帷幕灌漿、高壓旋噴灌漿與水泥土攪拌樁技術在水庫的應用

蘇理

摘 要：本文結合工程案例，針對泌陽縣石門水庫工程施工中，通過帷幕灌漿技術、高壓旋噴灌漿技術以及水泥土攪拌樁技術的應用，進行了探討分析。

關鍵詞：壩體；壩基防滲處理；帷幕灌漿；高壓旋噴灌漿；水泥土攪拌樁

中圖分類號：TV697 文獻標志碼：A

1 工程概況

石門水庫位于駐馬店市泌陽縣官莊鄉，屬長江流域唐白河水系泌陽河支流，控制流域面積45km2，總庫容2069萬m3，是一座以防洪灌溉為主結合養殖、旅游等綜合利用的中型水庫。

石門水庫樞紐工程現由主壩、副壩、溢洪道輸水涵管等建筑物組成。主壩全長905.0m，河槽段位于主壩南面，為心墻沙殼土壩，壩頂高程186.5m，最大壩高18.85m，壩頂寬4m左右。在大壩上游壩坡180.90m高程處設有2.0m寬戧臺一道。上部坡率1︰2.5，下部坡率1︰3。下游壩坡180.9m高程和173.5m高程處各設有1.5m和2.8m寬戧臺各一道，從上至下的坡率分別為1︰2.7；1︰3.0和1︰3.0。主壩臺地段壩位于主壩背面，為均質土壩，最大壩高13.97m。副壩位于主壩南面，坡長198.0m，為均質土壩，壩頂高程186.5m，最大壩高12.2m。石門水庫始建于1958年，至今已運行50多年，根據2007年5月現場檢查及安全評價，大壩工程存在如下問題：

（1）臺地段及副壩段壩基為強風化巖基，存在接觸滲漏及壩基滲漏現象。

（2）河槽段壩基存在中細沙層含水層，屬承壓水，1958年初建施工時未作徹底清除及地基處理，大壩下游蓋重不滿足要求，存在滲漏破壞問題。

（3）臺地段及副壩均質土壩壩體原施工時填筑質量差，壓實度低，填筑土方質量僅有46%滿足規范要求，壩體存在局部散浸及滲水現象。

2 壩體、壩基防滲處理設計

2.1 設計對臺地段及副壩段壩基為強風化巖基，存在接觸滲漏及壩基滲漏現象，采用帷幕灌漿處理方案。

2.2 設計對石門水庫主壩河槽段（樁號0+050-0+350）壩基存在中西砂層含水層，1958年水庫初始施工時未作徹底清除及地基處理，現存在滲漏破壞問題，采用高壓旋噴灌漿處理方案。

2.3 設計對臺地段及副壩均質土壩壩體原施工時填筑質量差，壓實度低，壩體存在局部散浸及滲漏現象，采用水泥土深層攪拌樁處理方案。

3 帷幕灌漿、高壓旋噴灌漿及水泥土攪拌樁施工

3.1 基礎帷幕灌漿工程施工

帷幕灌漿孔布置在壩軸線上，采用三序施工，終孔間距2.0m，孔深按10Lu控制。

3.1.1 主要施工設備

鉆孔設備為150型地質鉆機。灌漿設備為BW-200灌漿泵。漿液攪拌機采用1m3高速漿液攪拌機，保證灌漿用量。

3.1.2 灌漿材料

水泥采用PO 42.5普通硅酸鹽水泥，灌漿用水、拌合料、外加劑等質量符合國家有關行業規范要求。

3.1.3 灌漿孔布置

沿壩頂布置一排帷幕灌漿孔，在其帷幕軸線下游側再布一排帷幕灌漿孔，孔距2m，梅花型布置。

3.1.4 灌漿方法

灌漿孔灌漿采用自上而下、分段灌漿法，先獨立灌壩體和基巖的接觸段，并待凝固，然后再對基巖裂隙進行灌漿。灌漿液初始灌漿水灰比為5︰1，灌漿濃度共分為7級，最濃水灰比為0.5︰1。灌漿從最稀一級開始，根據基巖收漿量逐級變濃，直至基巖達到基本不再吸漿時才結束灌漿。

3.1.5 灌漿孔封孔

灌漿結束后經監理檢驗合格后進行封孔，封孔采用靜壓回填法，封孔材料采用1.65kN/m3的1︰1水泥砂漿。

3.1.6 帷幕灌漿質量檢查

防滲標準為：ω≤5Lu，帷幕灌漿檢驗以分析檢查孔壓水實驗成果為主，結合鉆孔，取巖心材料灌漿記錄和測試成果等評定其質量，經檢驗，帷幕灌漿質量符合巖石水泥灌漿規范和設計要求。

3.2 高壓旋噴灌漿工程施工

3.2.1 施工準備

本工程高壓旋噴灌漿施工場地位于大壩壩軸線（0+050-0+350）段，施工前先清除樁位處砌石等，并填筑鉆機平臺，設置排漿溝和集漿池，做好回漿排放和環境保護措施。

3.2.2 主要施工設備

鉆孔設備采用兩臺300型地質鉆孔和造孔，灌漿采用一臺高噴臺車、一臺高壓清水泵、一臺空壓機和一臺灌漿泵組成一套高噴設備進行施工。

3.2.3 施工程序

高壓旋噴灌漿分三序孔進行，施工程序為：施工臨建（包括水管、電纜鋪設、排污系統和制漿站建造），高噴灌漿實驗，高噴鉆孔，高噴灌漿和墻體實驗。

3.2.3.1現場高壓噴射注漿實驗

在現場高壓噴射注漿作業前，首先在水庫大壩下游主河槽段，地質條件具有代表性區段，按設計和室內試驗選定的配合比進行了高壓噴射注漿的圍井工藝試驗，以調整噴射流量、壓力、旋速和提升速度等工藝參數。實驗結束后，結合注水試驗、開挖檢查、取芯資料、灌漿記錄和測試成果等綜合評定圍井實驗參數是否合理，確定高噴灌漿參數，并將實驗結果提交監理人，以便監理人對高噴灌漿質量的控制。

3.2.3.2 鉆孔

鉆孔機械采用兩臺300型地質鉆孔造孔，均質壩黏土層采用泥漿鉆進，壩體黏土適合自然造孔，沖洗液采用清水沖洗，造孔方式以不破壞壩體黏土結構為原則，砂礫石層采用合金牙輪鉆進，泥漿護壁基巖段，造孔采用硬質合金回轉鉆進方法。鉆孔孔徑、孔斜度、鉆孔深度嚴格按行業規范和設計要求進行控制，如孔斜偏差不滿足規范要求，及時采用有效的糾偏措施，直至達到規范要求。

3.2.3.3 制漿

制漿材料采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，水泥嚴格按設計要求稱重，誤差不大于5%，水泥漿攪拌時間使用高速攪拌機不少于30s，自制備至用完的時間不大于4h，使漿液達到攪拌均勻，在篩后使用并及時檢測密度，漿液溫度保持在5℃～400℃，并做好記錄。endprint

3.2.3.4 高壓旋噴灌漿

鉆孔和漿液經監理人檢驗合格后，進入灌漿作業。首先高噴臺車就位，進行調平、支撐點墊實、墊穩，全面檢查噴漿設備是否完好，各種管道是否暢通，下管時將噴頭進行密封，以防漿、氣、水管道堵塞，下到設計深度后，按漿、氣、水順序依次進入，各種參數達到設計要求和孔口返漿正常后，再按要求進行正常提升噴射。施工采用三重管法自下而上實施。三重管即以漿、氣、水3種介質同時作用于砂礫地層，使漿液與地層顆粒成分混合、攪拌、置換、充填、滲透形成固結體防滲墻。

3.3 水泥土攪拌樁工程施工

3.3.1 施工準備

3.3.1.1攪拌樁施工現場首先進行平整、清除樁基處地上、地下一切障礙。

3.3.1.2 攪拌樁水泥選用PO42.5普通硅酸鹽袋裝水泥，以便于計量。

3.3.1.3 水泥攪拌樁機械配備電腦記錄儀及打印設備，以便了解和控制水泥漿用量及噴漿均勻程度，監理工程師每天收集電腦記錄一次。

3.3.1.4 施工機械必須具備良好的穩定性能，鉆機開鉆之前，由監理工程師和項目經理部質檢員組織檢查驗收合格后方可開鉆。

3.3.2 施工工藝流程

樁位放樣→鉆機就位→檢驗、調整鉆機→正循環鉆進至設計深度→打開高壓注漿泵→反循環提鉆并噴水泥漿→至工作基準面以下0.3-0.5m→重復攪拌下鉆并噴水泥漿至設計深度→反循環提鉆至地表→施工下一根樁。

3.3.3 施工質量控制

3.3.3.1 控制水泥攪拌樁樁體垂直度符合設計和規范要求。

3.3.3.2 按照設計要求，水泥攪拌配合比為0.45～0.5，水泥摻量12%，每米攪灰量46.25kg，高效減水劑0.5%。

3.3.3.3 對每根成型的攪拌樁質量檢查重點是水泥用量，水泥漿拌制灌數，壓漿過程中是否有斷漿現象，噴漿攪拌提升時間及復攪次數。

3.3.4 認真填寫施工原始記錄

現場施工人員認真填寫施工原始記錄，記錄內容主要包括：①施工中樁號、施工日期、天氣情況；②噴漿深度、停漿樁高；③灰漿泵壓力，管道壓力；④鉆機鉆速；⑤鉆進速度、提升速度；⑥漿液流量；⑦每米噴漿量和外加劑用量；⑧復攪深度。

3.3.5 質量檢驗

①觸探實驗

水泥攪拌樁成樁7天后，采用輕便觸探法檢驗攪拌樁均勻性，用輕便觸探器中附帶的勺鉆，在攪拌樁身中心鉆孔，取出樁芯，觀察其顏色是否一致，是否存在水泥富集的“結核”或未被攪均勻的土團。水泥攪拌樁28天后，用鉆孔取芯法檢驗其完整性，樁土攪拌均勻程度及樁的施工長度。每根樁取出的芯樣由監理工程師現場指定相對均勻部位送檢測中心實驗室（3個一組），28d齡期的無側限抗壓強度試驗，并留一組試件做3個月齡期的無側限抗壓試驗，以測定樁身強度。鉆孔取芯頻率為7%，經檢驗全部合格。

②外觀鑒定

經現場外觀檢查：（A）樁體圓勻，無縮頸和回陷現象；（B）攪拌均勻，凝體無松散。

4 效果分析

4.1 石門水庫經過帷幕灌漿加固，原臺地段及副壩段壩基強風巖基接觸性滲漏及壩基滲漏等問題，得到了有效解決。

4.2 主壩河槽段（樁號0+050-0+350）壩基存在中細沙層含水層，原主壩施工時未徹底清理和處理，存在滲漏破壞問題，經過高壓旋噴灌漿加固措施，也得到了有效解決。

4.3 臺地段及副壩段均質壩壩體，原施工時土方填筑質量差，壓實度低，壩體存在散浸及滲水現象。經過水泥土深層攪拌樁加固措施，有效處理了壩體的散浸和滲水問題。

結語

石門水庫除險加固工程經過帷幕灌漿、高壓旋噴灌漿和水泥土深層攪拌樁加固處理，壩體的整體性、穩定性和防滲能力明顯提高。原壩體、壩基滲漏問題得到了有效解決，達到了理想的效果和施工效益。

參考文獻

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