高壓噴射灌漿施工與質量控制

吳曉宇，侯建宇

（淅川縣水利局，河南 南陽 474450）

1 工程概況

某水利工程控制流域面積2 943 km2，現狀建筑物主要包括攔河壩、泄洪閘、渠首閘及順河壩，順河壩起于泄洪閘后沿流域右岸一級階地向東西布置，長度18.40 m，屬于均質土壩。順河壩壩基上部主要為厚度在4～10.50 m的重粉質壤土和粉質黏土層，壩基中部則是厚度15～20 m 的強透水礫質卵礫石層。考慮到壩基中部土層透水性強的實際，會導致壩基發生滲漏，并與壩基階地地下水匯合后形成壩基承壓水。在該水利工程運行過程中，由于各種因素的影響，導致原降壓井降水效果弱化，個別壩段承壓水位高出壩面，滲漏嚴重。為保證工程安全運行，必須采取有效措施進行壩體壩基防滲加固處理。

高壓旋噴灌漿施工技術主要借助高壓射流沖擊破壞待加固地層結構，同時將水泥漿液或混合漿液灌入待加固地層，并使漿液和地層土顆粒充分摻混，形成堅固穩定的凝結體，達到地基加固防滲的目的。高壓旋噴灌漿可灌性好，灌注加固深度大，所形成的防滲體彈性模量低，對地基結構變形適應能力強，故此水利工程壩體壩基滲漏加固擬采用高壓旋噴灌漿技術。

2 施工技術方案

根據噴嘴運動方式，將高壓噴射灌漿施工方式分為旋噴、擺噴和定噴三種，其中旋噴主要形成柱狀凝結體，定噴形成板狀凝結體，擺噴則形成厚度和長度介于旋噴和定噴之間的墻體，對于包括砂卵礫石在內的各類地層防滲均較為適用。綜合來看，此水利工程選用擺噴的高壓灌漿施工方式。為確定最佳的施工參數，選擇地質條件最具代表性的順河壩4+120～4+250壩段進行高壓擺噴灌漿試驗，根據試驗結果，灌漿材料主要使用強度等級32.50的普通硅酸鹽水泥占70%、黏性膨潤土占30%的水泥黏土漿液，拌和用水和干料比為1:11.10，所確定出的此水利工程壩體高壓噴射灌漿防滲施工其余技術參數詳見表1。

表1 高壓噴射灌漿施工技術參數表

高壓擺噴灌漿防滲墻設置在順河壩4+120～4+250 壩段以上高程為110 m 的平臺上，防滲墻中心線平行于壩軸線，并與壩內塊石護坡底邊外沿相距4.80 m。采用三重管高壓擺噴的灌漿形式，由下至上不間斷灌漿，并通過折線連接防滲墻體，使折線軸線和防滲墻軸線形成120°夾角和30°擺角，相鄰注漿孔間距1.40 m，并間隔灌漿。考慮到此水利工程壩體高程90～102 m以內的填筑及覆蓋土層主要為重粉質壤土，防滲墻從土體頂板上1.40 m處灌漿至基巖以下1.20 m后形成封閉式防滲墻體，厚度≥20 cm，孔斜率不超出0.80%。

3 高壓噴射灌漿施工及質量控制

3.1 施工準備

在準備階段首先根據設計方案和施工進度要求，設置由2人組成的引孔班組及由4人組成的旋噴成樁施工班組，并安排技術員、協調人員機械維修工、記錄員等各1名，設計施工工效為100～120 m/臺班。同時，應當準備TT-201型三重管高壓旋噴機1臺，HY-110引孔鉆機1臺，BW-210泥漿泵1臺，XX6-10空壓機1 臺，HJ-400 制漿機1 臺，BWX-200/10 型注漿機1 臺，鉆頭、噴嘴、壓漿膠管等輔助設備若干。

進行三重管高壓噴射灌漿施工所使用的水泥和外加劑應提前購置，并底部懸空30～50 cm 的方式存放在干燥區域，并在頂部覆蓋防水篷布。

3.2 制備漿液

使用質量性能符合設計要求的強度等級32.50的普通硅酸鹽水泥，按照1.60～1.70 g/cm3確定漿液密度，在采用高速攪拌機時水泥漿液的攪拌時間應至少為30 s，若使用普通攪拌機，則攪拌時間應至少為90 s。將拌制好的水泥漿液過篩后進行密度檢測。

3.3 成孔

待鉆機到達設計樁位后應調整垂直度，使鉆桿和樁位保持一致，水平偏差和垂直度誤差應分別控制在1.00 mm 和0.30%以內。鉆孔施工開始前還應進行泥漿泵和空壓機的調試及設備運轉情況的檢查，并用紅色油漆在鉆塔旁側標注深度線，以便進行鉆孔底部深度控制。在鉆孔前進行試噴試驗，如果試驗顯示鉆孔機械運轉正常，則應按照設計要求鉆孔，并記錄鉆桿節數，保證鉆孔深度。

鉆進至設計深度后將巖芯管拔出，隨即在射水的同時插入噴射灌漿管，以避免泥沙堵塞噴頭，并將射水水壓控制在1.00 MPa，防止過高壓力破壞孔壁，用塑料將高壓水流噴嘴包裹，防止吸入泥沙。待高壓噴射灌漿至設計深度后開啟泥漿泵，由下至上開始噴射，并將清理后的泥漿排出。為保證樁頂噴射灌漿施工質量，應在原位持續噴射10-12 s，并出現孔口冒漿后再提升旋噴。噴射至設計樁頂標高后停止，將鉆頭抬起后清洗灌漿泵和輸漿管，再按設計要求將鉆機移至下一樁位。

3.4 噴射灌漿

將噴漿管插入預定深度后嚴格按照試驗參數自下而上進行高壓噴射灌漿，并安排技術人員時刻注意檢查漿液凝結時間、注漿量、漿液流速、注漿壓力、旋轉提升速度等參數是否符合試驗要求，并進行記錄。待漿液由孔底冒出地面后應按照“邊噴漿、邊旋轉、邊提升”的方式提升鉆桿，待首根鉆桿完全提升出地面后停止灌漿，立即拆桿并復噴，待達到旋噴壓力后重新提鉆，至樁頂標高后以較低壓力繼續噴射灌漿2-3 min，先停風再停水，此后還應繼續低壓噴射灌漿，等到漿液返回注漿孔口后結束旋噴，將鉆桿提出。

噴射灌漿施工結束后還應將漿液換成水在大壩壩面噴射，以使泥漿泵和注漿管內的殘余漿液全都排出，還應沖洗干凈噴嘴等機具，將旋噴機移動至下一注漿孔位。

3.5 串漿應對及回漿處理

為避免該大壩壩體高壓噴射灌漿過程中出現串漿，應使用小孔徑噴嘴，降低成樁直徑和噴射壓力，并在漿液中按設計比摻加速凝劑和早強劑，加快防滲墻凝固成樁的速度。在灌漿過程中若漿液耗用量增大但漿液液面無明顯上升跡象時，則表明發生了串漿。地下存在孔洞引發串漿時必須及時探明孔洞尺寸，對于較小孔洞，應通過漿液噴射方式填充處理，而較大孔洞必須先堵漏后再灌漿。

對于尺寸較大且不回漿的空隙應適當降低提鉆和旋轉速度，并增大注漿量和噴射壓力，換上大孔徑噴嘴。相反，若回漿量過大，則應加速提鉆和旋轉速度，降低注漿量，使用小孔徑噴嘴以減少回漿。

4 防滲效果檢查

該水利工程壩體壩基高壓噴射灌漿施工結束后主要進行開挖檢查、灌漿孔檢測及室內檢測，以進行工程防滲施工效果的全面評價。

4.1 開挖檢查

高壓擺噴孔灌漿壩段開挖檢查后發現，擺噴孔樁搭接良好，相鄰孔樁之間成套接已經形成，且擺噴后形成的噴射扇形區結構明顯，與對接水泥土牢固膠結，兩孔處水泥墻體對接厚實穩固，符合設計要求。

4.2 灌漿孔檢測

該水利工程壩體共設置36 個檢查孔，均位于旋噴樁上下游、中心處及樁間位置，采用鉆孔取芯和注水試驗以進行高壓噴射灌漿加固效果及旋噴樁搭接情況的檢查。通過所設置的檢查孔主要對該水利工程進行191段注水試驗，試驗結果詳見表2，檢查孔滲透系數均值為0.67×10-6cm/s，符合規范所規定的不超出1.00×10-6cm/s 的相關要求，且壩體和沖積層高壓噴射灌漿施工后滲透系數與透水率顯著降低，表明該水利工程壩體和沖積層防滲性能顯著改善。

表2 灌漿孔注水試驗結果表

4.3 室內檢測

待完成高壓旋噴施工后現場檢查孔注水試驗過程中，還應取檢查孔壩體層、淤泥層、砂卵礫石層噴射土體芯樣進行室內檢測。檢測結果顯示，各土層高壓噴射灌漿體物理力學性能指標均符合防滲體加固設計要求。

此水利工程防滲施工前下游壩腳滲水量為89.70～96.80 L/s，高壓噴射灌漿施工后壩體滲流量觀測結果顯示，庫水位在1 697.80～1 706.00 m 時下游壩腳滲水量僅為0.10～0.27 L/s，表明高壓噴射灌漿防滲效果十分顯著。與此同時，此水利工程壩體防滲施工結束后便開始對大壩浸潤線進行觀測，根據觀測結果，最高水位和最低水位時實測浸潤線均比設計浸潤線低，說明壩體高壓噴射灌漿加固處理后壩體及壩基滲流穩定性提升。

5 結論

綜上所述，高壓噴射灌漿加固技術在水利工程壩體防滲處理中切實可行，且能使壩體結構強度和防滲效果明顯增強，基本消除壩體滲漏，保證水利工程安全運行。高壓噴射灌漿施工技術適用范圍廣泛，對于大壩壩體、淤泥、砂卵礫石壩基等多種地層滲漏加固效果良好，且高壓噴射灌漿施工后質量檢測方便，可以通過直接開挖檢查、鉆孔檢測及取芯樣試驗等檢測，而考慮到水利工程壩體高壓噴射防滲墻壩頂窄，一般不宜做圍井檢查。