淺析高壓噴射灌漿技術在幸福水庫工程施工應用

廖麗華

幸福水庫位于云南省鶴慶縣金墩鄉積德村塔沖村，總庫容51.3萬m3，屬小（二）型水庫。水庫樞紐建筑物包括水庫大壩、輸水涵洞、溢洪道、輸水涵管四大建筑物。大壩采用的是粘土心墻壩，最大壩高25.8 m，壩頂寬5.5 m，壩頂長140 m。水庫總庫容51.3萬 m3，調洪庫容5.7萬 m3，水庫本區集水面積0.96 km2，干流長2.02 km，灌溉面積1333畝，是鶴慶縣新建的重點水利建設工程之一。本文結合云南地區的鶴慶縣幸福水庫工程高壓噴射灌漿施工，對高壓噴射灌漿施工中技術的要點進行探討。

1 工程地質

壩址處于鶴慶盆地西側邊緣與山麓結合部位箐口地段，壩址箐溝地形相對狹窄，往上游河道變寬為庫區相對寬闊的地形段，往下游箐口地形變寬，壩址選擇的余地不大、壩軸線具有相對的唯一性。

壩址河谷呈淺寬“U”型，左岸低右岸高，壩址河谷左岸坡度為約45°，右岸坡度為33°，河底寬約27 m。左岸與洗馬池水庫箐谷間山脊寬約800 m，山脊呈狹長型，較單薄，地形平坦，地表高程2267～2273 m，至河底高差20～25 m，也限制了水庫壩高；右岸山坡相對較陡，山體較厚實。考慮左岸地形高度不夠，壩軸線呈折線型。

（1）左壩肩

左岸坡度上緩下陡，地形坡度25°～35°，地表煤渣堆積層(Qs)及殘坡積礫石砂土層(Qed1)屬松散巖組，透水滲漏，作為壩基需清除處理。壩基為半膠結砂礫石層，密實，強度較高，承載力及抗滑穩定滿足土壩要求。左岸坡至河底高差約19 m，地形坡度約45°，半膠結砂礫巖，密實，岸坡穩定。

（2）右壩肩

右岸坡至河底高差約30 m，下段地形坡度約33°，往上坡度漸緩，斜交坡，巖層傾向坡外，下部半膠結粘土巖隔水潤滑，對層間抗滑穩定不利，但巖層傾角小（15°），壩肩山體基本穩定。地表為殘坡積礫石砂土層，厚1 m～2 m，較密實，下部為半膠結砂礫巖，密實，力學強度較高。兩壩肩主要為砂礫石層(Qp-sl)地層，注水試驗為透水巖層；壩基河床段，寬約27 m，沖洪積腐蝕砂土、砂礫石層，厚5 m，注水試驗滲透系數K=1.3×10-3cm/s，透水性大。壩址下伏粘土巖(Qp-nt)層透水性弱，其透水性垂直性遞減的規律明顯，為相對隔水層。按粘土心墻壩清基后，壩肩及兩壩肩估算日滲漏量Q=過水斷面×滲透系數×水利坡降=1463 m2×0.81 m/d×0.18=213 m3/d。

2 基礎處理方案

左庫岸及壩基、壩肩存在沿更新統砂礫石層繞滲問題，合計日滲漏量Q=413 m3，需進行帷幕灌漿防滲處理。防滲底界為帷幕底界以進入粘土巖層(Qp-nt)或弱透水層(K＜10-4cm/s)2 m，左岸平面端界以正常蓄水位與相對隔水層粘土巖交點確定，即帷幕從左壩肩ZK2鉆孔往上游延伸146 m，右壩肩為山體地下水位與正常蓄水位確定，即帷幕從左壩肩ZK4鉆孔往右延伸33 m。

本次大壩高壓旋噴灌漿合同工程量：高噴鉆孔為6558 m，高噴灌漿為4506 m；整個高壓旋噴灌漿工程共分為一個分部工程；壩基高壓旋噴灌漿工程（樁號0+-25～0+248）。共計343個孔。

設計采用水泥高壓旋噴灌漿進行防滲處理，方案布置：自壩頂軸線方向布置高壓噴射灌漿防滲墻，設計采用單排旋噴墻體，孔距1.0 m。高壓旋噴采用三管法，分二序施工，噴射漿液采用純水泥漿。要求形成的墻體滲透系數K≤1×10-5cm/s(透水率q≤5Lu)。

3 高壓噴射灌漿施工

3.1 高壓噴射灌漿施工流程

高壓噴射灌漿的主要施工流程：鉆孔定位—鉆機就位—鉆孔—灌漿液配比合成—高壓噴射灌漿—沖洗—換鉆孔注漿作業，見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

3.2 施工方法及步驟

（1）定位放線：由全站儀確定每個高噴孔的高程及孔位。

（2）鉆機造孔：選用150型鉆機，鉆孔孔徑Φ110 mm。壩身土層使用泥漿固壁造孔，魚尾鉆頭；壩基礫石層使用合金彈簧鉆頭；基巖采用金剛石鉆頭成孔。

（3）制漿：采用自制攪拌機制漿，在儲漿桶安裝低速攪拌軸攪拌，防止水泥漿沉淀。

（4）噴射灌漿：噴管為Φ91鋼管，高壓水泵為HS9032A-107。空壓機為BJBY-12/10，高噴臺車為CDM135D型，噴射灌漿的各種參數由試驗確定。

（5）孔口回填補漿及封孔：噴灌結束后，可利用部分回漿或攪拌機制的漿液向噴射孔內補充漿液以消除凹穴。

4 高壓噴射灌漿技術控制

4.1 高壓噴射注漿技術

高壓噴射注漿應自下而上進行，注漿過程中做到：

（1）高壓注漿設備的額定壓力和注漿量應符合施工圖紙要求，并確保管路系統的暢通和密封，高壓水管、漿管均采用鋼絲編織膠管。

（2）風、水、漿均連續輸送，水泥漿液的高壓噴射作業不得停噴或中斷。

（3）三重管機具試運轉時的高壓水泵泵壓不低于38 MPa，空壓機風壓保持0.75 MPa左右，泥漿泵泵壓保持0.8 MPa左右。

（4）水泥漿液應進行嚴格的過濾，防止噴射作業時堵塞，并定期測試水泥漿液密度，漿液密度不應小于1.5 g/cm3；當施工中漿液密度小于1.5 g/cm3時，立即停止噴注，并調整至正常范圍后，方可繼續噴射。

（5）因故停噴后重新恢復施工前，將噴頭下放不小于50 cm，采取重疊搭接噴射處理后，方可繼續向上提升及噴射注漿，并記錄中斷深度和時間。停機超過3 h時，則對泵體輸漿管路進行清洗后方可繼續施工。

（6）施工過程中，經常檢查泥漿（水）泵的壓力、漿液流量、空壓機的風壓和風量、鉆機轉速、提升速度及耗漿量。當冒漿量超過注漿量20%或完全不冒漿時，應按下列方法處理：

當孔內嚴重漏漿時：①降低噴管提升速度或停止提升；②降低高壓泵水壓力、流量進行原地噴漿；③加大漿液濃度，漿液中加速凝劑；④向孔內填細砂。

在供漿正常情況下，當孔口回漿密度變小，應加大進漿密度或進漿量。如地下水較豐富，可適當減小風量或降低風壓。

（7）噴射作業完成后，連續將冒漿回灌至孔內，或在噴射孔內進行靜壓充填灌漿，直到漿液面穩定為止。

4.2 高壓噴射灌漿漿液的配比技術

根據以往壩堤帷幕灌漿施工的經驗通常采用瀝青、混凝土作為灌漿液，稀灌漿液最開始的比例是5∶1，后面隨之濃度增加，每一個級別濃度灌漿的澆灌時間必須要大于10 min，一直到吸漿量逐漸穩定或者變少開始停止。對壩堤右岸的灌漿漿液這樣來配比發現有以下幾個問題：

（1）因為該水利工程的大壩基巖比較破碎，在使用比較稀的漿液澆灌，漿液中有不少的水向地層擴散，產生基巖整體受力的情況，基巖非常容易發生抬動的情況。

（2）稀的純水泥漿灌漿完后，會嚴重縮水，造成大壩帷幕地基出現空洞、裂縫，需要再次灌漿填筑。

（3）使用稀漿澆注，稀漿擴散的范圍很大，會造成很多材料的浪費。

（4）使用稀漿對水利水電工程大壩基礎進行灌漿，對灌漿技術的要求比較高。

為了解決稀漿擴散的范圍，削弱灌漿的沁水率，需要把帷幕灌漿的材料由不穩定的稀漿改成配比穩定單一的漿水，并且是不會發生沉降的穩定砂漿。即在漿水中添加適量的膨潤土和高效的減水劑，得到比較稠的漿液。水泥、砂石等和水的配比在1∶0.7，在添加2%的高質膨潤土，減水劑的添加量占水泥量的1.2%。

高壓擺噴灌漿工藝參數值（三管法）

5 高壓噴射灌漿常問題處理

5.1 高壓噴射壓力不足問題

在幸福水庫工程施工過程中就遇到高壓噴射灌漿過程中壓力偏低的問題，該問題導致漿液的噴灌力變小，本來應該噴射到的范圍沒有噴射到，噴射非常不均勻。在幸福水庫工程高壓噴射灌漿中出現該問題的原因是灌漿的高壓泵出現故障，也可能是高壓泵放置的位置偏遠，噴射的射程達不到要求。遇到這類問題首先要停止灌漿，檢查高壓泵是否異常及高壓泵擺放的位置是否正確，如果高壓泵異常，及時更換，如果擺放位置不對及時調整，盡快恢復施工，避免影響施工進度和施工質量。

5.2 高壓噴射灌漿過程中的冒漿問題

在高壓噴射灌漿的過程中冒漿主要是因為劣質土層中的微小顆粒無法及時的過濾掉，在高壓噴射灌漿時隨著管壁一起噴射出去產生冒漿現象，該現象在施工中是很常見的，但是對施工質量及施工環境衛生的影響也比較大。解決的方法：增強噴射壓力，縮小噴管噴嘴的口徑，口徑只能縮短一點點，如果縮小過多會影響施工進度甚至堵塞噴灌。

5.3 灌漿形成的固體結構問題

第一，灌漿形成的固體結構不完整，簡單來說，就是在高壓噴射灌漿一段工序完成后或者噴射過程中因為某些原因突然中斷，造成需要加固或者改善的地基貼合密度低，甚至自然脫離；

第二，灌漿形成的固體結構雖然完整，但是垂直指數達不到要求，造成水電工程建筑物地基抗壓性能下降，防滲效果下降，主要原因是灌漿鉆孔時鉆孔是傾斜的。改善的方法：在高壓噴射灌漿施工前，需要對施工場地做好地質勘察、數據采集工作，根據地質勘察得出參數計算出水利水電工程鉆孔的最大偏差范圍，然后在灌漿鉆孔時根據計算出來的偏差范圍進行施工，發現鉆孔施工不合格的要及時返工，保證鉆孔垂直，從而保證固體結構垂直完整，避免一些人為因素影響施工質量。

6 結語

結合云南地區的鶴慶縣幸福水庫工程高壓噴射灌漿施工和對施工過程中出現的的噴射壓力不足、冒漿、形成固體結構及漿液配比等問題進行分析，提出了解決的方法。

（1）針對稀漿擴散的范圍大問題，把灌漿材料由不穩定的稀漿改成配比不會發生沉降的穩定單一砂漿，在漿水中添加適量的膨潤土和高效的減水劑（Sika-R4），得到比較稠的漿液。水泥、砂石等和水的配比在1∶0.7，在添加2%的高質膨潤土，減水劑（Sika-R4）的添加量占水泥量的1.2%。

（2）針對高壓噴射壓力不足問題，可檢查是否高壓泵出現故障，或者高壓泵擺放位置不對，及時調整。

（3）在高壓噴射灌漿的過程中冒漿問題，可適當增強噴射壓力，或略微縮小噴管噴嘴的口徑。

（4）對灌漿形成的固體結構雖然完整，但是垂直指數達不到要求，造成水電工程建筑物地基抗壓性能下降，防滲效果下降，可加強鉆孔質量，保證鉆孔垂直，從而保證固體結構垂直完整，以確保施工質量。

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[3]李梅.高壓噴射灌漿技術施工優點以及在水利水電施工中的應用[J].建材與裝飾,2015,46:212-213.