高壓噴射灌漿在鋼壩閘防滲工程中的應用

閆 義

（山西省水利水電工程建設監理有限公司，山西 太原 030012）

修建水利基礎設施是維持國民經濟發展的重要措施之一，水庫在水資源調度和防洪等方面有著重要作用，其中大壩基礎防滲設計的合理性直接影響未來水庫高效運行與管理。因此，有必要對水庫大壩滲漏處進行加固防滲。現以汾河二庫大壩為例，對鋼壩閘滲漏隱患處防滲處理進行分析。

1 高壓噴射灌漿技術

1.1 常見防滲技術

我國土石壩防滲技術過去大多采用黏土鋪蓋等技術，隨著國外防滲技術的引進，大量先進技術如深層攪拌樁[1]、劈裂灌漿、高壓旋噴樁[2]等被經常采用。通過試驗和工程實踐，這些防滲技術有各自優勢和不足以及適用條件，詳見表1。

表1 防滲技術分析

1.2 高壓噴射灌漿技術

高壓噴射灌漿法最初應用于軟土地基的加固，后來逐漸用于大壩基礎防滲。其施工原理是通過機具鉆孔，將高壓漿液通過注漿管噴射到待防滲土層，破壞土體結構并在壓力下與漿液混合重新排列凝固形成墻體，達到加固防滲作用[3]。由于技術應用范圍廣、施工方便高效且形成的凝固體屬于逐漸過渡型，適合多數大壩生態治理工程，本工程采用該技術進行大壩防滲處理。

2 工程基本情況

2.1 工程概況

汾河二庫是一座大（2）型水利樞紐，總庫容1.33億m3，主要服務于生活工業供水、水利發電及旅游養殖等。本項目為汾河二庫大壩下游河道生態治理一期工程，位于壩址下游至臥龍灣大橋，全長703 m，需在樁號Z0+455 處新建鋼壩閘1 座，壩高2.0 m、寬56 m。

2.2 地質條件及評價

鋼壩閘壩基和壩肩地層為第四系全新統洪沖積物卵石混合土層，結構不穩定，局部松散。卵礫石粒徑平均40 mm，以灰巖為主，含少量的砂巖及變質巖。細粒為中細沙，以石英、長石等為主，平均厚度26 m。

對現場土樣進行鉆孔注水試驗，分析得出其土層滲透系數為32 m/d，滲透嚴重。其下基巖滲透系數較小，作為相對隔水層。經計算，壩基和左右壩肩滲漏量約為3800和1430 m3/d，滲漏量較大，直接影響到鋼壩閘的蓄水安全，需采取防滲措施。

3 高壓旋噴防滲墻設計

根據常見防滲技術以及本工程地質報告的建議，防滲體布置要求有：設計方案必須保證工程質量；工程整體概算低，工程量小，易施工；防滲體施工時必須保證大壩整體安全性；防滲體施工期間，盡量協調各方面用水需求。經過經濟、技術論證，本工程采用高壓旋噴防滲墻方案進行加固防滲處理。

3.1 灌漿孔布置

常見工程的鉆孔方式及布置孔距等，詳見表2[4]。根據現場地質條件，本工程防滲墻范圍處于卵石混合土地層，采用單排柱列型鉆孔方式，設計參數詳見表3。

表2 常見鉆孔方式及布置

表3 灌漿孔設計參數

3.2 灌漿技術要求

高噴注漿材料采用水灰比為1∶0 的水泥漿，其中水泥為42.5 級以上普通硅酸鹽水泥；灌漿方法選擇三管法，分二序進行，相應配備專業施工人員如泵工、鉆工、噴灌工等[5]。

高壓旋噴技術是利用泵壓力和流量產生強破壞力，根據現場試驗確定的主要技術參數詳見表4。

表4 高壓旋噴灌漿主要技術參數

4 高壓噴射灌漿施工技術

4.1 施工準備及工藝

施工單位開工前應做好施工準備如圖1 所示，施工工藝如圖2所示。

圖1 施工準備

圖2 施工工藝

4.2 施工要求

4.2.1 鉆孔

采用SHL500X 沖擊鉆機分兩序鉆進施工，首先選擇3 個不同方向的先導孔校對地層，然后進行鉆孔。施工要求如下：①孔位與設計孔位相差大小≤50 mm，孔徑約146 mm；②孔深大于設計墻體深度0.3 m；③鉆機穩定，鉆桿垂直度偏差≤0.5%，鉆孔偏斜度≤1%。施工過程中，應及時記錄以上各種數據以及出現的特殊問題如漏漿、少鉆等。

4.2.2 制漿

采用集中制漿，制漿站配置1 套水泥攪拌系統，利用管路分別將制備好的漿液供應到GP2000 型高噴臺車。

4.2.3 注漿

當鉆孔數據滿足驗收要求后開始分兩序灌漿施工。首先，采用熟料膠帶將噴頭的噴嘴部位包封密實，以防止噴嘴堵塞。然后，在地面進行試噴，無問題后在灌漿孔位下噴管至設計深度。按照設計參數開始原位噴射，當漿液返到孔口時再以8 cm/min 的速度提升噴射，噴射結束后進行回灌直至孔口泥漿液面保持穩定[6]。若灌漿過程中出現噴射管需拆除問題，應設置長度≥20 cm 的搭接段，并進行復噴。施工過程中，利用自動記錄儀記錄以上各種數據如進漿密度、回漿密度等以及出現的各種特殊情況。

5 質量檢測

本工程委托山西省水利建筑工程局中心試驗室有限公司對防滲墻質量進行檢測，檢測內容包括墻體鉆孔進行注水試驗和抗壓強度試驗。現場共鉆孔取芯3 孔，每孔14.5 m，分3 段進行注水試驗和抗壓強度檢測，結果詳見表5。

表5 檢測結果

由試驗結果可知，鉆孔取芯的巖芯完整，滲透系數均滿足不大于A×10-6cm/s 的設計要求，同時抗壓強度也滿足抗壓強度不小于3.0 MPa 的設計要求。因此，高壓噴射灌漿防滲技術滿足鋼壩閘加固防滲要求。

6 結語

本文通過地質條件的深入剖析，采用高噴防滲墻作為水庫鋼壩閘的主要防滲手段。經方案設計和質量檢測，高壓旋噴防滲墻砂卵石地基的防滲得到有效保障。高壓旋噴樁施工簡單、造價成本低、防滲效果好、應用范圍廣，為類似工程的大壩設計提供了借鑒。