双管法高压摆喷防渗墙在何坟水库除险加固工程中的应用

□刘艳丽 □李 涛

（安阳县跃进渠灌区管理局）

双管法高压摆喷灌浆防渗墙是采用二重管或两列管作为喷射管，喷射介质为水泥基质浆液和压缩空气，或水泥基质浆液和水，利用高压水或高压浆液形成高速喷射流速，冲击、切割、破碎地层土体，喷射管做一定角度的摆动和提升运动，并使水泥基质浆液充填、掺混其中，形成扇形断面桩且彼此组合搭接起来，构成板墙状凝结体，以提高地基等防渗作用的地下墙体。

一、项目背景

（一）工程概述

何坟水库位于河南省安阳市安阳县伦掌镇何坟村东北240m的粉红江（安阳河一级支流）支流上，是跃进渠灌区引蓄配套重点水库枢纽工程。该水库处于丘陵区，坝址以上流域面积约1.85km2，主要靠跃进渠引水蓄库，坝顶高程222.0m，总库容125.0万 m3，兴利库容91.5万m3，死库容11.2万 m3，灌溉面积约276.7hm2，是一座以农业灌溉、防洪抗旱为主，兼顾水力发电、水产养殖等综合利用的小（1）型水库。2008年3月，河南省水利厅核定水库大坝为三类坝，存在严重安全隐患。其中水库两坝肩存在砂、卵石强透水层，渗漏严重，建设至今未做任何防渗处理，直接危胁水库大坝安全，亟需对其进行防渗加固处理。

（二）工程地质与水文地质

水库流域位于太行山东麓，地表大部分为第四系中更新统（Q2pl）洪积粘土夹砂（砾）层，属丘陵区。植被较差，水土流失较严重，极易发生洪水，造成灾害。坝址区出露地层为第四系全新统（Q4a1+p1）冲洪积物，主要分布在主河槽及下游阶地部位，以暗黄色重粉质壤土、砂卵石层为主；下层为第四系更新统（Q2pl）洪积物层，主要显见分布在河槽两侧和库区两岸，以红黄色粘土和卵石层为主。其中，强透水层为砂、卵石地层。

水库坝体土为人工填筑，局部碾压质量较差，以暗黄色—暗红色重粉质壤土为主，硬塑状态。局部含10%～15%的卵石，粒径5～60mm不等。层底分布高程203.01～213.79m，平均厚度13.2m。两坝肩坝基土及岸坡地层自上向下依次为：重粉质壤土层、细-中砂（砾）层（较薄，只位于左坝肩下部）、卵石层、粘土层。层厚0.57～3.52m。

该流域属暖温带大陆性季风气候，夏季雨水集中，冬春季雨水稀少，常年受旱涝双重影响。地下水埋藏50～110m较深，库区周边及河道主要靠水库蓄水补给，其水位变化主要受库水位高程所控制（实测资料：当库水位高程为213.10m时，地下水位左坝端0+010m处为211.39m，输水洞进口东侧12m处为211.63m）。地下水流速约为0.82～1.16cm/h，测定为Ⅱ类水质。

二、设计技术要求

防渗墙灌浆孔位于两坝肩坝顶桩号0+000—0+150m和0+370—0+450m处，总长度230m。沿坝轴线单排成孔，孔距1m，高喷板墙底部伸入坝基低液限粘土层1m，底部高程随河床底粘土层高低变化，顶部向上与原坝体衔接1m。成墙高程范围在206.31～224.30m，平均高度9.45m，厚度0.45m以上。喷成墙体连续密实，对接紧密良好，结构稳定。达到抗压强度为3.0～5.0MPa，弹性横量1×102～1×103MPa，渗透系数为1×10-5～1×10-7cm/s。

高压喷射灌浆时，空气压力保持在0.6～0.8MPa，输气量在0.8～1.2m3/min，高压浆液（泵）压力30MPa左右，输浆量≮60L/min，提升速度8～12cm/min，摆动速度4～6次 /min，摆角约60°。

三、施工与质量控制

（一）施工工艺流程

校核坝轴线—测定灌浆孔位—钻机就位整平—钻孔—高喷台车就位整平—地面试喷—下入喷射管—喷射灌浆摆动、提升至设定孔位高程—封孔—回灌补浆—牵移台车。

（二）关键工序质量控制

1.浆液制备

摆喷灌浆浆液采用纯水泥浆，不加入任何掺和料，水灰比采用1.2∶1～0.6∶1，密度约为1.6～1.8g/cm3。采用强度等级32.5级普通硅酸盐水泥，质量符合GB175规定。施工用水符合DL/T5144中混凝土拌和用水要求。各种制浆材料称量误差≤5%，高速搅拌机转速控制在1600r/min，每次搅拌时间35～40s。水泥浆液过筛后使用，每25min间隔检测一次其密度。浆液自制备至用完的时间控制在3～3.5h，温度保持在10～25℃。

2.钻孔

施工开始前，将 10#、50#、121#、168#、221#孔作为先导孔，采取芯样，核对地层，结果与勘探设计资料吻合。对孔位进行编号，奇数为Ⅰ序孔，偶数为Ⅱ序孔，每15孔为一个单元工程，钻孔施工先Ⅰ序孔，后Ⅱ序孔，灌浆为逐孔依次进行。

施工地层中含有卵石层、砂（砾）层，采用冲击回转钻进法。护壁泥浆粘土粘粒含量＞55%，塑性指数＞25，含砂量＜5%。泥浆中SiO2与Al2O3含量比值达到3～4。

实测孔位与设计孔位偏差不得＞50mm。施工时，采取预防孔斜的有效措施，钻机安放平稳牢固，钻杆垂直度偏差不应＞5‰，钻孔偏斜率≯1%，钻孔孔径为12cm，有效深度均超过设计防渗墙底深度0.3m。

钻进时，详细记录孔位、孔深、地层变化、漏浆等各种情况，整理填表备查。钻进暂停或终孔待喷时，采取措施对孔口加以保护，防止塌孔。钻孔施工完成，各项技术指标复检。

3.摆喷灌浆

双管法摆喷灌浆施工控制参数表

下喷射管前，进行地面试喷，检查机械及管路运行情况，并调整喷射方向和摆动角度。进行孔形复检，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、摆动喷射。灌浆孔自下而上连续作业，需中途拆卸喷射管时，搭接段应进行复喷，复喷长度≮0.2m。定时检查喷浆压力、孔口回浆密度，如有异常，必须立即查明原因，及时处理。

高喷灌浆因故中断后恢复施工时，对中断孔进行复喷，搭接长度≮0.5m，灌浆结束，用回浆液封孔并及时回灌补浆，直至孔口浆面不下降为止。

由于施工在重粉质壤土层、中砂（砾）层、卵石层、粘土层中，层多厚度小，孔口回浆中细颗粒处理分离困难，浆液密度变动比较大，难以掌握水泥干料掺加量，故孔口回浆不利于回用。

准确记录高喷灌浆的各项技术参数、浆液材料用量、异常现象及处理情况，形成完整记录资料和成果表备查。

（三）主要注意事项

1.下入或拆卸喷射管时，采取措施防止喷嘴堵塞。

2.在进浆正常的情况下，若孔口回浆密度变小，回浆量增大，应降低气压并加大进浆浆液密度或进浆量。

3.灌浆过程中，采取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。

四、质量检查与验收

施工过程中，对材料、浆液和各道工序的质量进行控制与检查，并做详细记录。根据喷成墙体的形式和厚度、深度，且坝顶已全部浇筑成混凝土路面，故采用钻孔检查法较围井法更科学合理。

将发生漏浆、串浆、中断喷浆和可能存在施工质量缺陷的喷墙段作为重点检查部位。钻孔检查在该部位灌浆结束28d后进行。检查孔孔位布置在墙体中心线上的相邻两孔高喷凝结体的搭接处，自上而下分段钻孔取芯和进行静水头压水试验。该防渗墙进行钻孔取芯检测和静水头压水试验共计9组。

进行静水头压水试验时，透水率q值的计算可DL/TS5148的规定进行，地层透水率q为1Lu时，约相当于渗透系数K为1.3×10-5cm/s。

高喷灌浆属于地下隐蔽工程，应进行单孔质量检验、单元工程质量评定和分部工程验收。工程质量结合分析施工资料和检查测试成果，进行综合评定验收。

五、特殊情况处理

一是高喷灌浆过程中，46#、47#、81#孔内不同程度发生严重漏浆，孔口不返浆。均采取喷射管立即停止提升，加大浆液密度，持续灌浆，直至孔口返浆正常；二是175#、176#孔喷灌至孔位中段时均出现25s左右的孔口少量返浆，随即降低了喷射管提升速度，补充灌浆；三是施工至215#孔中段时，216#孔发生串浆，中断施工，采取填堵216#孔措施，进行215#孔搭接0.5m复喷至灌浆结束，重新对216#孔钻进，继而灌浆。

六、结束语

通过双管法高压摆喷防渗墙在何坟水库除险加固工程两坝肩防渗中的应用，试验检测防渗墙抗压强度、弹性模量、渗透系数均达到了设计技术要求，可有效解决两坝肩严重渗漏问题。而且显现了施工速度快、技术规范成熟、设备操作简单、工程造价较低，防渗效果好、可靠性高的特点。该防渗措施很值得推广应用，并为工程技术人员所了解和熟悉。但是施工中产生的废水废浆需做专门环保处理，否则会造成环境污染。高喷墙的质量检查仍存在一定的难度，检查方法均存在明显缺陷，检查结果可能受到一定影响，亟需加强这方面的研究和技术开发工作。