2]以某建筑工程的地基加固為例，研究了高壓旋噴樁加固回填土的有效性。張彤[3]通過廣西賓陽縣露紆鎮急水壩的高壓旋噴灌漿施工，探討了該技術在土壩防滲加固工程中的應用前景。

通過以上研究的總結，發現高壓旋噴灌漿技術在防滲加固工程中均取得不錯的施工效果，雖然如此但仍然對該項技術缺乏實際的數據支撐，因此本文章主要是通過結合李橋水庫的實際情況進行高壓旋噴實驗，為今后類似的工程提供一定的參考依據。

1 高壓旋噴施工方案

該實驗主要是驗證高壓旋噴灌漿是否滿足李橋水庫除險加固防滲設計標準；可以提前進行試驗可極大的縮短施工工期，節省投資；為正常施工提前做好準備；同時驗證高壓旋噴灌漿的方法及其適用性。通過試驗驗證設計確定的有效樁徑、噴射介質的合理性。并論證高壓旋噴灌漿孔孔距、孔序的合理性及質量的可靠性。又能夠確定技術參數：水壓和水量、氣壓和氣量、漿壓和漿量、漿液配合比、噴管提升及旋轉速度。驗證所取參數的合理性，為工程施工提供指導意見和合理參數。

1.1 設計要求

高壓旋噴防滲墻設計技術指標如下：

西壩段壩體高壓旋噴防滲墻（-0+050～0+350）；

東壩段壩體高壓旋噴防滲墻（1+137～1+285）；

高壓噴射灌漿孔孔距1.00m，樁徑1.20m，每30m設1先導孔。

1.2 試驗段的選擇

正確地選擇灌漿試驗地段，可以正確指導高壓旋噴灌漿施工有著重要的意義。選擇試驗地段時，一般應考慮下面幾個條件：

試驗地段的地質情況應具有代表性。高壓旋噴灌漿試驗段應選在高壓旋噴灌漿施工防滲線相同地質的區域或中等偏劣的地質條件的地段。根據設計提供的地質情況，將高壓旋噴灌漿試驗選擇在以下兩個區域內進行，試驗一區選擇在樁號0+309～0+315處（壩基壤土心墻），試驗二區選擇在樁號0+008～0+011.8處（砂礫石壩殼）。

高壓旋噴灌漿試驗鉆孔數目由于灌漿試驗目的不同。試驗一區布設試驗孔7個，孔位布置由單排孔組成，其中Ⅰ序孔4個，Ⅱ序孔3個；試驗二區布設試驗孔5個，孔位布置由單排孔組成，其中Ⅰ序孔3個，Ⅱ序孔2個。

1.3 工藝流程

壓噴射灌漿試驗主要工藝流程為：鉆孔→高噴臺車就位→地面試噴→下入噴射管→提升噴射→漿液回灌→管路沖洗→高噴臺車遷移。

高噴臺車就位：高噴臺車就位過程中，應檢查提升、制動、管路、電路、旋擺狀況、轉向等系統是否正常。

地面試噴：地面試噴前檢查管路是否暢通、連接情況是否正常，檢查機械及管路運行情況。無誤后進入下一步工序。

下入噴射管：噴射管下入前，應先送水、氣試噴，把各種壓力加到噴射要求的壓力和流量。通過試噴可以了解各種管路是否暢通、水嘴和風嘴的加工質量。水射流過早離散、霧化或過小的水嘴不宜使用，待各項參數符合要求后才能下管。為防止水、氣噴嘴堵塞，下管前，可用膠布包扎。當遇有噴射管下不到位或下不去現象時，視不同的情況采取不同方法處理，一般采用以下方法：

（1）用高噴臺車自帶無巖芯鉆頭鉆進；（2）用高壓泥漿泵送水邊轉邊下；（3）送風邊轉邊下；（4）送風、送水邊轉邊下。

后三種方法的關鍵在于掌握介質的壓力及流量，一般都不宜過大，如果各種方法都不成功，則用鉆機處理。

提升噴射：將噴射管下到預定位置后，依次送水、送氣、送漿，待水壓、風壓和漿壓升至設計值，待孔口返漿密度≥1.20g/m3后開始提升。水泥漿密度控制在1.51～1.60g/m3。高噴過程中，每隔30min進行一次進漿和回漿密度測試，當其達不到設計要求時，立即暫停噴漿作業并立即調整水灰比，盡快恢復噴漿作業。

漿液回灌：高噴灌漿結束后，利用回漿或水泥漿及時回灌，回灌時間不少于30min，直至孔口漿面不下降為止。

2 高壓旋噴灌漿實驗過程

2.1 實驗工程概況及其地質情況分析

實驗開始前首先確定其工程概況及其地質詳情，甘肅省張掖市山丹縣李橋水庫是一座以灌溉為主的年調節中型水庫，主要建筑物按3級設計，設計抗震設防烈度7度。水庫防洪標準為50年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核。水庫壩址以上控制流域面積1143km2。水庫總庫容1540萬m3，有效庫容1416萬m3。工程區位于“祁、呂、賀”山字型構造西翼反射弧中的永昌南山古凸起帶內。根據資料記載[4]，地震動峰值加速度為0.10g，地震動反映譜特征周圍期0.45s，相應地震基本烈度為Ⅶ度。工程區位于“祁、呂、賀”山字型構造西翼反射弧中的永昌南山古凸起帶內。新構造運動主要表現為差異性的升降運動，并且水庫壩身壤土心墻填土總體密實性差，松散、不均勻、裂隙較多。endprint

2.2 對實驗區域進行高噴灌漿實驗

為了驗證設計方案，向建設單位提供決策依據，為李橋水庫除險加固工程高壓旋噴防滲墻施工提供最佳技術參數，我公司于2012年6月18日至7月20日在樁號0+309～0+315處（壩基壤土心墻）和樁號0+008～0+011.8處（砂礫石地層）進行了高壓旋噴灌漿試驗。

在高壓噴射灌漿試驗過程中，我單位嚴格控制既定技術參數，遵循有關條款[3]規定，認真負責地完成了各孔段高壓旋噴灌漿試驗。

試驗一區YS1、YS3、YS4、YS5和YS7號孔因施工供水不足或機械故障出現了不同時長地中斷，故障排除后恢復試驗時，對中斷孔段進行了復噴，搭接長度均大于0.50m。

YS3號孔高噴試驗過程中，提升至距地面1.18m處因施工供水中斷，天氣降雨等原因終止，造成防滲墻墻頂出現深度1.10m的凹坑。

試驗一區實施高壓旋噴灌漿試驗孔7個，其中一序孔4個，二序孔3個，平均孔深11.03m，各孔段實際工程量及試驗參數詳見附表：《高噴灌漿工程綜合成果表》。

試驗二區ES1、ES3和ES4號孔因施工供水短缺或機械故障出現了不同時長地中斷，故障排除后恢復試驗時，對中斷孔段進行了復噴，搭接長度均大于0.50m。

ES4號孔高噴試驗過程中，提升至距地面1.20m處因機械故障，短時間內無法恢復試驗被迫終止，造成防滲墻墻頂出現深度1.20m的凹坑。

因該試驗區域地層為砂礫石，存在粒徑較大的礫石，在鉆孔過程中出現塌孔等情況；各孔段下入噴射管過程中較困難。各孔段實際試驗參數及工程量詳見附表：《高噴灌漿工程綜合成果表》

2.3 高壓旋噴灌漿質量控制

（1）為了保證墻體連續性，確保孔位偏差≤5cm，其次要確保鉆孔垂直，施工中采取控制方法：1）鉆機用水平尺調平；2）鉆桿采用粗徑鉆桿盡量滿眼鉆進；3）鉆桿用鉛垂調直；4）防滲墻采旋噴套接。采用普硅P042.5級水泥。（2）認真記錄鉆孔鉆探班報表，為高噴灌漿提供準確的數據。（3）進行現場生產性試驗，進一步明確各種參數并報監理審批。（4）施工中采取跳打法，先進行Ⅰ序孔試驗，再進行Ⅱ序孔試驗，相鄰樁孔間隔施工時間12～72小時。（5）樁底應按設計要求進行不提升高壓旋噴。（6）嚴格控制進漿、回漿密度，進漿密度控制在1.5～1.7g/m3。

3 實驗結論及其分析

3.1 實驗結果

（1）2012年7月3日對高壓旋噴灌漿試驗區域進行了開挖檢查，從開挖出的高壓旋噴防滲墻凝結體搭接較好，墻體表面平整，不存在空洞及夾渣現象，樁徑及搭接厚度均可以滿足設計要求及規范規定（具體詳見表1《高壓旋噴防滲墻凝結體實測表》）。

試驗一區高壓旋噴防滲墻凝結體單樁直徑最大145cm，最小125cm，搭接厚度最大100cm，最小89cm。

試驗二區高壓旋噴防滲墻凝結體單樁直徑最大130cm，最小120cm，搭接厚度最大71cm，最小62cm。

（2）2012年7月4日進行了試驗區開挖檢查；從開挖斷面查看發現高壓旋噴墻墻體搭接較好，表面光滑，不存在空洞及加渣現象；高噴旋噴墻墻體有效厚度最大145cm，最小120cm，搭接厚度最大100cm，最小62cm。滿足設計要求及規范規定。

（3）通過對試驗區域開挖檢查，YS4、ES2號孔高噴凝結體樁徑、搭接厚度最大，根據施工記錄表記錄的試驗參數，推薦在壤土心墻采用YS4號孔參數，砂礫石及基巖采用ES2號孔參數。

（4）針對本次試驗二區（砂礫石地層）高壓旋噴防滲墻厚度不均勻的情況，為保證工程施工質量，我單位于2012年7月7日至8日采用ES2號孔參數進行了砂礫石地層驗證試驗，通過開挖檢查發現高壓旋噴墻樁徑均在1.30m以上，可以滿足設計要求。

（5）為了確保工程質量建議在試驗參數的基礎上適當提高施工標準，我單位推薦采用如下參數：

水壓力38～40MPa流量80L/min，壓縮空氣壓力0.70MPa流量1.00m3/min，水泥漿液壓力0.80～1.20MPa流量60～80L/min，漿液密度≥1.51g/cm3回漿密度≥1.2g/cm3，漿液配比0.8：1、0.6：1，噴射管提升速度：基巖及砂礫石地層5～6cm/min，壤土心墻8～10cm/min，轉動速度10r/min。

（6）鑒于本次試驗在砂礫石上部進行，下部地層情況未完全揭示，施工中若遇漂石或塊石地層，根據實際情況處理。

3.2 實驗總結

從建設過程中的多次現場檢查，竣工后的驗收以及近兩年的蓄水檢驗來看，高壓旋噴灌漿施工技術具有工藝簡單，質量保證，適應性強，廢漿量大的特點。該項技術在水利工程中為土壩防滲加固處理樹立了典范，具有較好的借鑒和指導意義，為今后土壩防滲中，值得結合實際來推廣。

參考文獻

[1]崔雙利.高壓旋噴注漿技術在基坑擋土墻工程中的應用[J].探礦工程，2011，38（2）：48-49.

[2]武玲.高壓旋噴樁在某建筑地基加固中的應用[J].山西建筑，2014，（34）：79-80.

[3]張彤.高壓旋噴灌漿技術在急水壩防滲加固的應用廣西水利水電[J].2010：39-42.

[4]中國地震動參數區劃圖GBl8306—2001[S].endprint