高壓噴射灌漿技術在病險壩防滲加固中的應用

程雄輝

（婺源縣水利水電建筑工程有限公司，江西 婺源 333200）

水利工程在投入使用一段時間后，因為地質擾動或年久失修，壩基、壩體等部位容易出現不同程度的裂隙，除了會發生滲漏問題外，還有可能引起潰壩事故。因此，對于病險壩要及時開展防滲加固處理，目前常用的處理技術有多種，高壓噴射灌漿技術具有施工操作較為簡便、防滲加固效果良好等一系列優勢，在水利工程病險壩處理中應用較為廣泛。施工人員在應用這一技術時，應重點加強鉆孔環節、制漿環節和高壓噴射環節的質量控制。通過采取精細化的技術管控措施，才能進一步提升病險壩的防滲加固效果，確保水利工程得以安全運行。

1 工程概況

某水庫大壩為均質土壩，始建于1996年，2007年做大壩加高處理。目前攔河壩最大壩高為23.7 m，壩頂長1 323.7 m，寬6.1m，壩頂高程105.3 m。最大庫容8.11×109m3，最大泄流量6 216 m3/s，設有8個泄洪閘。水庫防洪標準為1 000年一遇。從現場調查情況來看，該水庫壩基中部以砂卵石和礫質粗砂為主，透水性較強。加上降壓井長期缺乏維護，對承壓水的釋放效果變差，導致多處壩段承壓水位超過地面，使得水利工程在使用過程中存在較大的安全隱患。本文以6+000—6+200壩段為例，采用高壓噴射灌漿技術對該處病險壩做防滲加固處理。

2 高壓噴射灌漿方案設計

2.1 工藝設計

本次施工中防滲加固壩段上共布置了282個孔，從6+000開始進行編號，依次為1#、2#…282#。為防止高壓噴射灌漿時相鄰2個孔出現串漿、塌孔等問題，現場施工采取了序孔相間施工方法。將鉆孔分成3序，其中1、4、7…為I序，2、5、8…為II序，3、6、9…為III序。高壓噴射灌漿的施工流程如圖1所示。

2.2 高壓噴射防滲墻設計

本次工程中將高壓噴射灌漿點設置在水庫大壩103 m平臺上，此處土質以粉質壤土為主，防滲墻中心線與壩軸線平行。高壓噴射作業選擇三重管高壓擺動噴射灌漿方法，按照“由上到下”的順序依次完成注漿。高壓噴射防滲墻的厚度要求不低于20 cm，從粉質壤土頂板上1.2 m開始灌注，至基巖下1.0 m。相鄰2個灌漿孔之間以折線方式連接，折線軸線與防滲墻軸線之間夾角120°，擺角30°，間隔距離為1 400 mm，具體布置如圖2所示。

本次工程中所用漿液主要由3種材料配制而成，分別是水泥、黏性土和水，三者比例為0.7∶0.3∶1.1。其中水泥使用42.5普通硅酸鹽水泥，黏性土為膨潤土。水壓力為40～42 MPa，水量為65 L/min；氣壓力為0.8 MPa，氣量為1 m3/min；漿壓力為0.6 MPa，漿量為100 L/min。噴嘴的擺動速度為6°/s，噴嘴最大擺動角度為45°。不同土層的噴嘴提升速度有差異，其中砂層最快，在12～15cm/min，土層次之，在8～10 cm/min，卵石層最慢，在7～8 cm/min。

3 高壓噴射灌漿施工要點

3.1 結合地質資料開展現場試驗

開始病險壩防滲加固施工前，應當開展工程所在地區的水文地質勘察，充分掌握該地區的地質條件、水文特點，為后續的防滲加固處理提供依據。按照施工方案進行高壓噴射孔的測量放樣，標記出孔位并復核確認無誤后，開始進行現場試驗。沿著防滲板墻的軸線，每隔15 m布置一個地質先導孔。同時結合地質勘查資料，對于局部砂層、基巖面變化明顯的地區要采取加密處理措施。然后通過先導孔鉆芯取樣并開展實驗室分析，以便于準確掌握砂層、基巖面的變化情況。根據現場試驗結果，科學確定各個鉆孔的深度，保證鉆孔底部能夠深入基巖面，從而提高防滲加固效果。

3.2 造孔

現場鉆孔前應使用經緯儀確定孔位，保證孔位的實際坐標與設計圖上標注的坐標最大偏差小于等于5 cm。如果孔位偏差太大，需要重新鉆孔。經復核確定孔位無明顯偏差后鉆機進場。為防止鉆孔期間鉆機傾斜、抖動而影響成孔質量，需要進行地面整平處理，并放置幾條墊板，使用水平尺檢查并調整墊板，使其保持水平，然后將鉆機置于墊板上。使用經緯儀調整鉆機主軸與水平面之間呈90°，然后固定鉆機，設定好鉆機的各項參數，包括鉆頭轉速、進給壓力和鉆孔深度等。本次工程中要求開孔直徑和終孔直徑均為120 mm，根據這一參數合理選擇鉆頭。同時要求鉆孔深度需要進入第三紀粘土巖的深度大于等于1.0 m。啟動鉆機進行鉆孔時，現場施工人員還應密切關注鉆機運行工況，如果遇到壓力示數增加但是鉆孔深度不變的情況，考慮可能是遇到堅硬石塊，應及時調整鉆進方式，改為沖擊鉆進模式破碎石塊，保證鉆孔順利。另外，還應隨時監測孔深，避免出現超鉆或欠鉆；關注孔斜率變化，本次工程中要求孔斜率小于等于0.8%，如果接近該值要及時調整，保證成孔質量。孔深達到設計要求后，反旋拔除鉆頭，并清理鉆孔內的泥渣、碎石，檢查成孔效果，確?？讖?、孔斜率等參數符合要求，無孔壁開裂問題。最后使用清水沖洗鉆孔，觀察到反出水清澈后方可停止。之后鉆機移動至下一孔位點繼續鉆孔。

3.3 制漿

本次工程中所用漿液均要求現配現用，避免漿液離析、泌水而影響灌漿加固效果。如上文所述，漿液按照水泥∶膨潤土∶水=0.7∶0.3∶1.1的比例配制。確定該配合比后，還要對各類物料的質量做嚴格檢查。每一批次的42.5普通硅酸鹽水泥應提供出廠化驗報告，并且在水泥進場后做好防潮處理，避免結塊影響使用。鈣質膨潤土的分散性良好，制漿用水保證干凈。干料嚴格按照配比進行稱重，然后將水泥與膨潤土充分混合后再加入水攪拌，制作得到漿液。攪拌時間控制在8～10 min，以保證漿液均勻、無明顯顆粒為宜。最長攪拌時間不得超過12min，防止離析。漿液制備完畢后要求在6 h內使用完畢，超過6 h后以廢漿處理。另外，由于本次施工是在夏季進行，因此還對漿液溫度有特殊要求，采取防曬與降溫措施，使漿液最高溫度不超過40℃。

3.4 高壓噴射灌漿

漿液制備完成后盡快用于高壓噴射灌漿，要求相序間隔施工不低于3 d，可有效減少高壓噴射注漿時出現串漿等情況。1#孔下放噴射管前，要選擇就近的一處空地進行試噴，其目的是檢查設備運行是否正常，管路有無堵塞問題，同時校正噴射方向。然后將噴射管伸入鉆孔內部，要求噴嘴距離孔底15～20 cm，在高壓噴射機具上設定作業參數，包括灌漿壓力、漿液流量和擺動速度等。各項參數設定完畢后，啟動設備開始灌漿?，F場高壓噴射灌漿應當按照“一邊噴射、一邊擺動、一邊提升”的操作方式，從下往上完成該鉆孔的灌漿。期間施工人員還要密切關注施工參數，判斷灌漿壓力是否穩定，漿液量是否有突然減少或增加的情況，以及進出漿比重是否正常等。如果發現異常要立即停止注漿，解決問題后再繼續施工?，F場應保證孔內漿液順利上返，保證漿液封堵裂隙后可以順利從孔口排出，避免出現壩體劈裂現象。觀察到孔口返漿后即可停止灌注，靜置一段時間后利用回漿進行二次灌注，直到孔口漿液面不再下降，然后移動至下一鉆孔繼續灌漿。

3.5 施工中特殊情況的處理

對于現場施工中遇到的一些特殊情況，也要求施工人員能夠給予妥善處理，從而保證病險壩的防滲加固達到理想效果。本次施工中對于特殊情況采取了以下處理措施。①灌漿期間遇到進漿、回漿比重不符合，甚至是無回漿，需要調整設備參數，減慢提升速度，等到回漿量及進出漿比例恢復正常后，再調回原參數進行作業。②單孔灌漿要求一次性完成，因特殊情況導致灌漿中斷的，需要盡快復噴。同時復噴時要求新舊兩端漿液的搭接長度大于等于0.5 m，以提高加固效果。③如果灌漿期間發現相鄰兩孔有串漿情況，要立即封堵串漿孔。

3.6 施工質量檢查

所有孔全部按照要求進行灌漿處理后，進行30 d的養護，養護期結束后開始進行施工質量檢查。本次工程中分別采取了2種試驗，即圍井注水試驗和鉆孔取芯試驗。圍井注水試驗用于檢驗防滲墻的滲透性能，該試驗在養護結束后開始。利用防滲墻的灌漿孔和鑿出的新灌漿孔圍成封閉的圍井。同時在圍井的中心處鉆一個質檢孔，向該孔內注水，并根據一段時間內封閉圍井的滲透效果來判斷防滲墻的質量，具體布置形式如圖3所示。

圍井注水試驗參考《水工建筑物防滲工程高壓噴射灌漿技術規范》執行。在本次病險壩防滲加固設計方案中，要求防滲墻的滲透系數K≤1.0×10-5cm/s，試驗結果見表1。

結合表1數據可知，本次圍井注水試驗中所選4個孔位，其滲透系數均小于設計要求，說明防滲加固達到了理想效果。

表1 圍井注水試驗結果

鉆孔取芯試驗用于檢測防滲墻結石體的強度。正常情況下，漿液從鉆孔滲透到壩體或巖層的裂隙后，通過堵塞裂隙從而達到防滲、加固的效果，因此結石體的強度會有明顯上升。本次試驗分別在施工段隨機選出2處進行鉆孔取芯，1#孔的塊體密度為1.80 g/cm3，抗壓強度為2.50 MPa，變形模量為9.12×103MPa，抗剪強度為0.64 MPa；2#孔的塊體密度為1.72 g/cm3，抗壓強度為1.88 MPa，變形模量為8.47×103MPa，抗剪強度為1.83 MPa。2次檢測結果均符合設計要求，說明本次病險壩防滲加固取得理想效果。

4 工程效果

在高壓噴射灌漿結束并進行防滲墻質量檢查后，對6+000—6+200壩段102.5 m左右測壓管進行了觀測，并記錄觀測數據。數據整理見表2。

表2 庫水位102.5 m左右測壓管水位

結合表2可知，在庫水位相同的情況下，采取防滲加固措施后測壓管內水位有所下降。其中，2#測壓管的水位降幅最小，為0.25 m，3#測壓管的水位降幅最大，達到了0.55 m，說明高壓噴射防滲墻起到了較好的防滲效果。

5 結束語

高壓噴射灌漿是現階段病險壩除險加固中較為常用且效果良好的技術措施。從技術應用實踐來看，成孔效果、漿液質量和高壓噴射技術等，是決定防滲加固效果的主要因素，同時也是現場施工中予以控制的關鍵點。在本次施工中，通過科學設計鉆孔參數，嚴格按照配比制作漿液材料，以及加強高壓噴射中技術要點的把控，保證了防滲加固施工的順利完成。從最終的質量檢驗來看，防滲墻在抗滲性能、結構強度等方面均達到了設計要求，取得了理想的防滲加固效果。