高压喷射灌浆在土坝坝基防渗工程中的应用

曾 斌

（清远市水利水电勘测设计院有限公司，广东清远 511518）

高压喷射灌浆是利用钻机将带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定深度，用高压喷射流强力冲击破坏土体，喷出水泥浆与土体破坏后分离的土粒搅拌混合，经过凝结固化后，在土中形成直径均匀的圆柱体，也可以根据工程需要使之固结成其他各种形状。一般适用于淤泥质土、粉质黏土、粉土、砂土、砾石、卵（碎）石等松散透水地基或填筑体内的防渗工程。

1 工程概况

某中型水库大坝为均质土坝，最大坝高17.63 m，坝顶宽6.0 m，坝顶长286.0 m，该土坝是20世纪60年代填筑的，当时施工时清基不彻底，现在坝基渗漏较严重。对其进行工程地质勘察后，发现其坝基普遍存在第四系冲积中粗砂、粉土质砂、细砾，该层渗透性较大，为中等透水～强透水性，坝基渗漏量较大。现沿坝轴线布置一排高压摆喷灌浆孔，高压摆喷灌浆主要在坝基冲积层、残积层及下伏全风化花岗岩层中进行，总孔数349个，终孔距1.5 m，采用三管法施工。

2 坝基工程地质条件

2.1 第四系冲积土（Qal）

见于土坝中间河床中间的钻孔，该层主要为粗砂、细砾，局部夹0.8～1.1 m厚的淤泥质黏土。

2.1.1 粉土、黏土及淤泥质黏土

层厚约0.8～3.5 m，灰黄色、可塑，黏性较强。注水试验测得的渗透系数为3.48×10-4～6.18×10-4cm/s，平均值为4.83 ×10-4cm/s。

2.1.2 粗砂、细砾

该层主要分布在河床位置，层厚约2.3～4.7 m，灰黄色，饱和，稍密。该层取扰动砂砾样9组，其中细砾2组，粗砂7组，注水试验测得的渗透系数分别为1.07×10-2cm/s、7.27×10-2cm/s，9组平均分别为4.07×10-2cm/s。

2.2 第四系残积土（Qel）

左、右坝段人工填土层以下及中间坝段冲积层以下一般为残积土层，层厚为3.0～8.0 m，局部未揭穿该层底板。该层为黄色粉土、粉土质砂，可塑至硬塑，黏性一般。注水试验渗透系数为2.94×10-5～4.66×10-3cm/s，16段平均为8.53×10-4，大值平均值为2.41×10-3cm/s，小值平均值7.8 ×10-5cm/s。

2.3 基岩：燕山期第三期黑云母花岗岩（）

全风化花岗岩：见于坝中及右坝段地质钻孔。残积层或冲积土层以下为全风化花岗岩。灰黄色，半岩半土状，除石英外，其余的矿物已风化为黏土，较密实，硬塑。锤击钻进较慢。注水试验渗透系数为1.33×10-5～8.58×10-4cm/s，5段平均为4.08×10-4cm/s。

其下为强风化～弱风化花岗岩。

3 高喷灌浆现场试验

为保证高压喷射灌浆施工顺利进行，确保施工质量，同时为检查高喷灌浆工艺参数设计的合理性、成墙的可靠性，在施工开始前，在地质条件具有代表性的区段（原河床部位），用选定的配合比进行高压喷射灌浆工艺试验。通过试验确定桩距和孔深以及确定浆液性能、喷射流量、压力、摆喷的喷射流量、压力、摆速和提升速度、每米水泥用量（分为黏性土、中粗砂、园砾等地层）等工艺参数。现场试验采用正方形围井布置，施工完成7 d后，对围井进行注水试验，测出围井的渗透系数，与灌浆前的注水试验成果进行对比，根据实际情况调整设计参数。

4 高喷灌浆施工

4.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程图

4.2 钻孔

钻孔孔距1.5 m，孔位偏差＜5 cm，钻孔偏斜率＜0.5%，钻孔孔径大于喷射管外径20 mm以上。选取总孔深5%的高喷孔作为先导孔，采取芯样，核对地层，描绘地质柱状图，间距为30 m左右。孔深进入全风化花岗岩层以下2～3 m，上限在原坝基位置上移1 m。

4.3 高喷灌浆施工

高压摆喷灌浆分两序施工，首先施工一序孔，然后施工二序孔。两序孔高喷间隔时间＞7 d。当地层中水流速度过大时，先进行堵水处理，而后再进行高喷灌浆。施工在水库低水位时进行。

4.4 施工参数

本工程采用三管法高压摆喷灌浆，防渗墙采用摆喷对接形式，对接摆角 60°，设计孔距1.5 m，成墙的有效厚度≥20 cm，最小墙厚≥12 cm，墙体渗透系数k≤i×10-6cm/s（1≤i≤9），坝基砂砾石段墙体渗透系数k≤i×10-5cm/s（1≤i≤9）。

高喷灌浆浆液为纯水泥浆，采用普通硅酸盐水泥拌制。水泥浆液的水灰比采用1∶1（重量比）。高压摆喷三管法施工，采用摆喷对接方式，喷管选用双喷嘴，喷嘴直径1.8～3.0 mm。高压水压力32～38 MPa，水流量70～80 L/min;空气压力0.6～0.7 MPa，空气流量1.0～1.2 m3/min;水泥浆压力0.6～1.0 MPa，水泥浆流量60～80 L/min，水泥浆密度1.5～1.7 g/cm3，喷嘴数量 2个，直径 6～12 mm，回浆密度＞1.2 g/cm3。提升速度10～15 cm/min，河床砂砾石层段的提升速度10 cm/min;摆喷角度60°（沿轴线左右各摆动30°）。

4.5 施工技术要求

4.5.1 布孔与造孔

利用水准仪、钢尺丈量，放线定位，调整钻杆垂直度，校正钻头与孔位的偏差。泥浆护壁成孔，为保证成孔质量和孔壁稳定，适当调整泥浆浆液，控制浓度和黏度，防止缩径和坍孔。对遇到地下有砂性土或壤土层，出现坍孔时，加大泥浆回填，填满后继续造孔。

4.5.2 制浆

水泥采用普通硅酸盐水泥，制浆采用两级搅拌，一级搅拌12 min后经过滤放入二级搅拌机，边搅拌边灌浆。制浆时严格控制水灰比1∶1，浆液比重为1.6～1.7 g/cm3，经常用比重计法检测浆液浓度，保证浆液浓度、无颗粒、均匀稳定、流动性好。

4.5.3 高喷灌浆

高喷灌浆前，先在地面进行试喷试验，检查机械及管路运行情况，并调整好喷射方向和摆动角度，检查水气嘴是否畅通，压力能否满足设计要求，否则须重新调试设备或更换水嘴、气嘴，直到压力满足设计要求。然后，可将喷杆缓慢下到孔底，下入或拆卸喷射管时，采取措施防止喷嘴堵塞。当喷头下至设计深度，先按规定参数进行原位喷射，待浆液返出孔口、情况正常后方可开始提升喷射。喷射时采用间歇提升法，每提升30 cm，停5 min。在供浆正常情况下，孔口回浆浓度变小且不能满足设计要求时，加大进浆浓度或进浆量。高喷灌浆全孔自下而上连续作业。需要中途拆卸喷射管时，搭接段进行复喷，复喷长度不得＜0.2 m。高喷灌浆过程中，出现压力突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常等情况时，必须查明原因，及时处理。对于孔内严重漏浆，采用降低喷射管提升速度或停止提升、进行原地灌浆，加大浆液浓度。在进浆正常的情况下，若孔口回浆密度变小、回浆量增大，降低气压并加大进浆浆液密度或进浆量。灌浆过程中发生串浆时，采取填堵被串孔，待灌浆孔高喷灌浆结束后，立即进行被串孔的扫孔，进行高喷灌浆，或继续钻进。灌浆过程中采取必要的措施保证孔内浆液上返畅通，避免造成地层劈裂或地面抬动。高喷灌浆因故中断后恢复施工时，继续复喷，其长度≥0.5 m。灌浆施工中如实记录高喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常现象及处理情况等。

4.5.4 回填封孔及清洗管路

高喷灌浆至设计顶部高程后，喷头提出孔口，继续向孔内注入水泥浆，保证孔内浆面高度，保持孔内浆柱压力，随沉随补，直到孔口浆液不再下沉为止。当局部渗漏较大的地段，可采取复喷措施。每孔喷灌完毕后或因停电等原因停工时，都要及时清洗管路，特别是对浆液系统的清洗，保证无残留的水泥浆堵塞管路。

4.6 施工中注意的问题

1）对局部土层有孔隙不冒浆的处理方法为：①停止提升，浆液正常送入，摆喷正常进行;②若3～5 s仍不返浆，关闭气，高压水，提升三重管，浆液继续送入孔内，并往孔内灌砂;③当灌砂无效时，采取提升2～10 cm即停止，在该处喷射2～3 s，继续提升2～10 cm，以此周而复始直至孔口冒浆;④可在浆液中掺入适当的速凝剂，加快与土层颗粒固结，在空隙大的地层，也可注入大量浆液，填满后再提升摆喷。

2）坝坡轻微漏浆处理，其原因是存在裂缝或鼠洞等，与灌浆孔直接连通，筑坝时施工接头处碾压不实或有裂隙连通、未压实、有散水平土层，在灌浆压力作用下，浆液集中穿透土体冒浆，在坝内侧坡漏浆，可做阻浆盖解决，也可在漏浆出口处压砂做反滤层，使其清水渗出，从而封堵漏浆。并采用浓浆灌-停-灌的间歇性灌浆处理。或在灌浆液中掺入水玻璃，掺入量为0.5% ～3%，加速浆液凝固，从而封堵渗漏通道。

3）凡经特殊处理的渗漏段，待孔口返浆后均将喷射管下至原不返浆的最下位置，再进行正常喷射（复灌），确保防渗墙墙体质量。

4）高压设备及管路系统，其压力和流量必须满足设计要求。

5）高压摆喷时先喷浆后摆喷和提升。在摆喷过程中保持连续性，当发现浆液喷射不足可重复喷射。

5 工程质量检查

施工完成后，分别进行了钻孔抽芯检查及围井注水试验。

5.1 钻孔抽芯检查

在两桩孔中间成墙搭接厚度最大的地方进行了钻孔抽芯取样检查，从取芯情况来看，坝基粉土、黏土、粉土质砂、中粗砂、细砾段抽芯芯样较完整，水泥胶结较好，芯样抗压强度一般在12 MPa以上。

5.2 围井注水试验

根据规范要求，在高喷防渗墙一侧随机布置围井，在围井中间钻孔进行注水试验，测得注水试验渗透系数在5.7×10-7～2.6×10-6cm/s，达到设计要求。

从水库水位达到正常蓄水位后的渗漏检查情况来看，坝后的渗漏情况较施工前有很明显改善，整体防渗效果达到预期目的。

6 结束语

高喷灌浆具有施工速度快、固结体强度大，且耐久性较好等优点。为确保高喷防渗墙施工质量，必须根据不同土层，合理确定高喷施工参数，针对性的采用不同的施工工艺，才能保证高喷施工质量，使墙体均匀，连续性好，连接可靠。对于特殊地层，特别是砂卵石、孤石，提升速度、进浆量及比重等主要技术参数应根据现场试验情况而确定。

[1]白永年，等.中国堤坝防渗加固新技术[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5200-2004水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[S].北京：中国电力出版社，2005.

[3]刘川顺.水利工程地基处理[M].武汉：武汉大学出版社，2004.