淺析高壓旋噴灌漿技術在富縣大申號水庫除險加固壩體防滲中的應用

任延紅

（富縣水利工作隊，陜西富縣 727500）

1 工程概況

大申號水庫位于北洛河一級支流富縣大申號川流域下游，壩址距北洛河匯合處約4km，距富縣縣城4.3km。水庫于1957 年10月興建，1959 年建成投運，1982 年對大壩進行加高加厚，并新修溢洪道。控制流域面積為198km2，設計為四級建筑物，水庫為均質土壩，是一座以防洪灌溉、縣城供水為主的小（一）型水庫。水庫樞紐工程由壩體、放水塔、溢洪道組成，總庫容314 萬m3，壩高20m，壩頂高程966.87m，頂長195m，頂寬8m。溢洪道設在壩體右側，長212.5m，底寬15m，深4.2m，設計泄流量64m3/s。放水塔為圓柱體形高15.65m，φ 內2.5m，設計最大泄洪量3.4m3/s。該庫區多年平均降雨量520mm，流域降雨量集中在7 月、8 月和9 月，占全年降雨量的80%。

2 防滲加固方案的選定

2.1 壩體、壩肩及壩基現狀

（1）根據地質資料的顯示，壩體填土為濕陷性，局部自重濕陷性，應予以處理。

（2）壩基由兩部分構成，下部為三疊系砂、泥、頁巖互層，傾向北西，透水率q＜5.0Lu，系弱透水層，但局部有裂隙發育，該裂隙位于壩基以下7m 左右，屬未貫通裂隙；上部為砂礫石層，是壩基滲漏的主要通道，屬重點防滲部位。

（3）左壩肩的砂頁巖較為完整，透水率q＜5.0Lu，滲漏量極小；右壩肩砂頁巖風化嚴重，裂隙發育，透水率q＝71～121Lu，且壩與岸坡結合部位的巖石有3.0m 厚的強風化帶，屬強透水層，是右壩肩滲漏的主要通道。

2.2 壩基與壩體防滲方案選擇

針對本工程壩體、壩基、壩基與壩體接觸帶、右壩肩等部位存在的問題，應采用綜合防滲加固方案，建立可靠的防滲體系并提高部分壩體密度。根據國內經驗及本工程實際情況，設計出以下三個方案：

（1）槽孔式混凝土防滲墻與復合土工膜方案，墻厚0.3m。

（2）高壓擺噴注漿防滲墻與復合土工膜方案，墻厚0.2m。

（3）高壓旋噴注漿防滲墻與復合土工膜方案，墻厚0.2m。

大申號水庫除險加固工程壩體防滲，初步設計方案為高壓旋噴注漿采用三重管注漿工藝，單排布孔，樁徑1.0m，樁距0.85m。為優化設計施工圖設計中方案為高壓擺噴折接式工藝，單排布孔，樁距 1.4m，擺角 30°。2005 年 8 月 9 日—8 月 25 日施工企業對左壩肩及幕軸線CD 段連接部位進行了現場擺噴實驗，進行單樁實驗13 個。實驗結果表明：由于該部位土質較堅硬，高壓擺噴樁距1.4m 不能滿足設計要求。9 月2 日業主單位、現場監理、施工單位在經過多次樁徑變化與現場實驗，最終確定灌漿工藝由高壓擺噴注漿改為高壓旋噴注漿，樁距為0.7m。

經實驗結果表明，決定選用高壓旋噴注漿防滲墻與復合土工膜相結合的加固方案。

3 防滲體系設計

3.1 防滲體系布置

（1）右壩肩灌漿，從壩頂樁號 0+207.20～0+262.00m，總長54.8m，灌漿底線高程942.0m，最大幕墻高度20m。

（2）壩基砂礫石層灌漿，從壩頂0+000.00～0+207.20m，總長207.2m，帷幕從砂礫石層底部高程下延1.0m 深入基巖，上部到958.0m，最大幕墻高度14m。

（3）壩體復合土工膜與壩基旋噴墻采用C15 混凝土基座搭接。旋噴注漿墻形成后，鑿掉上部30cm～50cm 低墻度段，并開鑿截滲槽，現澆C15 梯形混凝土，鑲入土工膜，形成防滲體。

3.2 高壓旋噴灌漿成墻設計

高壓旋噴灌漿是按設計布孔，利用鉆機鉆孔，然后將噴射裝置下入孔內，噴射裝置射出高壓水流，沖擊破壞被灌體，同時隨噴射流導入漿液與被沖切土體摻攪，提升噴嘴，形成按設計方向、深度、厚度于周圍緊密結合的凝結體，構成連續的防滲帷幕墻。

高壓旋噴灌漿的高壓射流與速度和壓力有關，流速越大，動壓力越高，則沖切破壞摻攪地層的范圍越大。漿液隨高壓射流，在擠壓條件下摻攪進入地層，形成與切割物相混合的凝結體。

3.3 沖填擠壓作用

在高壓噴射未端及外側邊緣，能量衰減較大，不能沖切土體，但對周圍土體產生的擠壓作用，使土體得到密實；在噴射過程中和噴射結束后，靜壓力灌漿作用仍在進行，灌入的漿液對周圍土體不斷產生擠壓作用，使凝結體與周圍土體結合更密實。

3.4 滲透凝結作用

高壓旋噴灌漿除在沖切范圍形成凝結體外，還能是漿液向沖切范圍以外滲透形成過渡層，具有較強的防滲性。滲透凝結層的厚度與被灌地層的級配和滲透性有關。在透水性較強的砂礫石層其厚度可達10～50cm。

4 高壓旋噴灌漿的施工過程

4.1 修筑施工平臺

按照設計圖紙認真做好測量放線工作，并在幕墻軸線修筑寬度5m 的施工平臺，以便于鉆灌設備移動。

4.2 確定灌漿孔位置

根據設計圖紙和建設、設計、監理單位提供的基本控制點，認真細致的做好測量放樣工作。并用鋼尺校核距離，定好孔位，做好標記，要求鉆灌孔位偏差不得大于5cm。

4.3 鉆孔施工及施噴要點

鉆孔質量的好壞直接影響施噴成墻的質量。因此鉆孔深度必須達到設計要求孔深，終孔孔斜率不得大于1%。鉆孔過程中，各孔應祥細記錄孔位、孔深、地層變化、換層、漏漿（泥漿護壁）和掉鉆等情況。特別要注意換層的位置，為高噴提供準確的改變參數位置，并在鉆孔施工驗收完畢后，加蓋保護，防止異物掉入孔中。

4.4 高壓旋噴灌漿

4.4.1 高壓旋噴灌漿技術參數

高壓旋噴灌漿技術參數可以根據高壓旋噴灌漿試驗取得，在開工前應選擇相同的地質條件進行高壓旋噴灌漿試驗，經過開挖、鉆孔取芯，注水和壓水試驗取得技術參數，并對其進行修正，確定最優技術參數，再進行高壓旋噴灌漿幕墻施工，如表1 所示。

表1 大申號水庫高壓旋噴灌漿技術參數

4.4.2 開噴前的準備工作

鉆孔經驗收合格后，方可進行高壓旋噴灌漿。高壓旋噴灌漿施工前根據孔深確定三重管長度，檢查管路是否暢通，密封是否良好，并在下管前對注漿管總成進行地面試噴，觀察水、氣、漿的噴射流出情況。三重管必須下入孔底的設計深度，其深度差值不得大于0.1m，如達不到設計深度，必須重新掃孔至設計深度。

4.4.3 高壓旋噴施工中的技術措施

（1）按照技術參數從下至上進行高壓旋噴灌漿。為了保證樁體與底板的充分連接，升噴時應在孔底旋噴至回漿冒出地面，再靜噴5～8mm，待返漿正常后，再開始提升，連續噴到幕墻設計高程，旋噴過程中，回漿中水泥含量應控制在進漿量的20%左右。

（2）必須按規定速度提升，在旋噴提升過程中，如發現異常或不符合要求時，應查明原因，重新返工；處理事故或換管重新噴射時，應將噴射裝置下放到原位置以下0.5m 處，重新復噴，以確保搭接長度不小于0.5m，應盡快進行噴灌漿，以免被串孔掃孔，再旋噴灌漿或繼續鉆進。

4.4.4 高壓旋噴灌漿質量的檢測

為了檢測壩基高壓旋噴的灌漿效果，按照有關技術規范的要求，采用開挖、鉆孔取芯、壓水試驗、注水試驗、滲壓觀測、滲漏量觀測等多種方法，對壩基高壓旋噴防滲效果進行了檢查。經隨機選取4～6 處，進行樁頂開挖，并開挖試驗圍井和檢查圍井。結果表明：樁體連續完整，樁孔位置準確，樁位偏差小于5cm，樁偏斜度小于1%，樁徑達到1.3m 的設計要求，形成的防滲墻下游表面干燥，無滲水現象，樁體周圍物理力學性質得到很大改善。

按照規范要求，在每個單元工程布置一個檢查孔，從上到下進行了簡易壓水試驗，結果表明所有層段滲透率皆小于1Lu，符合設計要求。選取了4～6 個鉆孔進行全孔鉆孔注水試驗，檢查圍井、試驗圍井也進行了注水試驗，結果表明其滲透系數皆小于10~6cm/s，符合規范及設計要求。

在土層、砂礫石層中分別選取高壓旋噴固結體進行室內試驗，試驗內容包括抗壓強度，滲透系數、彈模，結果表明：土層抗壓強度大小1.6MPa，彈模大于1.9GPa；砂礫石層旋噴體抗壓強度大于10.0MPa，彈模大于6.4GPa；滲透系數均符合規范及設計要求。

水庫除險加固后，在第二年汛期高水位蓄水的情況下，在壩體布置的滲流觀測孔，隨著高壓旋噴幕墻的形成，壩體浸潤線水位明顯降低0.5m～1.2m，大壩下游設置三角量水堰，對大壩灌漿前后的滲漏量進行觀測，結果表明滲漏量減少了256m3/d。再應用高壓旋噴灌漿對大申號水庫大壩壩基進行截滲加固，效果良好，達到防滲和除險加固的目的，滿足水庫安全運行的要求。