高壓擺噴在東風(fēng)水庫除險加固工程中的運(yùn)用

陳治平

(宣城市宣州區(qū)水務(wù)局，安徽宣城242000)

1 工程概況

東風(fēng)水庫位于宣城市宣州區(qū)貍橋鎮(zhèn)東陽村境內(nèi)，距貍橋鎮(zhèn)3.5 km，屬長江流域水陽江水系。水庫集水面積7.32 km2，總庫容545萬m3，是一座具有防洪、供水、灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用效益的小(Ⅰ)型水庫。工程等別Ⅳ等，永久性主要建筑物級別4級。

東風(fēng)水庫壩長533 m，主壩長381 m，副壩長152 m。其中主壩壩腳滲漏嚴(yán)重，多處出現(xiàn)散浸。地質(zhì)勘探資料顯示，主壩壩體主要為含卵礫石和中、重粉質(zhì)壤土，部分為土混卵碎石土，填土滲透系數(shù)為1.15×10－3cm/s～6.44×10－5cm/s;壩基主河床處存在砂卵石層，左段壩基為含礫石粉質(zhì)壤土，表層含礫石，下伏基巖為輝長巖。

2 防滲加固方案

由于東風(fēng)水庫壩前淤積嚴(yán)重，為滿足貍橋鎮(zhèn)供水需求不能空庫運(yùn)行，且壩長較長，水平鋪蓋防滲代價較高;壩基輝長巖強(qiáng)度較高，防滲性好，可作為壩基不透水層，因此壩體防滲優(yōu)先選擇垂直防滲方案。

2.1 一般處理方案

一般水庫除險加固防滲處理方案為:壩踵建截水墻，周圍設(shè)齒墻，壩肩及壩基進(jìn)行帷幕灌漿，壩坡鋪設(shè)土工布防滲。該方案的缺點(diǎn)為:土方開挖及填筑量大，施工導(dǎo)流與排水困難，工期緊，施工質(zhì)量難以保證;基坑坡面容易失穩(wěn)，棄渣及淤泥外運(yùn)量大。該方案不適宜用于本工程，東風(fēng)水庫壩長較長，不能空庫運(yùn)行，圍堰工程量大，導(dǎo)流排水困難，工期歷時較長。

2.2 混凝土防滲墻方案

混凝土防滲墻技術(shù)是利用專門的鑿孔設(shè)備鑿孔，泥漿護(hù)臂，在其中注入混凝土漿液置換出泥漿，固結(jié)形成混凝土墻的防滲技術(shù)。該技術(shù)可以適用于黏性、砂性土層和砂礫石層，是一種有效的防滲處理措施，防滲處理深度可達(dá)到50 m。該技術(shù)研究成熟，應(yīng)用廣泛，質(zhì)量易于控制，防滲可靠，墻體連續(xù)性好，耐久性能高，與原狀填筑土結(jié)合好。但該技術(shù)方案造價高，需大型施工設(shè)備及至少10 m寬的施工平臺，不適合東風(fēng)水庫除險加固。

2.3 多頭小直徑深層攪拌防滲墻方案

多頭小直徑深層攪拌防滲墻是近幾年在提防加固、堤壩防滲處理等工程中被逐漸推廣的新技術(shù)，該工程技術(shù)措施具有工效高、造價低、成墻質(zhì)量好、施工簡便等優(yōu)點(diǎn)，并取得了很好的社會效益。該方法利用水泥作為固化劑，通過特制的多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)，經(jīng)鉆頭旋轉(zhuǎn)、噴漿、攪拌，使一定比例的水泥漿液與原土充分拌合，水泥和軟土將產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土固結(jié)改性，樁體與樁體連續(xù)相割、搭接排成一列，形成一道連續(xù)、完整、密實(shí)，又具一定強(qiáng)度和水穩(wěn)定性的水泥土深層攪拌防滲墻。該方案可以就地取材，減少工序，快速高效，受庫水位影響較小，適用于軟弱地基，卻不適合用于本工程含礫石等障礙物較多，土層容重較大的大壩土體加固。

2.4 高壓擺噴防滲墻方案

高壓擺噴防滲墻方案采用高壓噴射注漿法，是一種最早由日本發(fā)明、利用高壓水力噴射切割機(jī)理，將土、化學(xué)藥品或水泥漿液攪拌一起以加固地基的方法。主要工作原理為:先利用鉆機(jī)造孔，然后把帶有噴頭的注漿管沿孔下至土層的預(yù)定位置，以高壓把漿液(或高壓水流、空氣射流)從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層。土粒從土體上剝落下來后，一部分細(xì)小土粒隨漿液冒出地面，其余部分與注入的漿液混合摻攪，在土體中形成水泥土的凝結(jié)體(高噴防滲墻)，從而達(dá)到防滲的目的。

高壓擺噴防滲墻方法具有地層適應(yīng)面廣、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，在復(fù)雜地質(zhì)條件和施工環(huán)境惡劣的地段，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.5 方案確定

東風(fēng)水庫除險加固工程防滲處理方案比較見表1，高壓擺噴防滲墻方案具有工藝成熟、工效較高、造價較低等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在工期緊、施工干擾大的情況下，具有不開挖不打圍堰的優(yōu)勢，壩頂寬度滿足施工要求，設(shè)備簡單易操作。因此風(fēng)水庫除險加固工程防滲處理采用高壓擺噴防滲墻方案。

表1 東風(fēng)水庫除險加固工程設(shè)計防滲處理方案比選

3 高壓擺噴方案設(shè)計

3.1 高壓擺噴施工參數(shù)確定

東風(fēng)水庫除險加固設(shè)計高壓擺噴墻體長度共計381 m，設(shè)計抗壓強(qiáng)度5 MPa，滲透系數(shù)i×10－6cm/s(i=1～9)，滲透破壞比降500。為了達(dá)到設(shè)計的防滲效果，還需在正式加固處理前進(jìn)行高壓擺噴現(xiàn)場試驗(yàn)確定適合該水庫特殊土質(zhì)要求的控制參數(shù)，包括孔間距、擺噴角度、水壓、氣壓、漿液流量與濃度、提升速度與擺速。

防滲處理前，因地質(zhì)勘探鉆孔間距過大，首先確定壩體與壩下基巖接觸面即高壓擺噴防滲墻的墻底面高程;其次，相隔1.2 m平行于擬灌漿軸線使用表2所示設(shè)備根據(jù)表3所列設(shè)計推薦參數(shù)分組進(jìn)行試噴，開挖檢查成墻情況，并作注水試驗(yàn)檢查防滲效果。

表2 東風(fēng)水庫除險加固工程防滲處理設(shè)備一覽表

表3 東風(fēng)水庫除險加固工程高壓擺噴技術(shù)參數(shù)表

根據(jù)試噴結(jié)果并參照相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)［1－6］，本工程選用技術(shù)參數(shù)如下:鉆孔間距1.2 m，擺噴角度20°，水壓30 MPa，氣壓0.7 MPa，漿液濃度1.6 g/cm3，提升速度10 cm/min左右。

3.2 高壓擺噴施工

東風(fēng)水庫除險加固工程高壓擺噴防滲墻施工采用單排布孔，三管法，二序施工，如圖1所示。鉆機(jī)造孔后，將高噴臺車移至孔口處，經(jīng)檢查系統(tǒng)正常后下噴射管至設(shè)計深度(入基巖0.5 m)，靜噴3～5 min，待孔口返漿，再按確定提升速度提升，邊噴射邊提升至設(shè)計高度停噴，噴射結(jié)束后及時沖洗管路，不留殘?jiān)姽嘟Y(jié)束后注意及時往孔內(nèi)補(bǔ)充漿液進(jìn)行回灌至孔口液面不再下沉為止。

圖1 高壓擺噴二序施工布孔圖

4 高壓擺噴防滲效果檢測

高壓擺噴防滲墻屬隱蔽性工程，檢測其施工質(zhì)量需采用一些專門的工具和方法。本工程委托有資質(zhì)單位對防滲墻質(zhì)量進(jìn)行了檢測，包括現(xiàn)場開挖探坑檢查墻體搭接情況，材料抗壓試驗(yàn)檢查墻體抗壓強(qiáng)度，鉆孔注水試驗(yàn)檢測滲透性(注水試驗(yàn)結(jié)果如圖2，3)，工程探物方法測定墻體連續(xù)性均勻性等。

東風(fēng)水庫高壓擺噴防滲墻工程檢測結(jié)果表明，探坑內(nèi)墻體完整無蜂窩孔洞，搭接較好;現(xiàn)場0+211和0+233處防滲墻頂部布置兩鉆孔注水試驗(yàn)點(diǎn)，測試墻體滲透系數(shù)k值為1.48×10－7cm/s和2.08×10－7cm/s;室內(nèi)滲透試驗(yàn) 得 滲 透 系 數(shù) k 值 在 8.26×10－8cm/s ～2.12×10－7cm/s;墻體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度0+011/0+087/0 +211/0+233平均值分別為12.2 MPa、19.7 MPa、15.2 MPa、15.6 MPa，滿足設(shè)計要求;現(xiàn)場探地雷達(dá)全段檢測表明防滲墻均勻性和連續(xù)性較好。

圖2 0+211鉆孔降水頭注水試驗(yàn)1/H2－1/H1～t關(guān)系圖

圖3 0+233鉆孔降水頭注水試驗(yàn)1/H2－1/H1～t關(guān)系圖

5 結(jié)束語

高壓擺噴技術(shù)在雙橋閘工程［1］中的運(yùn)用為本地區(qū)使用該技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，在病險水庫除險加固工程中使用該防滲墻技術(shù)尚屬首次，并將為本地區(qū)其他水庫防滲提供范例，同時為該技術(shù)實(shí)踐推廣積累經(jīng)驗(yàn)。

［1］ 趙科敏.高壓擺噴防滲墻在雙橋閘工程中的應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2010:188－333.

［2］ 李金冰，潘強(qiáng)，周松，劉鵬，等.高壓擺噴灌漿在永堌水庫加固工程中的應(yīng)用［J］.華北水利水電學(xué)院學(xué)報，2010，31(2):26－29.

［3］ 馬良偉.高壓擺噴灌漿技術(shù)在水利除險加固工程中的應(yīng)用［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009，(17):102.

［4］ 楊世武，羅冬梅.高壓擺噴灌漿在大河坪水庫除險加固工程中的應(yīng)用［J］.貴州水力發(fā)電，2009，23(04):42－44.

［5］ 薛波.高壓擺噴灌漿技術(shù)在孟州順澗水庫除險加固工程中的應(yīng)用［J］.河南水利與南水北調(diào)，2010，(07):140－141.

［6］ 楊自強(qiáng).高壓擺噴灌漿在下岙水庫除險加固中的應(yīng)用［J］.浙江水利科技，2010，(2):56－57.