高噴灌漿截滲工程生產性試驗探析

胡學玉，王志濱，牛加勝

（1.山東省水利工程建設監理有限公司，山東 濟南 250013；2.濟南市清源水務集團有限公司，山東 濟南 250014）

山東是建設平原水庫最早、最多的省份，從20 世紀70 年代開始，山東省平原水庫的建設基本沒有間斷。這些平原水庫絕大多數分布在黃河沖積平原，壩基土多為新近沉積的欠固結軟土地基，地基土結構松散、強度低、易液化、抗滲和抗沖刷能力差，透水性較強。初期由于對這些工程地質條件認識不足，工程措施不當造成運行中出現了一些病險隱患，甚至危及大壩運行安全，如壩體填筑過程中的不均勻沉降、建筑物墻體沉降開裂、壩基滲漏、滲透變形破壞、壩后浸沒鹽漬化等。對這些問題，通過40 多年來的探索研究，加上新工藝、新材料的應用，基本形成了一套對病險水庫有效的除險加固處理方案。本文以濟南市玉清湖水庫除險加固工程高壓噴射（以下簡稱高噴）灌漿截滲生產性工藝試驗為例，對其生產性工藝試驗及關鍵技術進行分析，為類似高噴灌漿截滲工程提供借鑒。

1 工程概況

玉清湖水庫坐落于黃河沖積平原與山前沖洪積平原交互處，庫下有30 多條古河道，地質條件復雜。水庫圍壩長9 639.5 m，最大壩高12.4 m，蓄水深10 m，總庫容4 850 萬m3，調節庫容3 630 萬m3，年供水量14 600 億m3。水庫自2001 年投入運行后，供水效益和社會效益顯著，但由于壩基滲漏，存在滲流安全隱患，水庫未能發揮其最大效益。在當今水資源短缺的形勢下，對水庫進行除險加固，消除安全隱患，最大程度地發揮其供水效益非常必要。

2 生產性試驗方案

生產性試驗施工前，施工單位應組織技術管理、質量管理、設備管理、安全管理等人員編制試驗方案，必要時可組織專家評審，經技術負責人審核后報監理機構審批。

按照玉清湖水庫除險加固工程設計要求，本次加固壩基防滲采用高噴灌漿防滲墻，防滲墻采用高噴灌漿“一旋一擺搭接”和“旋噴搭接”兩種形式，第（11）層黏土層作為相對不透水層，“一旋一擺搭接”孔間距為1.0 m，“旋噴搭接”孔間距為0.85 m。高噴灌漿防滲墻軸線距壩軸線1.5 m，防滲墻深入相對不透水層不小于1 m，墻頂深入壩體不小于1.0 m，平均深度41.63 m。

按設計要求，高噴灌漿防滲墻施工前應進行現場單孔、圍井兩個試驗，設置3 個單孔旋噴樁、3 個單孔擺噴樁進行單孔試驗，在取得符合設計要求的旋噴有效直徑和擺噴半幅有效噴射長度后，采用相應施工參數進行圍井試驗。圍井試驗設置“一旋一擺搭接”和“旋噴搭接”兩個圍井。

2.1 試驗樁布置形式及布置情況

2.1.1 單樁試驗樁布置形式

共設置3 個單孔旋噴樁如圖1，3 個單孔擺噴樁進行單孔試驗，如圖2 所示。

圖1 旋噴試驗樁示意圖 mm

圖2 擺噴試驗樁示意圖 mm

2.1.2 圍井試驗布置形式

圍井采用“一旋一擺搭接”和“旋噴搭接”兩個圍井。

對年級效應進行事后檢驗，結果表明：一、二年級之間差異無統計學意義［t（256）＝ －0．186，P＝0．852］；二、三年級之間差異有高度統計學意義［t（241）＝4．029，P＜0．001］；三、四年級之間差異無統計學意義［t（253）＝0．161，P＝0．872］；四、五年級之間差異有高度統計學意義［t（266）＝3．139，P＝0．002］；五、六年級之間差異無統計學意義［t（269）＝－0．087，P＝0．931］。以兩個年級為單位，社會期望處于穩定的水平，而三年級和五年級時出現了社會期望水平的顯著降低。

1）設計旋噴搭接孔間距0.85 m，圍井孔位布置如圖3 所示。

圖3 旋噴搭接圍井布置示意圖 mm

2）設計一旋一擺搭接孔間距1.0 m，檢查圍井孔位布置如圖4 所示。

圖4 一旋一擺搭接圍井布置示意圖 mm

2.2 試驗參數的擬定

1）旋噴單樁試驗參數。根據設計擬定的參數：水灰比1∶1、水泥漿漿壓36～38 MPa、氣壓0.8～1.0 MPa、轉速10 r/min、水泥漿流量≥80 L/min、氣流量1.2～1.5 m3/min，通過8 cm/min、10 cm/min、12 cm/min 三組不同的提升速度進行對比試驗，對設計擬定的參數進行驗證，從中選取滿足設計要求的試驗參數作為施工參數。

2）擺噴單樁試驗參數。根據設計擬定參數：擺角60°、水灰比1∶1、水泥漿漿壓36～38 MPa、氣壓0.8～1.0 MPa、擺速8 次/min、水泥漿流量≥80 L/min、氣流量1.2～1.5 m3/min，通過8 cm/min、10 cm/min、12 cm/min 三組不同的提升速度進行對比試驗，對設計擬定的參數進行驗證，從中選取滿足設計要求的實驗參數作為施工參數，設計擬定的單樁試驗參數見表1。

表1 設計擬定的單樁試驗參數表

3）圍井試驗。在取得符合設計要求的單樁旋噴有效直徑和單樁擺噴有效噴射長度后，采用相應施工參數進行圍井試驗，通過圍井試驗檢查旋噴樁和擺噴樁的連接情況。

2.3 施工資源配備

1）人員配置。項目經理、技術負責人、安全員、試驗員、質檢員、施工員、材料員、資料員個1人；機長2 人、機械操作工6 人、技術工人4 人、普通工人3 人。

2）設備配置。施工機械設備見表2。

表2 施工機械設備表

2.4 施工工藝流程（如圖5、圖6 所示）

圖5 擺噴和旋噴單樁試驗施工工藝流程圖

圖6 二重管旋噴注漿示意圖

3 生產性試驗質量控制

3.1 鉆孔前準備工作

1）要每孔準確就位調水平，墊牢機架，使立軸垂直，才能開始鉆孔作業。

2）應對參加人員全面進行技術交底、安全交底；技術人員把該孔號的編號、鉆孔深度、下管深度、提升速度、漿液比重、漿液流量、灌漿壓力等參數以書面形式通知操作人員，懸掛現場，并報請監理工程師現場驗證孔位后方可正式鉆孔、噴射灌漿。

3.2 鉆孔質量控制

1）開始鉆進時，采用低速吊打，每鉆進4～5 m，進行一次鉆機塔架垂直度測量。鉆孔結束后利用測斜儀對每個孔進行孔斜率測量，孔斜率不大于0.5%，滿足設計要求。

2）每孔鉆進結束前由質檢員檢測鉆孔深度，合格后方可終止。

3.3 灌漿質量控制

1）灌漿過程中對附近地面的標高進行監測，及時發現異常情況。

2）高壓水泥漿液壓力要達到試驗方案要求，鉆進過程中經常檢查灌漿壓力、漿液流量、漿液比重、提升速度等，并及時做好現場記錄。若出現壓力驟然下降、上升或冒漿異常現象，應立即停鉆檢查，問題排除后方可開鉆。

3）漿液配比符合試驗方案要求。

4）嚴格控制提升速度、旋轉速度和擺速。

5）檢查擺噴角度，每次更換鉆桿，要提出噴口檢查噴射角度是否偏斜，若偏斜應及時進行校正。

6）高噴噴射灌漿過程中，由于灌漿壓力較大，應專人檢查灌漿段周圍壩頂和邊坡情況，同時在壩頂上下游及下游排水溝邊設置壩體變形觀測點，一經發現壩頂或邊坡有起鼓或局部裂縫現象，應立即停止灌漿，將鉆桿上下活動，反復2～3 次，待起鼓漿氣排通或等起鼓部位恢復，方可按監理指示搭接恢復灌漿。

4 生產性試驗成果

試驗樁灌漿完成14 d 后，按設計要求對完成單樁旋噴1#、2#、3#孔和擺噴4#、5#、6#孔的單樁樁頂開挖檢查，測取旋噴有效直徑和擺噴有效噴射長度；28 d 后進行鉆孔取芯，并通過試驗測取抗壓強度、進行靜水頭壓水試驗測得滲透系數，通過鉆孔取芯檢測和開挖檢測，選擇合適的提升速度。

4.1 旋噴單樁工藝試驗

通過現場記錄、樁頭開挖、鉆孔取芯對比分析，形成以下施工參數：氣壓力1.0 MPa，1.4 m3/min；注漿壓力36 MPa；供漿量不少于80 L/min；提升速度8 cm/min；水泥采用P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，經抽樣送檢，原材料質量全部合格。

4.2 擺噴單樁工藝試驗

通過現場記錄、樁頭開挖、鉆孔取芯，形成以下施工參數：氣壓力1.0 MPa，1.4 m3/min；注漿壓力36 MPa，供漿量不少于80 L/min；提升速度8 cm/min；水泥采用P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，經抽樣送檢，原材料質量全部合格。擺角60°。

5 結 語

分析試驗成果，通過單樁樁頂開挖檢查、鉆孔、取芯、室內試驗、現場注水試驗等幾方面對比得出結論：

1）單樁旋噴灌漿效果優于擺噴，但旋噴有成墻厚度大、鉆孔間距小，水泥用量多，造價高，施工效率低等缺點。

2）單樁深層擺噴灌漿整體效果差，特別是孔深30 m 以下壤土夾姜石或黏土等特殊地質條件，受地下水位產生的壓力損失等影響，灌漿效果較差。可適當降低提升速度，提高質量效果。

3）提升速度對灌漿質量影響較大，提升速度慢則質量好，成樁連續，均勻密實；速度快則質量相對較差。

4）旋轉速度對旋噴成樁有效半徑影響較大，轉速快則半徑小，轉速慢則半徑大；同理，擺速對擺噴成樁半幅有效長度影響較大，擺速快則長度小，擺速慢則長度大。

5）孔斜對樁間搭接影響很大，特別是超深（30 m 以下孔段），要嚴格控制孔斜率。