淺談單管高壓旋噴灌漿在水庫除險加固工程中的應用

邱維金

（三明市水利水電工程有限公司，福建 三明 365000）

1 概述

寧化縣寨頭里水庫位居寧化縣城關南面寨頭里村，水庫工程于1976 年9 月動工興建，1984 年9 月竣工。該水庫是以城區供水為主，結合灌溉、發電、防洪的重要小（一）型水庫，水庫正常蓄水位432.00 m，設計洪水標準為50 年一遇。截止目前工程運行二十幾年，為了保證水庫的安全持續運行，采用多種方式進行除險加固。水庫大壩為大堆石棱體粘土心墻多種土質壩，大壩壩體采用單管高壓旋噴進行防滲加固，作為本工程主要的加固措施之一，單管高壓旋噴灌漿的效果好壞是大壩防滲加固的關鍵，也是整個除險加固工程施工的關鍵。

2 高壓旋噴灌漿施工

2.1 現場試驗確定旋噴樁施工參數

高壓旋噴灌漿施工前按照設計要求：單管高壓旋噴孔沿壩頂壩軸線（心墻中心線）布置，設單排孔，分兩序交替實施。孔徑為0.65 m，孔距為0.5 m；灌注純水泥漿，灌漿壓力≥20 MPa；漿液比重≥1.4，回漿比重≥1.4，鉆桿垂直度≤l%，孔距為500 mm(±50 mm)，旋噴管提升速度粘土層≤15 cm/min，滲透系數≤l×10-5cm/s，樁的強度≥3.0 MPa。設計鉆孔伸入建基面1m，鉆孔最大深度38.8 m，平均孔深28.5 m，總孔深10565 m，采用75 型巖心鉆機造孔，根據地質情況和機械設備性能進行現場噴灌試驗，本工程在壩頂0+100～0+140 樁號段設三個試驗樁根據設計參考參數分別按25 MPa、28 MPa、30 MPa 的灌漿壓力進行旋噴灌漿施工，經14 天養護后現場開挖1.5 米深進行外觀檢查及鉆孔取芯，取芯送試驗室檢測樁體強度、滲透系數，根據現場挖樁情況及檢測報告將試驗成果報審，經審核由設計提供監理認可確定適合本工程的施工參數如下：灌漿壓力≥28 MPa，漿液比重為1.45，提升速度≤15 cm/min，孔距：500 mm(±50 mm)，樁徑：650 mm，樁長按設計要求結合實際壩基地形深入建基面1 m。

圖1 旋噴試驗樁

2.2 施工管理措施方法

施工前對地理環境、地質的各項指標進行檢測，安置調試施工機械設備，選擇優質的建筑原材料保存在施工適應處備用，樁位放樣，根據設計圖紙用全站儀或經緯儀測出灌漿軸線，再用鋼尺量出各設計孔位，用事先編好孔號和孔序的竹簽插入相應的孔位上，確保施工孔號、孔位與設計一致。

圖2 測量放樣樁位圖

圖3 單管高壓旋噴灌漿孔序圖

2.3 鉆孔

施工時應采取預防孔斜的措施，首先將鉆機安置在事先設計的孔位上，時刻要保持鉆機所安置的位置牢固平穩。隨之調試鉆機中的鉆桿頭對準施工的中心打孔位置，前提是要確保其鉆機、鉆孔、鉆桿頭均保持垂直一致，按照規范化要求設置鉆機的工作原理固定好鉆桿頭后隨時備用。始終保持鉆機與其它部件均為水平校正狀態，利用水平尺和經緯儀調整機具水平及鉆桿的垂直度，使鉆桿軸線垂直對準鉆孔中心位置，保證鉆桿和鉆具的垂直度誤差不超過5‰。

本工程鉆孔按兩序進行，孔徑為φ650 mm，先用鉆機在定點樁位的鉆孔中心直入噴嘴導孔，施工設計其鉆孔偏差區間不得大于50 mm，偏斜率不大于1%。在此條件下，設計的孔深度才能達到預期的鉆孔深度效果。鉆探過程中需及時采取糾正鉆機調試好鉆孔的有效措施，確保鉆孔的精準度。鉆孔完畢，未注漿前，孔口用砂袋封堵，防止雜物掉入孔內。遇有孔位、孔深和鉆孔內的地下障礙物、洞穴、涌水、掉鉆等特殊作業情況，及時進行處理調整鉆孔措施使其恢復正常狀態。

2.4 高壓噴射注漿

（1）深度插管噴射注漿

連接插管與鉆桿孔進行作業，高噴臺車的噴射管準確對準鉆孔位置，并保持調節鉆機、鉆頭、鉆孔一致平衡，將噴射管的插孔直接插入鉆孔深處進行孔口試噴，注意觀察灌漿的噴射壓力確保暢通自由插入進出孔內為準。

（2）配置過濾高壓泥漿泵注漿

選用普通硅酸鹽42.5 R 水泥與水進行攪拌，水泥漿液中的水灰比為1.25～1.45 之間。在進入高壓泥漿泵實施旋噴前嚴格過濾，避免水泥摻進雜物伴有硬物結塊對鉆機的噴嘴管路堵塞。

（3）兩序鉆孔高壓噴射注漿

高壓旋噴注漿分兩序孔進行。高壓噴射管水泥漿貫入土中自由噴射嘴，其壓力將土四周土體與水泥混合攪拌形成旋噴樁狀的圓固結體。注意在實施旋噴過程中應防止旋噴壓力狀態下迅速拔管，這樣會使漿液凝固在噴射過程中，還會收縮影響樁頂冒漿回灌，如遇到應急狀況停噴不超過20 min，長度不小于20 cm。

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（4）反復多次送漿

規定達到高程后提升噴射管，靜噴3 min，反復多次送入純水泥漿液進行單孔噴射注漿或補漿直至漿面不下沉。

（5）常規化沖洗

用后要嚴格沖洗噴射管內機內沒有殘存的漿液為止。

（6）轉移樁位鉆機

完成一個樁位后恢復原狀接著繼續重復上述步驟進行下一根樁的施工。

2.5 施工高壓旋噴樁操作存在技術問題與改良對策

2.6 施工質量控制

施工過程嚴格按設計要求，有關旋噴樁的規范操作，防滲墻隱蔽工程要進行管理控制，這也是保證質量施工控制重點的關鍵。控制實行施工單位自檢和監理單位抽檢雙控制，采取措施如下：

（1）施工前應平整場地，清除障礙物，保證鉆機等設備安放在平穩、牢固的場地上。測量放樣要重點對控制性軸線、樁位進行復查，并采用竹片進行現場定位，確保樁位準確且偏差在規范允許范圍內，滿足要求后方可開鉆。

（2）加強孔深、垂直度的控制。在鉆機上準確畫出每米深度標示線，在設計孔深鉆桿位置做明顯標記并寫上數字；垂直度是質量控制的標志，直接影響旋噴樁墻的防滲連續性，在鉆機正面和側面掛上吊錘觀測鉆桿的垂直度，用水平尺檢查機架是否水平，如發現偏差過大應及時調整。

（3）漿液拌制及泵送的質量控制。根據施工組織選擇合理的地點設置配制水泥漿的灰漿池，根據水灰比和制漿桶的容積計算每桶漿的水泥用量、用水量。漿液攪拌均勻過濾后再放入集漿池，并經常攪動以防沉淀，用比重計檢測漿液比重判定水灰比是否滿足設計要求。

（4）鉆機、鉆頭、鉆孔出現高噴灌漿等臨時故障時，應先中斷電源然后進行調試至能夠恢復施工為止，尤其要檢查對應鉆孔中斷的孔段認真仔細進行反復檢測、檢查噴嘴、噴頭，其準確搭接的長度不能小于0.5 m。

2.7 高壓旋噴灌漿質量檢驗、檢測

按照《水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范》（DL/T 5200-2004）的規定進行質量檢查，結合鉆孔實際情況進行檢查，對已開始旋噴的鉆孔防滲墻中觀察取芯來判斷整體堅固性（取芯在高壓噴射灌漿結束28 天后進行），并將所取芯樣委托有資質的檢測機構進行檢測，以檢測其樁的強度和滲透系數是否滿足設計要求。

重點進行高壓旋噴防滲墻部位檢查復雜地層嚴重漏漿等部位會存在缺陷質量。

根據監理、業主現場指定位置取四個孔進行鉆孔取芯試驗，檢測結果如下：

①1# 檢查孔：抗壓強度4.5 MPa，滲透系數0.78×10-6cm/s；2#檢查孔：抗壓強度4.2 MPa，滲透系數0.86×10-6cm/s；3#檢查孔：抗壓強度4.8 MPa，滲透系數1.26×10-6cm/s；4#檢查孔：抗壓強度4.0 MPa，滲透系數0.98×10-6cm/s。

②根據設計抗壓強度≥3.0 MPa，滲透系數K≤l×10-5cm/s的要求，本次高壓旋噴灌漿各項技術指標均符合設計及規范要求，施工質量良好。

通過對壩后量水堰流量的觀測，施工后量水堰的流量明顯比施工前減少很多，通過觀察，大壩壩底原有滲水通道未發現有滲水現象，大壩蓄水至正常蓄水位亦未發現背水坡處有滲漏濕坡現象，加固前在基本同等條件下電站廠房375 m 高程實測的壩體壩基滲流量為0.6 m3/s，加固處理后建成的量水堰實測的滲流量為0.1 m3/s（壩體、壩基、兩岸山體綜合匯流值），由此可見大壩高壓旋噴灌漿取得了很好的防滲效果。

3 結語

高壓旋噴灌漿工藝還將不斷地在土壩防滲加固中應用。通過精心組織，科學施工，合理選擇施工機械，嚴格過程控制，加強質量管理，按規范及設計要求施工，高壓旋噴灌漿在寧化縣寨頭里水庫除險加固方面取得了良好的效果。