淺談單管高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固工程中的應用

凌 朗

（福建省華舜水利水電工程有限公司 福建 福州 350001）

1 閩清縣廷洋水庫除險加固工程施工背景概況

閩清縣廷洋水庫位于閩清縣梅溪鎮廷洋村，屬閩江流域下游梅溪支流潭口河流，是一座兼具灌溉、發電、供水的小（一）型水庫。始建于1958年，直至1962年竣工，后來在1974年進行二期擴建改造。其設計洪水位614.9m、校核洪水位615.35m、正常蓄水位613.7m、死水位597.7m，相應庫容分別為100.08萬m3、104.25萬 m3、89.16萬 m3和 2.48萬 m3。大壩高程621.3m，壩頂長度100m和寬度5m，其中防浪墻的高程622.1m，寬度0.6m，屬于均質土壩。在進行了該大壩除險加固施工之前，筆者對壩基地質情況進行了全方位了解，發現大壩河床平均寬度170m，覆蓋層平均厚度7.5m，屬軟壤土沉積層，由粗砂、中砂、砂礫石組成，其中卵石含量最多，粒徑18mm左右，下河床的砂礫石覆蓋層具有較高滲透性能，為該水庫大壩壩基的主要滲漏通道，其滲漏率在5Lu～18Lu之間。由此可見，本水庫大壩的除險加固施工，應重點針對壩基的滲漏問題，采用單管高壓旋噴灌漿技術，對滲漏位置進行防滲加固。具體情況見圖1～圖2。

2 水庫防滲加固過程中單管高壓旋噴灌漿技術的應用

現就水庫大壩施工要求，對單管高壓旋噴灌漿技術在大壩的除險加固中的應用予以總結。本工程單管高壓旋噴灌漿是在壩頂沿壩軸線布置一排單管高壓旋噴樁孔防滲墻，樁孔在河床段深入基巖1m左右。鉆機采用地質150型，灌漿機械采用性能可靠、有電子監測功能的單管旋噴灌漿設備，水泥采用R325普通硅酸鹽水泥，水灰比為1.25～1.5（密度≥1.35g/cm3）。

2.1 施工現場布置

在進行現場布置時，秉著“因地制宜”的基本原則，要求同步兼顧安全性、經濟性和便利性。在布置臨時設施時，要嚴格控制在合同招標文件規定的范圍內，其中包括施工道路布置、用電布置等。其中，施工道路布置時，現場的上壩公路寬度僅有100m，且凹凸不平，不利于現場施工運輸，因此在大壩加固施工前，應對該公路路基進行整修，使大壩壩頂與進庫公路連為一體，以滿足施工道路要求；施工用電布置方面，考慮到單管高壓旋噴灌漿施工用電量大，而壩區的供電能力無法滿足施工用電要求，因此增加了5臺柴油發電機，并配備了空氣開關和漏電保護裝置；水泥、工具、材料等的倉庫，布置于水庫左右岸山坡地上。另外，在施工期間應根據施工進展需求，于施工區域內靈活布置砼拌制點和水泥拌制點。在現場布置的基礎上，分別進行以下兩個階段的施工。

2.2 第一階段施工過程

在做好單管高壓旋噴灌漿現場布置工作的基礎上，即可著手第一階段的施工，主要包括旋噴試驗、放線布孔、鉆孔。為確保單管高壓旋噴灌漿施工技術適用于本工程施工，也為了掌握高壓旋噴灌漿在本地質環境中的噴射范圍、相互搭接情況、滲透系數及固結強度等指標能否滿足設計的止水要求，從而確定正式施工時的高壓噴施灌漿技術參數。旋噴試驗在壩頂上鉆3孔，每孔15m，孔距選擇0.5m。

在試噴前通過鉆孔以檢驗地層結構狀況，同時加以 20MPa～25MPa的旋噴壓力和35L/min～40L/min的灌漿流量。試噴完2d后，通過開挖檢查相互搭接情況、水泥包裹砂土情況，并取芯做密度、強度、滲透性和耗用水泥等對比試驗，確定本工程單管高壓旋噴灌漿施工技術指標如表1所示。

圖1 高壓旋噴灌漿平面布置圖

圖2 高壓旋噴灌漿橫剖面圖

按照以上技術指標進行高壓旋噴灌漿試驗，在試驗后，開始放線布孔和鉆孔，期間嚴格遵循施工圖紙的要求，在壩頂位置沿壩基軸線放線，布置孔深32.7m和孔距0.5m的鉆孔，同時借助全站儀定位鉆孔位置以及利用鋼卷尺放出先導孔。先導孔放出時，根據大壩地質狀態，每10m打出一個先導孔，將相鄰的先導孔連線，形成單管高壓旋噴灌漿防滲墻的墻底。在此基礎上，利用地質150型的鉆機鉆孔。鉆進過程中，以水平尺和水平儀輔助調整鉆機鉆進的水平，并密切觀察鉆機的鉆進情況，一旦發現鉆孔偏移，要立刻進行鉆孔斜率糾偏，拔出套管和回填砂礫，然后在原位重新開孔，直至鉆至強風化巖內約1m左右。

表1 本工程單管高壓旋噴灌漿施工技術指標

表2 樁芯抗壓強度和滲透系數

表3 靜水頭壓水試驗統計表

圖3 單管高壓旋噴灌漿施工噴射流做工示意圖

2.3 第二階段施工過程

2.3.1 施工過程

第一階段的旋噴試驗、放線布孔和鉆孔工序完成后，開始進行旋噴灌漿。單管高壓旋噴灌漿，要求控制噴射流的功率和泵壓力，其噴射流做功情況如圖3所示。

根據以上噴射流的做功態勢，旋噴時嚴格控制噴射流的壓力，將旋噴灌漿的速度和功率控制在合理范圍內。筆者分別取不同值的噴射流壓力，并對應控制器噴射流速度，其中10MPa的噴射流壓力，對應噴射流速度為136m/s；20MPa的噴射流壓力，對應噴射流速度為192m/s；30MPa的噴射流壓力，對應噴射流速度為243m/s。按照該標準控制旋噴灌漿施工速度，通過單管高壓旋噴灌漿臺車，將配合比0.8∶1的水泥漿液，在成孔位置的地面試噴，檢查旋噴施工技術參數符合標準后，一次性完成全部鉆孔的單管高壓旋噴灌漿。

2.3.2 施工中出現的問題及解決辦法

在第二階段施工過程中，存在樁徑傾斜、斷樁和縮徑以及灌漿時返漿不正常等問題，這些問題的主要原因和處理方法分別如下：

（1）斷樁和縮徑，主要原因是提升過快以及水泥漿配合比不達標等，處理的方法是根據土層的情況，合理調整提升速度，譬如在軟土層可適當加快，而在硬土層應適當減慢，其中對于不合理的水泥漿配合比要及時調整。

（2）灌漿時返漿不正常情況，可通過高壓泵壓力的適當下調，孔口加入適量速凝劑，并采用間隔提升的方法，在返漿正常后，再進行正常提升。

（3）在旋噴灌漿過程中，突然出現灌漿壓力驟然下降的情況，伴隨異常冒漿，在保持旋噴灌漿不中斷的前提下，安排專人檢查異常情況，發現起因是地層有較大空隙，處理方法多是在出現異常情況的空隙地段，加大旋噴灌漿量，在空隙填滿水泥砂漿后，略提噴管完成最后噴射。

2.4 工程質量控制與質量檢測

本水庫大壩加固按灌漿孔位分為0-9#、10-19#、....、141-150#等 16個 單 元施工，由施工單位自檢和監理單位抽檢雙控制辦法，對每根樁的技術參數作詳細的記錄，順利完成了兩個階段共16個單元的高壓旋噴灌漿施工任務。其施工效果如下：

（1）高壓旋噴樁芯樣試件抗壓強度和滲透系數。隨機選取了45#孔、90#孔、126#孔，檢測取樣部位的抗壓強度和滲透系數，具體如表2所示。

從表2中我們可以看出，高壓旋噴樁芯樣抗壓強度在3.5MPa～5.4MPa之間，大于設計值，而滲透系數達到（0.91～5.77）×10-7cm/s，小于設計值，由此說明高壓旋噴樁的抗壓強度和滲透系數均達標。

（2）壓水試驗：對大壩高壓旋噴防滲墻檢查孔共完成3孔7個試驗段的靜水頭壓水試驗，所檢的試驗段滲透系數范圍為(3.63～8.95)×10-7cm/s(設計值 K≤1×10-6cm/s)，滿足設計要求，詳見表3。

通過以上的檢測檢驗數據，其抗壓強度、滲透系數均滿足設計要求，基本可以斷定案例水庫大壩單管高壓旋噴灌漿加固的16個單元任務，符合工程質量標準，達到設計使用要求。

3 結語

綜上所述，單管高壓旋噴灌漿施工技術在水庫除險加固工程中的應用，需要在進行現場布置的基礎上，通過各個階段的合理施工，方可有效排除水庫的險情。文章通過研究，基本明確了案例水庫除險加固單管高壓旋噴灌漿施工技術的應用方法，考慮到不同水庫工程除險加固要求和條件的差異性，以上方法在其他水庫工程中應用時，還需要緊扣具體工程的施工情況，予以因地制宜地參考借鑒。陜西水利

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