高壓定噴灌漿防滲技術在娘塘水庫除險加固中的應用

汪秀林

（娘塘水庫除險加固工程建設管理局 共和 813000）

1 工程概況

娘塘水庫系青海南山山南沙珠玉河干流上的一座以灌溉為主的注入式水庫，距省會西寧210km，庫區(qū)原為一天然風蝕洼地，水庫東南側(cè)山梁將水庫和沙珠玉河分割開來，山梁即為大壩，可視為均質(zhì)壩。水庫總庫容1080萬m3，其中興利庫容880萬m3，死庫容200萬m3，為中型水庫，工程等級為3級，主要建筑物等級為3級。水庫正常水位2899.24m，死水位2892.8m，設計控制灌溉面積3513hm2。該水庫是為青海省共和縣沙珠玉鄉(xiāng)開發(fā)宜農(nóng)荒地、安置部分龍羊峽水庫移民、營造灌區(qū)防護林網(wǎng)等修建的水源工程。

由于工程地處地質(zhì)條件較差，受當時設計、施工等條件的限制，工程在運行10多年后，現(xiàn)出了水庫滲漏嚴重，壩體局部發(fā)生滲透破壞；大壩存在可液化地層，庫岸地震穩(wěn)定性不夠；輔屬設施遭遇毀壞等諸多安全問題；影響到了工程的安全運行和效益的正常發(fā)揮，為此，進行了水庫除險加固。

2 防滲加固處理方案的選擇

娘塘水庫滲漏主要為庫底及庫岸滲漏和沿放水洞外壁的接觸滲漏。水庫壩體壩基為微膠結(jié)粉砂層，缺乏防滲的粘土或壤土料，水平防滲處理方案、帷幕灌漿防滲方案都不可行?？紤]到高壓噴射灌漿對娘塘水庫的粉砂地層比較適用，且漿液易與放水洞襯砌結(jié)合，還可依靠高壓噴射漿液對放水洞底板以下土層進行防滲處理，防止沿放水洞與圍巖接觸面的接觸滲漏沖刷破壞洞周土體。高壓噴射灌漿又以高壓定噴灌漿既能滿足設計要求，且投資相對較省，施工方便，效果顯著，最為優(yōu)越。經(jīng)方案比較，確定采用垂直防滲處理方案中的高壓定噴灌漿方案。

高壓定噴防滲線沿庫岸2899.80m等高線布置，防滲線長730m，在此高程上開挖4m寬的施工平臺。為加強放水洞周圍的防滲能力，高壓定噴灌漿設計在放水洞兩側(cè)設雙排，洞左設置50m，洞右設置80m，排距0.5m，其余均為單排，鉆孔間距1.6m，平均孔深22.0m，鉆孔伸入相對不透水層不小于2.0m，垂直精度按1/200控制。防滲墻體與基巖連接,形成一個整體的防滲體系。

3 高壓定噴灌漿防滲技術的應用

3.1 主要技術參數(shù)的選定

本次高壓定噴灌漿采用三重管、雙噴嘴、定噴法。根據(jù)設計要求，在高噴灌漿軸線上64m范圍內(nèi)作生產(chǎn)性試驗，驗證設計提供的高壓定噴灌漿參數(shù)在該地層的合理性，高壓定噴灌漿施工所用機具和施工方法在該地層的適宜性。經(jīng)現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗確定的灌漿防滲的施工技術參數(shù)見表1。

3.2 高壓定噴灌漿防滲施工的設備

按照高噴灌漿工藝的要求，高壓噴射灌漿施工設備為由造孔、供水、供氣、供漿和噴灌等五大系統(tǒng)及其他配套設備組裝而成的成套設備。本次防滲施工設備具體如下：造孔系統(tǒng)主要設備為XY—2PC型鉆機；供水系統(tǒng)主要設備為3D2—S型臥式三柱塞泵、5層鋼絲纏繞的高壓膠管；供氣系統(tǒng)主要設備為YV6/8型空壓機，排氣壓力為0.8MPa；供漿系統(tǒng)主要設備為臥式攪漿機、三柱塞灌漿泵、螺旋上料機；噴灌系統(tǒng)主要設備為機架、卷揚機、旋擺機構(gòu)、噴射裝置；其他配套設備為回漿泵和監(jiān)測設備。

表1 高噴灌漿施工參數(shù)

3.3 施工順序和施工工藝

a.施工順序。分兩段進行施工，各段內(nèi)先施工下游排、后施工上游排，同一排內(nèi)以先一序、后二序的原則進行加密施工，最后施工圍井檢查孔。

b.施工工藝流程。定孔→鉆機就位→鉆孔→驗孔→噴塔就位→試噴→下噴桿→起拔套管→靜灌→孔口回填→管路清洗→噴塔移開。

3.4 施工步驟

a.布孔。在灌漿軸線0+000～0+340和0+440～0+730之間，為單排布孔，孔距1.6m；在灌漿軸線0+341.20～0+440之間，為雙排孔，孔距1.6m，排距0.5m?？咨钊胂鄬Σ煌杆畬硬恍∮?.0m，平均孔深22.0m。其布孔方式見圖1。

圖1 高噴灌漿布孔

b.鉆孔。XP—2PC型鉆機就位后用水平尺校核鉆機立軸的垂直度，要求其偏斜不大于0.5%，然后將鉆機固定，用φ146的偏心鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進法鉆2～4m深，下入φ146套管；接著用φ108的潛孔錘跟管鉆進法鉆至超設計深度0.3m。

c.試噴。待監(jiān)理工程師驗孔后，噴塔就位，接著按設計和試驗確定的噴灌壓力，送高壓水和氣進行試噴1～2min，以便檢查噴嘴（水、氣嘴）是否正常。

d.下噴桿。試噴后，將水、氣嘴保護好，以免泥沙進入。然后按順序下噴桿至孔底，每根噴桿均應擰緊，并裝好定位螺釘。

e.起拔套管。用噴塔卷揚機先將φ108的套管全部拔出，再起拔φ146配管。一次起拔配管應不超過10m，以防發(fā)生意外。

f.靜管。送入0.6∶1～1∶1的水泥漿至孔口返漿或送入漿液達1m3后，進行下一道工序施工。靜灌時噴桿不得提升。

g.噴灌。靜灌后，依次送入水、氣，待水、氣、漿各參數(shù)均達到設計要求、噴射方向正確后，提升噴桿。

h.孔口回填。噴灌至設計高程后，依次停氣、水，并將噴頭提出孔口，同時送0.6∶1～1∶1的水泥漿或利用噴下一孔的回漿回填灌漿孔至孔口漿液基本不下降為止。

i.管路沖洗。噴灌工作結(jié)束后，將噴頭提離孔口，用水將漿液沖洗干凈，并送高壓水和氣檢查水、氣路是否暢通，并檢查水、氣嘴的磨損程度。

j.記錄。原始記錄包括鉆孔記錄（驗孔記錄）、高噴灌漿施工記錄。要求各項記錄每10min記錄一次，且均在現(xiàn)場記錄，保證其真實性、準確性，以便分析資料，即時發(fā)現(xiàn)問題。

3.5 噴灌時應注意的幾個問題

a.高壓泵、空氣壓縮機的壓力、排量應滿足高壓噴射灌漿設計要求；拌漿機必須裝篩網(wǎng)，且在整個灌漿過程中能連續(xù)均勻地拌和漿液，其拌和能辦應大于最大設計灌漿量；灌漿機應優(yōu)先選用雙缸或多缸活塞式，并有足夠的排漿量，其壓力應大于最大設計壓力的1.2倍；噴塔必須牢固、平穩(wěn)、制成高架，以保證整個鉆孔能連續(xù)噴灌至結(jié)束；噴桿必須平直，接頭應有鎖緊裝置，并有足夠的強度，其總長度應大于最大設計孔深0.5m以上，且應有長度、定向標記；水、氣嘴的直徑和加工廠、裝配精度應符合規(guī)定。漿嘴必須設在水、氣嘴的下方，并隔一定的距離；提升裝置應有足夠的提升能力，保證噴桿能均勻、平穩(wěn)提升，并能在0～25cm/min間實現(xiàn)無級或多級調(diào)速；高壓水、氣、漿系統(tǒng)應分別有壓力表，提升裝置應有提升速度儀表或標記。

b.攪拌水泥漿所用水質(zhì)符合《混凝土拌和用水標準》（JGJ63—89）的規(guī)定。

c.在制作漿液時普通攪拌機不少于90s，高速攪拌機不少于30s，水泥漿自制備到用完的時間不應超過4h，超過4h的水泥漿液作為廢料處理，不得再作為施工用料。返出孔外的漿液經(jīng)沉淀后，加水泥攪拌，可繼續(xù)使用。漿液溫度應保持在5～40℃，低于或超過標準為廢漿，不得使用。

d.噴灌方式采用三重管、雙噴嘴、定噴法，單孔板墻間折線搭接，其方向角為4°，見圖2。

圖2 板墻搭接示意圖

3.6 特殊情況的處理

a.噴灌中斷的處理。盡可能縮短中斷時間，及早恢復灌漿；中斷時間較短，且中斷時未變換漿液，恢復噴灌時，應搭接20cm以上；中斷時間較長，但未超過24h，恢復噴灌時，應搭接50cm以上；中斷時間超過24h，由施工方會同業(yè)主方、監(jiān)理方、設計方及時研究采取合理的處理辦法。

b.漏失孔段的處理。噴射灌漿前，應先進行靜壓灌漿，待漏漿停止后才進行正常噴射灌漿；噴射灌漿過程中發(fā)現(xiàn)漏失孔段，則應降低提升速度或停止提升，進行靜灌，或在漏漿地段重復噴射，或改定噴為旋噴灌漿，直至恢復正常為止；若漏失嚴重，應加濃漿液或經(jīng)各方同意加入速凝劑或河砂、粉煤灰、碳灰等摻合材料。

c.板墻缺陷的處理。缺陷部位噴灌后時間未超過24h，可將噴桿下至該部位進行重復噴射灌漿，其上、下的搭接長度不小于100cm；缺陷部位噴灌后時間超過24h，應采取加孔的方法處理，加孔位置和數(shù)量與監(jiān)理工程師研究確定。

4 高壓定噴防滲墻體的質(zhì)量控制

4.1 高壓定噴防滲墻體的施工裝備

優(yōu)良的施工隊伍和先進的施工設備是保證工程建設質(zhì)量的關鍵。本工程施工采用的施工設備是通過設計和生產(chǎn)性試驗選定的，具有在高原地區(qū)和砂質(zhì)地層中運用的合理性和適宜性。施工隊伍是一支具有豐富施工經(jīng)驗和技術力量雄厚的優(yōu)秀隊伍，工程項目經(jīng)理曾參與了《高壓噴射灌漿防滲工程施工規(guī)范》的編制，具有在高噴灌漿防滲工程施工方面的技術權(quán)威，施工隊伍在青海地區(qū)已成功實施了三項高噴防滲工程的施工。

4.2 主要材料的技術參數(shù)

工程建設的主要材料是水泥，采用了普通硅酸鹽水泥，經(jīng)水泥物理力學檢驗，3天抗折強度均值為4.6MPa（國家標準為2.5MPa），3天抗壓強度均值23.5MPa（國家標準為11.0MPa）；水泥無受潮結(jié)塊，細度為0.080mm方孔篩余量為5.7%（國家標準為不大于10%）；其他物理性質(zhì)均符合標準。

4.3 灌漿技術參數(shù)

選定合理的高壓定噴灌漿技術參數(shù)是防滲墻體質(zhì)量的重要保證，嚴格遵守施工操作規(guī)范和程序是保證防滲墻體質(zhì)量的關鍵環(huán)節(jié)。娘塘水庫除險加固工程通過生產(chǎn)性試驗確定的設計參數(shù)在該地區(qū)地質(zhì)層中具有合理性和適宜性。

5 高壓定噴防滲墻體的質(zhì)量檢查及效果評述

在本次高壓定噴灌漿防滲的施工中共設了13個檢查點進行墻體的防滲檢查。其中，圍井11點，淺坑開挖2點。

5.1 圍井檢查

圍井施工結(jié)束7天后，在圍井中心的花管中進行了注水試驗，通過滲透系數(shù)分析墻體的防滲效果，成果見表2。

從表2可以看出：11個注水孔的滲透系數(shù)均小于設計防滲標準i×10-6cm/s，防滲效果達到設計標準。

5.2 淺坑開挖檢查

1號開挖檢查坑。挖出的墻體完整、致密，厚薄較均勻，搭接良好，強度較高（見圖3）。單孔板墻長2.1～3.3m，厚0.14～0.2m，平均厚0.17m。

2號開挖檢查坑。挖出的墻體雖不如1號板墻均勻（主要是地層較松散，一序孔噴的太遠，使得二序孔直接噴到一序孔的墻體上而形成不規(guī)則的固結(jié)體），但墻體完整、致密，整體搭接很好，強度較高（見圖4）。單孔板墻長2.5～3.7m，厚0.16～0.24m，平均厚0.2m。

從質(zhì)量檢查的結(jié)果看,防滲墻體無論從外觀墻體本身的穩(wěn)定性，還是從設計所要求的防滲效果方面，都是很成功的，成為在結(jié)構(gòu)松散地層中實施防滲工程的范例。

6 結(jié)語

a.全面高噴灌漿前，進行生產(chǎn)性試驗，以取得更適宜的工藝參數(shù)是非常必要的。該工程采用的施工技術參數(shù)、施工工藝基本合理。

b.在粉砂地層用潛孔錘跟管鉆進法鉆孔進度慢、成本高，而用XY—2PC型鉆機，回轉(zhuǎn)、清水鉆進效果均較好。

表2 圍井檢查孔注水試驗成果

圖3 1號開挖檢查坑墻體情況

圖4 2號開挖檢查坑墻體情況

c.高壓噴射灌漿防滲墻屬隱蔽工程，僅依靠數(shù)個檢查孔和開挖觀察來檢查整個墻體的防滲性有很大的局限性，建議工程管理單位在水庫運行中加強觀測。