高壓旋噴注漿法在水庫工程防滲中的應用

位海洪，李祥銀，張 濤

（滕州市水庫管理服務中心，山東 滕州 277533）

在水庫防滲工程中，高壓旋噴注漿法是一種利用鉆機把帶有特制噴嘴的注漿管鉆進至設計防滲墻位置后，按照設計半徑向上旋轉提升高壓設備噴射水泥漿液，與土粒、砂粒強制混合，形成具有一定強度的連續墻固結防滲體的方法[1]。該方法具有不擾動和破壞防滲建筑、料源廣闊、價格低廉、設備簡單、管理方便等特點[2]，適用于處理淤泥、淤泥質土、流塑、軟塑或可塑黏性土，同時適用于地基或土體的防滲處理，形成防滲帷幕，防止滲流或管涌破壞[3]。山東省滕州市戶主東水庫在除險加固工程中采用了這種高壓旋噴注漿法防滲方式。

1 工程概況

戶主東水庫是山東省滕州市一座以防洪為主集灌溉、養殖等綜合效益于一體的重點小（1）型水庫，1961 年11 月建成，控制流域面積9.25 km2，總庫容418.10 萬m3，興利庫容251.9 萬m3，2010 年曾進行除險加固，對大壩部分段實施了靜壓灌漿防滲處理。2019 年12 月，水庫被鑒定為“三類壩”病險庫，并于2021—2022 年再次實施除險加固工程，其中水庫較為突出問題是大壩壩基和放水洞滲漏，嚴重危害水庫安全。結合以往小型水庫防滲加固成功的經驗，這次除險加固采用了高壓旋噴注漿法處理。

水庫工程由大壩、溢洪道、放水洞等組成。大壩為黏土心墻壩，總長654 m，壩頂高程129.20 m（85國家高程基準，下同），最大壩高12.1 m，防浪墻頂高程129.80 m，壩頂寬度5 m，壩頂為瀝青混凝土路面。大壩上游坡高程124.17 m 處設2 m 寬平臺，戧臺部位為漿砌塊石護坡，戧臺以下壩坡為干砌塊石護坡，戧臺以上壩坡為預制混凝土塊護坡，戧臺上下坡比均為1∶3.0；下游壩坡為碎石護坡，坡比為1∶2.81～1∶3.0，在樁號0+121—0+521 范圍高程123.7 m 處設有2 m 寬平臺、0+148—0+480 范圍高程117.0～119.89 m 處有干砌石貼坡排水。溢洪道位于大壩西側，為開敞式，明槽寬約34 m，底高程125.80 m，最大泄量為181.7 m3∕s。放水洞位于大壩左岸樁號0+145 處，為豎井式進水結構，后接漿砌石拱形廊道，廊道內為鋼筋混凝土管，管徑0.8 m。

2021 年8 月開始對水庫實施除險加固，至2022年6月完成。工程主要建設內容包括大壩壩頂照明設施建設；大壩壩基高壓旋噴灌漿防滲；溢洪道清理并新建消能防沖設施，交通橋加固；放水洞高壓旋噴灌漿截滲；新建大壩滲流和位移監測2 項安全監測設施。 工程建設期間放水騰庫，空庫運行，汛限水位118.5 m。

2 水庫主要滲水問題及防滲處理設計

2.1 需要處理的滲水問題

經2019年對水庫安全鑒定勘測和2021年除險加固工程設計補充勘測，發現大壩樁號0+180—0+485范圍下游老河槽處有滲流逸出。根據地勘報告，壩基③層粗礫砂滲透系數為9.67×104～9.87×104cm∕s，具中等透水性，對壩基滲漏影響較大，需采取防滲工程措施；④-2 層強風化花崗巖滲透系數為1.34×105～2.52×104cm∕s，具中等～微透水性，對壩基滲漏影響較大，需采取防滲工程措施。

放水洞位于大壩樁號0+145 處，結構形式為砌石拱廊道內襯鋼筋混凝土管，啟閉設備為10 t 手動螺桿式啟閉機。放水洞廊道頂部和周圍填筑土成分混雜，填筑質量差，壓實度低，形成滲漏通道。廊道外壁與壩體土間存在接觸沖刷問題，影響壩體安全。現狀放水洞砌石拱內常年明水流淌，放水洞的病險問題為放水洞與壩體存在接觸沖刷，病險問題屬于土石壩變形問題，建議對放水洞采取防滲工程處理措施。

2.2 大壩壩基截滲處理設計

針對戶主東水庫大壩壩基滲漏、危害水庫安全的實際情況，結合以往小水庫截滲處理成功經驗，設計采用高壓旋噴注漿法進行處理。

新建高壓旋噴防滲墻樁號為0+173—0+510，最小成墻厚度1.5 m，設計樁徑1.2 m，雙排布置。防滲墻各項指標如下：原漿液采用純水泥拌制；水泥摻入量≥40 kg∕m2；水泥強度等級不低于42.5 MPa；抗壓強度90 d齡期單軸無側限抗壓強度不小于1.0 MPa；墻體垂直精度小于0.4%；最小成墻厚度1.5 m；滲透系數≤5×106cm∕s；防滲墻底部深入強風化花崗巖層1 m，頂部深入壩體黏土層2 m。

2.3 放水洞截滲處理設計

為保障大壩工程安全、避免異常滲流對大壩造成滲透破壞，對放水洞洞周填土及洞基花崗巖采取除漏措施。采取塑性水泥灰漿防滲墻，墻總長58 m，東西長50 m，南北長8 m，最小墻厚1.5 m，墻頂至壩頂，平均深度參考值為13 m，成墻后墻體滲透系數不大于5×106cm∕s，水灰比為1∶1，采用高壓旋噴注漿法進行施工，連接形式為三噴嘴單墻首尾連接；高壓旋噴注漿樁為2 排孔，孔距1 m，排距0.9 m，成墻厚度1.5 m，交圈厚度不小于0.6 m，鉆孔總長1 560 m，噴樁總長1 560 m。

施工時庫區先降水，水位至庫底高程118.50 m后再進行高壓旋噴注漿。防滲墻各項指標應達到如下標準：原漿液采用純水泥拌制；水泥摻入量≥40 kg∕m2；水泥強度等級不低于42.5 MPa；抗壓強度90 d齡期單軸無側限抗壓強度不小于1.0 MPa；墻體垂直精度小于0.4%；最小成墻厚度1.5 m；滲透系數≤5×106cm∕s。

3 高壓旋噴注漿截滲施工方法

3.1 施工工藝流程和參數

施工工藝流程，如圖1—2所示。

圖1 高壓旋噴樁施工流程

圖2 三重管旋噴注漿示意

高壓旋噴分單管法、雙管法、三管法[4]，本工程采用三管法高壓旋噴工藝，參數詳見表1。

表1 高壓旋噴工藝參數

3.2 施工過程和注意事項

3.2.1 施工準備

（1）放水騰庫。本工程防滲灌漿施工前，將水庫水位降低至死水位118.50 m，如遇5 a一遇來水準備通過放水洞導流。

（2）樁位放樣。戶主東水庫大壩壩頂為瀝青路面，十分平整，現場“三通一平”工作較易完成，科學布置施工機械、輸送管路和電力線路，并在現場設置2臺250 KW的柴油發電機組用于灌漿設備供電、2臺抽水機抽水庫內的水供水（水庫死水位內水足夠施工使用）。

樁位放樣前，先在壩軸線上游側挖1 條0.8 m深、1.0 m 寬的導槽，布設2 排樁位（呈梅花狀）在導槽內，2 排樁的縱向軸線分別位于壩軸線上游側0.05、0.95 m處。用全站儀測定旋噴樁施工控制點并做好標記，用紅色油漆噴涂于大壩壩頂防浪墻立面上，經過復測驗線合格后，用鋼尺和測線實地布設樁位并做好標記，保證樁孔中心位移偏差小于50 mm。

（3）施工組織。為加快施工進度，本工程工地投入旋噴設備2套，每套設備設置2個施工班組。每班組由7人組成，組長1名，負責該機組的指揮，協調各工序以便正常作業；技術員1名，負責施工全過程的技術管理工作，包括原始資料的記錄、質量監督及施工過程出現問題的處理和反饋等；操作工3名，輔助工人2 名。采取兩班制作業，每班8 h，每套機械每日完成14～18根樁。

（4）修建排污和灰漿拌制系統。旋噴樁施工過程中將會產生10%～20%的返漿量，將廢漿液暫存在導槽中，沉淀后的清水根據場地條件可進行無公害排放。沉淀的泥漿固結后，外運處理。灰漿拌制系統主要設置在灌漿段的西側附近，便于水泥進場，主要由灰漿拌制、灰漿儲存、灰漿輸送等設備組成。

（5）施工參數，詳見表2。

表2 高壓旋噴注漿法施工技術主要參數

3.2.2 施工過程

（1）旋噴臺車就位。旋噴管下入前，操作工檢查電壓、水壓等儀表是否正常，用水平尺校正旋噴臺車水平及旋噴管垂直，對中鉆孔孔位。為確保旋噴噴成墻的傾斜偏差在1∕150 以內，鉆孔過程經常檢查旋噴管垂直度。

（2）下旋噴管。下旋噴管前，在地面上進行試噴，檢查高壓泥漿泵、空壓機運行狀況，檢查高壓輸漿管、供風管是否暢通及完好，準備就緒后帶氣壓下入噴漿管。

（3）噴射過程。高噴管下至設計深度后，旋噴注漿時先空載啟動空壓機，待運轉正常后再空載啟動高壓泵，同時向孔內送風和水，使風量和泵壓逐漸升高至規定值，風、水暢通后才開動注漿泵，按設計要求的提升、旋轉速度旋轉提升噴管，進行噴漿作業，自下而上噴射注漿。

（4）終噴。大壩壩基防滲入巖旋噴1 m，提升旋噴平均2 m 土層后進行靜壓補漿封孔，直至孔口冒漿不下沉為止；放水洞防滲從設計深度至孔頂全程旋噴冒漿不下沉為止。如遇到孔口漿面下沉，進行回填灌漿，可利用相隔孔噴灌作業返漿，直到漿面不再下沉為止。每個噴漿孔噴漿完畢后，移開噴漿管，用清水把泥漿泵和管路內的殘留漿液全部排出，沖洗干凈。

3.2.3 施工過程中問題處置

本次工程旋噴過程中，冒漿量基本上小于注漿量的20%，屬于正常現象。不正常時，有冒漿含灰量小和完全不冒漿情況，經檢查，冒漿含灰量小是三重管破裂串聯造成的；不冒漿出現原因為噴頭堵塞或遇砂層地質。若噴頭堵塞只需提管清理或更換即可，而遇砂層地質可加大漿液的濃度復噴0.5 h 以上，待冒漿為止。另外，遇到因機械故障、孔內事故、卸接管等原因導致施工中斷，恢復噴射時均進行了復噴，復噴搭接長度不小于0.5 m。

3.2.4 記錄

施工過程中，對鉆孔、旋噴灌漿的各道工序應詳細、及時、準確地記錄，所有現場記錄按要求使用統一表格。

3.2.5 打試驗樁

本次灌漿工程的設計旋噴灌漿壓力為25～40 MPa，樁徑1.2 m。經試驗，灌漿壓力為25、28、31、34、37、40 MPa 時，樁徑分別達到1.12、1.16、1.2、1.24、1.27、1.30 m。本工程確定灌漿壓力為不小于31 MPa。旋噴樁施工完成28 d后做注水試驗，測定其抗滲系數，并與原狀滲透系數相比，檢查其是否符合設計要求。

4 結語

高壓旋噴注漿法是小型水庫工程常用的較為成功的防滲處理方法。從戶主東水庫除險加固工程實施過程可以看出，該施工工藝流程較為規范，能夠通過高壓旋噴沖開巖系、土層進行注漿，形成連續的水泥防滲樁墻，達到截滲目的。

戶主東水庫工程經過該方法處理后，大壩下游老河槽處已無滲流，放水洞防滲效果尤為明顯，廊道內已無滲水。采用高壓旋噴注漿法進行工程防滲，經過綜合評價，在防滲效果上優于靜壓灌樁和常規的帷幕灌漿、固結灌漿等垂直防滲構筑物，同時在工程造價上優于防滲混凝土板墻、沉模板墻，適合在水庫工程防滲處理中推廣應用。