高壓灌漿在水庫除險加固工程中的應(yīng)用

摘要：高壓噴射灌漿是一種采用高壓水或高壓漿液形成高速噴射流束，沖擊、切割、破碎地層土體，并以水泥基質(zhì)漿液充填、摻混其中，形成樁柱或板墻狀的凝結(jié)體，用以提高地基防滲或承載能力的施工技術(shù)。根據(jù)噴射管運動的不同分為定噴、擺噴、旋噴三種工藝^[1]。高噴灌漿技術(shù)作為一種新型技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于水庫除險加固等防滲處理工程。某水庫除險加固工程采用高壓灌漿與基巖帷幕灌漿結(jié)合處理形成防滲墻，通過防滲處理，加固效果明顯，達(dá)到預(yù)期設(shè)計目的。

關(guān)鍵詞：水庫除險加固;高壓灌漿;施工措施

1、工程概況

某水庫是一座以供水、灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用的中型水庫。擴容后水庫正常蓄水位為802.41m，100年一遇設(shè)計洪水位802.50m，2000年一遇洪水位803.05m，總庫容9114萬m³。

水庫主要建筑物由主壩、六座副壩以及導(dǎo)流副壩、溢洪道、主壩放水設(shè)施和壩后電站組成。主壩為均質(zhì)土壩，頂標(biāo)高為804.50，最大壩高19m，壩頂寬4m，長度1380m。采用高壓噴射灌漿以及帷幕灌漿形成防滲墻，防滲墻中心線長度1285m。高噴灌漿施工范圍為基巖上部沖積堆積層和人工填土層，要求深入基巖1.0m，與帷幕灌漿有效搭接1.5m。

2、高壓灌漿施工

2.1、高壓灌漿工作原理

高壓噴射灌漿目前較常采用三重管噴射工藝。工作原理是利用鉆孔機成孔，把帶有噴嘴的注漿管下插至預(yù)定位置后，利用高壓系統(tǒng)把氣、水、水泥漿液形成高壓射流從噴嘴中射出，沖擊、切割土體，使原有土體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，與漿液充分?jǐn)嚢杌旌希纬砂鍫罨蛑鶢畹拿軐嵞Y(jié)體，提高土體的防滲和承載力^[2]。

2.2、高壓灌漿施工工藝

本工程高壓灌漿采用擺噴和旋噴兩種形式，擺噴擺角30°，墻體折線搭接，旋噴為單排套接。分二序進行施工，即在一序孔灌漿施工完成14天后再進行二序孔的灌漿施工。

壩體高噴灌漿主要工序主要包括高噴先導(dǎo)孔灌漿試驗、漿液配制，噴射施工時提升速度及噴桿轉(zhuǎn)動速度控制、施工時高噴灌漿過程中的特殊情況處理、樁孔回填、環(huán)境保護等。

施工總工藝流程：Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→檢查孔施工→竣工驗收

單孔施工工藝流程^[3]：定孔位→鉆孔進至設(shè)計孔深→高噴灌漿臺車就位→地面試噴→下入噴管至設(shè)計位置→制漿、送漿→起拔套管（邊拔套管邊注水泥漿，直至孔口漿液面基本不下降為止），按設(shè)計參數(shù)提升速度提升噴完全孔→樁孔回填→封孔結(jié)束。見圖所示。

（1）、定孔位：采用全站緯儀進行高噴灌漿軸線放樣，確定施工軸線后，按孔距（旋噴0.75m，擺噴1.25m）逐孔定好孔位，用鋼筋標(biāo)記好。并每隔20m設(shè)置控制性樁號。施工時用鋼卷尺校核，控制孔位偏差不超過50mm。

（2）、鉆孔：鉆孔采用SGZ-ⅢA鉆機原漿護壁回轉(zhuǎn)鉆進，鉆孔孔徑比噴射管外徑大20～40mm，本工程鉆孔孔徑為Φ110mm。施工中采取預(yù)防孔斜的措施，進行孔斜測量，控制孔斜率不超過1%。鉆孔的有效深度至少超過設(shè)計墻底深度0.3m。鉆孔原始記錄完整，詳細(xì)記錄鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)的土體空洞、孤石等情況，終孔經(jīng)旁站監(jiān)理驗收確認(rèn)。

（3）、地面試噴：高噴施工前，根據(jù)孔深計算噴管長度，檢查管路暢通情況、密封是否良好，在每孔注漿前對注漿總體效果進行地面試噴，觀察氣、水、漿液的噴射情況，檢查噴射方向和擺動角度。

（4）、漿液制備：灌漿漿液按試驗確定的最優(yōu)配合比采用重量法配制，誤差嚴(yán)格控制在5%之內(nèi)。本工程漿液水灰比控制在0.8：1-1：1，漿液密度大于1.55g/cm³，制漿使用高速制漿機制漿，嚴(yán)格檢測其漿液密度，攪拌時間不少于30S。

漿液自制備至用完的時間控制：當(dāng)環(huán)境氣溫10℃以下，不超過5h;當(dāng)環(huán)境氣溫在10℃以上時，不超過3h;當(dāng)漿液存放時間超過有效時間時，按廢漿處理。

（5）、下注漿管：下設(shè)注漿管至設(shè)計深度，噴管下入孔底的深度與實際鉆孔深度的差值應(yīng)不大于0.10m，如達(dá)不到設(shè)計深度，必須重新掃孔至設(shè)計深度。為防止噴嘴堵塞，采用一邊低壓送水、氣、漿，一邊下管的方法。

（6）、高壓噴射灌漿：檢查各項工藝參數(shù)達(dá)到設(shè)計要求后，開始從下至上進行高壓噴射灌漿，漿液冒出地面待返漿正常后，再開始提升噴管，連續(xù)噴射到設(shè)計高程為止。噴射過程的返漿量應(yīng)控制在進漿量20%左右。在灌漿過程中嚴(yán)格按設(shè)計、監(jiān)理工程師確定的工藝參數(shù)進行。

施工中應(yīng)如實記錄高噴注漿過程中的各項技術(shù)參數(shù)、漿液材料的用量、異常情況及處理情況等，并定時檢查施工的工藝參數(shù)。高噴灌漿施工中，應(yīng)采取措施保證孔內(nèi)漿液上返暢通，避免造成壩體劈裂。

（7）、樁孔回填：高噴灌漿完畢應(yīng)及時進行回灌，避免高噴灌漿后由于孔內(nèi)漿液的析水、收縮而使上部墻體產(chǎn)生空缺現(xiàn)象，影響墻體的質(zhì)量，采用水泥漿進行回填。

2.3、高壓灌漿施工參數(shù)

高壓噴射灌漿主要施工技術(shù)參數(shù)的確定是防滲墻成墻質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，嚴(yán)格按照規(guī)范操作和高噴灌漿施工技術(shù)參數(shù)進行施工，是確保施工的關(guān)鍵。施工主要技術(shù)參數(shù)有室內(nèi)配方和現(xiàn)場試驗決定。本工程是先根據(jù)設(shè)計擬定初步技術(shù)參數(shù)，進行現(xiàn)場試驗，然后經(jīng)實體開挖檢查，從成體質(zhì)量到搭接效果確定達(dá)到設(shè)計要求后，由監(jiān)理及設(shè)計正式確定施工技術(shù)參數(shù)。本工程實際施工參數(shù)為：

1、擺角：擺噴30^o;旋噴360^o;

2、提升速度：土層10～12 cm/min、接確面6 cm/min;

3、高壓水：水壓40Mpa，流量70-80L/ min;

4、高壓氣：氣壓0.8Mpa，流量1.2m³/min;

5、漿液：漿壓0.6Mpa、流量75L/ min、進漿比重1.55-1.65 g/cm³、回漿比重不小于1.2g/cm³。

2.4、特殊情況處理措施

在高噴灌漿過程中，出現(xiàn)壓力突降或突升、孔口回漿濃度或回漿量異常，孔內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿等情況時，應(yīng)查明原因及時處理。一般原因是由于

土體孔隙較多，且有集中漏漿通道，因此應(yīng)根據(jù)情況分別采取以下措施進行處理^[4][5]：

（1）、降低噴管提升速度或停止提升，漿液正常送入，擺（旋）噴正常進行;若3～5s仍不返漿，關(guān)閉氣，高壓水，提升三重管，漿液繼續(xù)送入孔內(nèi)，并往孔內(nèi)灌砂;當(dāng)灌砂無效時，采取提升2～10cm即停止，在該處噴射2～3s，繼續(xù)提升2～10cm，以此周而復(fù)始直至孔口冒漿。

（2）、降低灌漿壓力、進行原地注漿，如果仍無法正常返漿，可采取濃漿灌—停—灌的間歇性灌漿處理。

（3）、在漿液中摻加適當(dāng)?shù)乃倌齽话阍诠酀{液中摻入水玻璃，摻入量為0.5%～3%，加速漿液凝固，從而封堵滲漏通道。

（4）、在噴射過程中發(fā)生串漿，應(yīng)填堵被串孔。待灌漿孔高噴灌漿結(jié)束后，盡快進行被串孔掃孔，再進行高噴灌漿。

（5）、凡經(jīng)特殊處理的滲漏段，待孔口返漿后均應(yīng)將噴射管下至原不返漿的最下位置以下20cm，再進行正常噴射（復(fù)灌），確保防滲墻墻體質(zhì)量。

（6）、出現(xiàn)裂縫時，立即停灌，分析其發(fā)生原因，是灌漿壓力過大產(chǎn)生劈裂縫，應(yīng)待裂縫基本閉合或?qū)α芽p部位采取粘土充填灌漿后再行灌漿。

3、灌漿質(zhì)量檢查及效果分析

3.1、高噴質(zhì)量檢查：高噴質(zhì)量檢查常采用鉆孔取芯檢查以及圍井試驗。本工程在高壓旋噴段采用鉆孔取芯檢查，高壓擺噴段為圍井試驗。質(zhì)量檢查情況如下：

（1）、高壓擺噴灌漿：本工程高壓擺噴灌漿段長共10346.72m，隨機布置7個圍井進行試驗，滲透系數(shù)在4.74×10^-7-1.29×10^-6cm/s之間。

（2）、高壓旋噴灌漿：本工程高壓旋噴灌漿段長共10548.36m，旋噴墻體按每單元布置一檢查孔，共檢測24個孔。檢查孔布置在防滲墻相鄰兩施工孔之見的連接處，自上而下分段鉆孔、取芯并做靜水頭壓水試驗，滲透系數(shù)在0.4×10^-7-9.20×10^-7cm/s之間。

3.2、灌漿效果分析：跟本工程施工的先導(dǎo)孔檢查情況對比，壩體原滲透系數(shù)為1.19*10^-4-全泵量吸收，鉆孔施工時Ⅰ序孔鉆孔很少有回水，而Ⅱ序孔鉆孔基本上都有回水，回漿比重均大于1.35g/cm³，經(jīng)灌漿施工后檢查的滲透系數(shù)均達(dá)到了設(shè)計要求。本工程在帷幕灌漿和高噴灌漿施工全部完成后，庫區(qū)蓄水至正常水位，主壩下游的滲流量比灌漿前減少了95%，灌漿效果明顯。

4、結(jié)束語

高壓噴射灌漿屬隱蔽工程，施工時必須嚴(yán)格按照規(guī)范操作和高噴灌漿施工技術(shù)參數(shù)進行，才能確保施工質(zhì)量。該技術(shù)具有功效高、技術(shù)可靠、防滲效果良好、施工條件要求低等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于水庫除險加固工程的防滲施工中。

參考文獻：

[1]夏可風(fēng)，孫釗，查振衡，等。DL/T5200-2004水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范，中國電力出版社，2005年。

[2]夏可風(fēng)，趙存厚，肖恩尚，等。DL/T5148-2012水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范，中國電力出版社，2012年。

[3]劉文清。水利水電防滲工程施工工藝與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實用手冊，安徽文化音像出版社，2004版。

[4]徐至鈞，全科政 編著。高壓噴射注漿法處理地基，機械工業(yè)出版社，2004年。

[5]鄧林書.高壓旋噴灌漿技術(shù)在大壩防滲處理中的應(yīng)用，2010年