高壓噴射灌漿技術在水庫防滲加固中的應用

張秀娟

（蒙陰縣高都鎮農業綜合服務中心，山東 臨沂 276219）

1 工程概況

張林溝水庫位于蒙陰縣高都鎮下坦布林村西200m，屬沂河水系梓河支流莫莊河上，控制流域面積1.325km2，總庫容52.61 萬m3，控制灌溉面積13.33hm2。工程于1978 年12 月建成蓄水，是兼顧防洪、灌溉、水產養殖等綜合利益于一體的小（2）型水庫，工程等級為v 等，大壩（黏土心墻砂殼壩）及主要水工建筑物為5 級。目前存在的主要問題是左壩端壩腳有明顯滲漏，綜合評定為三類壩，需要盡快對全壩段進行防滲加固處理。

2 高壓噴射灌漿技術設計要點

經過專家實地勘察，由于本身水庫規模很小，因此設計不對壩體進行大規模動土，采用成本較低的高壓噴射灌漿技術對其進行防滲治理。

2.1 防滲加固機理分析

高壓噴射灌漿技術通過噴射流對土體產生切、劈破壞，將水泥漿液壓入劈裂縫隙中，凝固后便形成一個堅硬隔離層[1]。為了加大破壞力，通常采用“水氣同軸噴射”，借助空氣的小阻力而擴大噴射范圍，產生的破壞力P計算公式為：

式中：ρ為密度，kg/m3；Q為流量，m3/s；Vm為射流速度，m/s。

2.2 高壓噴射灌漿主要參數設計

2.2.1 防滲止水孔距設計

高壓噴射灌漿技術的孔距D 設計與孔深、土質、粒徑、搭接長度等直接相關，可用（2）經驗公式來大致計算[2]。但在實際使用時，還需要結合現場試驗來進行調節，對于本項目小型水庫，設計一排灌漿孔充填即可滿足防滲要求。常見布置形式和對應孔距數值[3]，見表1。結合實際情況，張林溝水庫大壩防滲加固采用直擺型，孔距設計為1.5m，設計墻體厚度15cm，孔距D 的計算公式為：

表1 常見防滲墻形式和土質下的孔距值

式中：δ為地層影響系數；L為有效噴射距離，m；h為孔深，m；θ為孔斜率，%；t為搭接長度，m。

2.2.2 注漿材料種類選擇分析

灌漿材料的品種和性能直接影響到防滲加固治理，而水工建筑在高噴灌漿中常用的材料為水泥漿液，不同用處的材料配方如表2 所示[4]。張林溝水庫大壩防滲加固沒有特殊要求，且深度不受地下水影響，因此選取普通型即可。

表2 不同配方適用條件

2.2.3 固結體強度設計標準

固結體強度是評價防滲加固效果的主要標準，其主要受以下3 個因素影響：①土質；②灌漿材料水灰比；③灌漿施工方法。在同一水灰比條件下（1:1.5），不同土質在不同施工方法下的強度標準對比（28d）[5]如表3 所示。總體效果來看，在同一土質下，三觀法＞二管法＞單管法，成本與效果呈正比關系。張林溝水庫建設規模小、標準低，且防洪任務小，因此采用單管法即可。

表3 固結體強度標準

3 高壓噴射灌漿技術應用

3.1 施工參數設計分析

3.1.1 施工設備選擇

本次張林溝水庫大壩防滲采用單管法高壓噴射灌漿技術，其主要應用的施工設備型號及適用條件/規格參數，單管法高壓噴射灌漿技術設備及型號如表4 所示。

表4 單管法高壓噴射灌漿技術設備及型號

3.1.2 施工工序和基本要求設計

本次張林溝水庫大壩防滲加固施工流程如圖1所示。下面針對主要一些工序的基本要求進行說明分析：

圖1 施工流程示意圖

1）測量放線。在高壓灌漿施工軸線孔位上打木樁做標記，并標明每個孔口高程、深度等信息，要求孔位偏差在5cm 以內。

2）鉆孔。鉆機就位固定后，利用水平尺控制機身水平，嚴格控制孔斜率，要求≤0.5°；鉆孔孔徑應大于噴管管徑20mm，深度要進入基巖層1.0m以上；保持鉆芯完整，并由現場技術人員簽字驗收[6]。

3）下放噴射管及噴射灌漿。在下放噴射管過程中，為防止噴嘴堵塞，可不斷低壓送水氣（<1.0MPa），或者將噴嘴用塑料袋包扎。噴頭放至設計深度后，按照規定參數進行噴射灌漿，等有漿液冒出孔口后便可正式提升擺噴。設計擺動速度為10r/min，提升速度0.1m/min，注漿量控制在30L/min[7]。

4） 回灌填補和沖洗管路。高壓噴射施工結束后，由于水泥漿液沉淀和凝固現象會使體積縮小，孔口處會凹陷，此刻應及時回灌填補并搗實，直至填平。施工結束后要及時高壓清洗設備管道，尤其是注漿管，要求沖洗3 遍，每遍間隔5min，保證射出的水流為清水才可以。

3.2 施工過程控制要點分析

3.2.1 冒漿處理分析

冒漿是高壓噴射灌漿施工中最常見的問題，只要冒漿量在20%以下，均不用作處理。若冒漿量﹥20%，則一般采取以下三種措施來減少冒漿：①提高灌漿壓力，并保持注漿量不變，這樣可以漿液延展性更好；②換裝小孔徑噴嘴，保持壓力不變，這樣也是提高了灌漿劈裂延展性；③適當加快注漿管提升速度，并保持灌漿量不變，這樣就沒有多余漿液從鉆孔內冒出[8]。

在本次張林溝水庫大壩施工中，通過提高了30%的灌漿壓力，使冒漿問題得到解決，本質還是由于個別地段密實性強，原壓力不足以破壞其結構。

3.2.2 漏漿處理分析

在施工中若遇到漏漿問題，其處理方式基本與冒漿處理措施相反，即：①適當減小灌漿壓力，同時減少灌漿量；②在漿液中摻入一定量速凝劑，如：氯化鈣、水玻璃等；③降低提升速度，同時減少灌漿量，若還有漏漿問題，則停止灌漿并灌注水泥砂漿堵漏。

漏漿問題一般是土體中裂隙發育多且貫通，在本次張林溝水庫大壩施工中并沒有出現該類問題，說明黏土心墻整體結構比較完整。

3.2.3 防滲墻體質量檢測

張林溝水庫大壩施工結束后，采用鉆探法對采出的巖芯連續度進行分析，共計取芯25 處，墻體基本能夠達到結構連續、厚度一致。水庫正常蓄水后又對其進行了持續一個月的滲漏監測，最大滲漏量僅為加固前的20%，大壩安全穩定性完全滿足使用需要。

4 結 語

高壓灌漿噴射技術目前針對于中小型壩體防滲加固有著廣泛應用，而且應用效果較好，性價比很高。本次張林溝水庫大壩項目共計花費25.8 萬元，施工工期20d。由于我國現存多處建設于上世紀60年代的中小型水庫大壩均面臨防滲加固，因此該技術有著廣闊的市場基礎。但需注意，在應用時務必要根據現場實際地質情況靈活調整灌漿材料、施工參數等，防止出現盲目照搬問題。