高压定喷灌浆防渗技术在娘塘水库除险加固中的应用

汪秀林

（娘塘水库除险加固工程建设管理局 共和 813000）

1 工程概况

娘塘水库系青海南山山南沙珠玉河干流上的一座以灌溉为主的注入式水库，距省会西宁210km，库区原为一天然风蚀洼地，水库东南侧山梁将水库和沙珠玉河分割开来，山梁即为大坝，可视为均质坝。水库总库容1080万m3，其中兴利库容880万m3，死库容200万m3，为中型水库，工程等级为3级，主要建筑物等级为3级。水库正常水位2899.24m，死水位2892.8m，设计控制灌溉面积3513hm2。该水库是为青海省共和县沙珠玉乡开发宜农荒地、安置部分龙羊峡水库移民、营造灌区防护林网等修建的水源工程。

由于工程地处地质条件较差，受当时设计、施工等条件的限制，工程在运行10多年后，现出了水库渗漏严重，坝体局部发生渗透破坏；大坝存在可液化地层，库岸地震稳定性不够；辅属设施遭遇毁坏等诸多安全问题；影响到了工程的安全运行和效益的正常发挥，为此，进行了水库除险加固。

2 防渗加固处理方案的选择

娘塘水库渗漏主要为库底及库岸渗漏和沿放水洞外壁的接触渗漏。水库坝体坝基为微胶结粉砂层，缺乏防渗的粘土或壤土料，水平防渗处理方案、帷幕灌浆防渗方案都不可行。考虑到高压喷射灌浆对娘塘水库的粉砂地层比较适用，且浆液易与放水洞衬砌结合，还可依靠高压喷射浆液对放水洞底板以下土层进行防渗处理，防止沿放水洞与围岩接触面的接触渗漏冲刷破坏洞周土体。高压喷射灌浆又以高压定喷灌浆既能满足设计要求，且投资相对较省，施工方便，效果显著，最为优越。经方案比较，确定采用垂直防渗处理方案中的高压定喷灌浆方案。

高压定喷防渗线沿库岸2899.80m等高线布置，防渗线长730m，在此高程上开挖4m宽的施工平台。为加强放水洞周围的防渗能力，高压定喷灌浆设计在放水洞两侧设双排，洞左设置50m，洞右设置80m，排距0.5m，其余均为单排，钻孔间距1.6m，平均孔深22.0m，钻孔伸入相对不透水层不小于2.0m，垂直精度按1/200控制。防渗墙体与基岩连接,形成一个整体的防渗体系。

3 高压定喷灌浆防渗技术的应用

3.1 主要技术参数的选定

本次高压定喷灌浆采用三重管、双喷嘴、定喷法。根据设计要求，在高喷灌浆轴线上64m范围内作生产性试验，验证设计提供的高压定喷灌浆参数在该地层的合理性，高压定喷灌浆施工所用机具和施工方法在该地层的适宜性。经现场生产性试验确定的灌浆防渗的施工技术参数见表1。

3.2 高压定喷灌浆防渗施工的设备

按照高喷灌浆工艺的要求，高压喷射灌浆施工设备为由造孔、供水、供气、供浆和喷灌等五大系统及其他配套设备组装而成的成套设备。本次防渗施工设备具体如下：造孔系统主要设备为XY—2PC型钻机；供水系统主要设备为3D2—S型卧式三柱塞泵、5层钢丝缠绕的高压胶管；供气系统主要设备为YV6/8型空压机，排气压力为0.8MPa；供浆系统主要设备为卧式搅浆机、三柱塞灌浆泵、螺旋上料机；喷灌系统主要设备为机架、卷扬机、旋摆机构、喷射装置；其他配套设备为回浆泵和监测设备。

表1 高喷灌浆施工参数

3.3 施工顺序和施工工艺

a.施工顺序。分两段进行施工，各段内先施工下游排、后施工上游排，同一排内以先一序、后二序的原则进行加密施工，最后施工围井检查孔。

b.施工工艺流程。定孔→钻机就位→钻孔→验孔→喷塔就位→试喷→下喷杆→起拔套管→静灌→孔口回填→管路清洗→喷塔移开。

3.4 施工步骤

a.布孔。在灌浆轴线0+000～0+340和0+440～0+730之间，为单排布孔，孔距1.6m；在灌浆轴线0+341.20～0+440之间，为双排孔，孔距1.6m，排距0.5m。孔深入相对不透水层不小于2.0m，平均孔深22.0m。其布孔方式见图1。

图1 高喷灌浆布孔

b.钻孔。XP—2PC型钻机就位后用水平尺校核钻机立轴的垂直度，要求其偏斜不大于0.5%，然后将钻机固定，用φ146的偏心钻头回转钻进法钻2～4m深，下入φ146套管；接着用φ108的潜孔锤跟管钻进法钻至超设计深度0.3m。

c.试喷。待监理工程师验孔后，喷塔就位，接着按设计和试验确定的喷灌压力，送高压水和气进行试喷1～2min，以便检查喷嘴（水、气嘴）是否正常。

d.下喷杆。试喷后，将水、气嘴保护好，以免泥沙进入。然后按顺序下喷杆至孔底，每根喷杆均应拧紧，并装好定位螺钉。

e.起拔套管。用喷塔卷扬机先将φ108的套管全部拔出，再起拔φ146配管。一次起拔配管应不超过10m，以防发生意外。

f.静管。送入0.6∶1～1∶1的水泥浆至孔口返浆或送入浆液达1m3后，进行下一道工序施工。静灌时喷杆不得提升。

g.喷灌。静灌后，依次送入水、气，待水、气、浆各参数均达到设计要求、喷射方向正确后，提升喷杆。

h.孔口回填。喷灌至设计高程后，依次停气、水，并将喷头提出孔口，同时送0.6∶1～1∶1的水泥浆或利用喷下一孔的回浆回填灌浆孔至孔口浆液基本不下降为止。

i.管路冲洗。喷灌工作结束后，将喷头提离孔口，用水将浆液冲洗干净，并送高压水和气检查水、气路是否畅通，并检查水、气嘴的磨损程度。

j.记录。原始记录包括钻孔记录（验孔记录）、高喷灌浆施工记录。要求各项记录每10min记录一次，且均在现场记录，保证其真实性、准确性，以便分析资料，即时发现问题。

3.5 喷灌时应注意的几个问题

a.高压泵、空气压缩机的压力、排量应满足高压喷射灌浆设计要求；拌浆机必须装筛网，且在整个灌浆过程中能连续均匀地拌和浆液，其拌和能办应大于最大设计灌浆量；灌浆机应优先选用双缸或多缸活塞式，并有足够的排浆量，其压力应大于最大设计压力的1.2倍；喷塔必须牢固、平稳、制成高架，以保证整个钻孔能连续喷灌至结束；喷杆必须平直，接头应有锁紧装置，并有足够的强度，其总长度应大于最大设计孔深0.5m以上，且应有长度、定向标记；水、气嘴的直径和加工厂、装配精度应符合规定。浆嘴必须设在水、气嘴的下方，并隔一定的距离；提升装置应有足够的提升能力，保证喷杆能均匀、平稳提升，并能在0～25cm/min间实现无级或多级调速；高压水、气、浆系统应分别有压力表，提升装置应有提升速度仪表或标记。

b.搅拌水泥浆所用水质符合《混凝土拌和用水标准》（JGJ63—89）的规定。

c.在制作浆液时普通搅拌机不少于90s，高速搅拌机不少于30s，水泥浆自制备到用完的时间不应超过4h，超过4h的水泥浆液作为废料处理，不得再作为施工用料。返出孔外的浆液经沉淀后，加水泥搅拌，可继续使用。浆液温度应保持在5～40℃，低于或超过标准为废浆，不得使用。

d.喷灌方式采用三重管、双喷嘴、定喷法，单孔板墙间折线搭接，其方向角为4°，见图2。

图2 板墙搭接示意图

3.6 特殊情况的处理

a.喷灌中断的处理。尽可能缩短中断时间，及早恢复灌浆；中断时间较短，且中断时未变换浆液，恢复喷灌时，应搭接20cm以上；中断时间较长，但未超过24h，恢复喷灌时，应搭接50cm以上；中断时间超过24h，由施工方会同业主方、监理方、设计方及时研究采取合理的处理办法。

b.漏失孔段的处理。喷射灌浆前，应先进行静压灌浆，待漏浆停止后才进行正常喷射灌浆；喷射灌浆过程中发现漏失孔段，则应降低提升速度或停止提升，进行静灌，或在漏浆地段重复喷射，或改定喷为旋喷灌浆，直至恢复正常为止；若漏失严重，应加浓浆液或经各方同意加入速凝剂或河砂、粉煤灰、碳灰等掺合材料。

c.板墙缺陷的处理。缺陷部位喷灌后时间未超过24h，可将喷杆下至该部位进行重复喷射灌浆，其上、下的搭接长度不小于100cm；缺陷部位喷灌后时间超过24h，应采取加孔的方法处理，加孔位置和数量与监理工程师研究确定。

4 高压定喷防渗墙体的质量控制

4.1 高压定喷防渗墙体的施工装备

优良的施工队伍和先进的施工设备是保证工程建设质量的关键。本工程施工采用的施工设备是通过设计和生产性试验选定的，具有在高原地区和砂质地层中运用的合理性和适宜性。施工队伍是一支具有丰富施工经验和技术力量雄厚的优秀队伍，工程项目经理曾参与了《高压喷射灌浆防渗工程施工规范》的编制，具有在高喷灌浆防渗工程施工方面的技术权威，施工队伍在青海地区已成功实施了三项高喷防渗工程的施工。

4.2 主要材料的技术参数

工程建设的主要材料是水泥，采用了普通硅酸盐水泥，经水泥物理力学检验，3天抗折强度均值为4.6MPa（国家标准为2.5MPa），3天抗压强度均值23.5MPa（国家标准为11.0MPa）；水泥无受潮结块，细度为0.080mm方孔筛余量为5.7%（国家标准为不大于10%）；其他物理性质均符合标准。

4.3 灌浆技术参数

选定合理的高压定喷灌浆技术参数是防渗墙体质量的重要保证，严格遵守施工操作规范和程序是保证防渗墙体质量的关键环节。娘塘水库除险加固工程通过生产性试验确定的设计参数在该地区地质层中具有合理性和适宜性。

5 高压定喷防渗墙体的质量检查及效果评述

在本次高压定喷灌浆防渗的施工中共设了13个检查点进行墙体的防渗检查。其中，围井11点，浅坑开挖2点。

5.1 围井检查

围井施工结束7天后，在围井中心的花管中进行了注水试验，通过渗透系数分析墙体的防渗效果，成果见表2。

从表2可以看出：11个注水孔的渗透系数均小于设计防渗标准i×10-6cm/s，防渗效果达到设计标准。

5.2 浅坑开挖检查

1号开挖检查坑。挖出的墙体完整、致密，厚薄较均匀，搭接良好，强度较高（见图3）。单孔板墙长2.1～3.3m，厚0.14～0.2m，平均厚0.17m。

2号开挖检查坑。挖出的墙体虽不如1号板墙均匀（主要是地层较松散，一序孔喷的太远，使得二序孔直接喷到一序孔的墙体上而形成不规则的固结体），但墙体完整、致密，整体搭接很好，强度较高（见图4）。单孔板墙长2.5～3.7m，厚0.16～0.24m，平均厚0.2m。

从质量检查的结果看,防渗墙体无论从外观墙体本身的稳定性，还是从设计所要求的防渗效果方面，都是很成功的，成为在结构松散地层中实施防渗工程的范例。

6 结语

a.全面高喷灌浆前，进行生产性试验，以取得更适宜的工艺参数是非常必要的。该工程采用的施工技术参数、施工工艺基本合理。

b.在粉砂地层用潜孔锤跟管钻进法钻孔进度慢、成本高，而用XY—2PC型钻机，回转、清水钻进效果均较好。

表2 围井检查孔注水试验成果

图3 1号开挖检查坑墙体情况

图4 2号开挖检查坑墙体情况

c.高压喷射灌浆防渗墙属隐蔽工程，仅依靠数个检查孔和开挖观察来检查整个墙体的防渗性有很大的局限性，建议工程管理单位在水库运行中加强观测。