古田岭里水库土坝涵洞周边高喷加固处理方法

卢祖贵

（福建省古田县水利局，古田 352200）

1 工程概况

岭里水库位于福建省古田县杉洋镇岭里村，水库坝址主河道长2.99km，河道坡降69.5‰，坝址控制流域面积2.05km2，水库总库容119.3万m3，是一座具有防洪、灌溉、供水和发电等综合效益的小 （1）型水库。岭里水库大坝为均质土坝，最大坝高26.0m，大坝正常蓄水位614.8m，坝顶高程 619.0m，坝底高程 593.0～598.0m，坝底厚96.30m，坝顶长119.20m，坝顶厚度5.0m，大坝基础上游部分为土基，下游部分为岩基。

输水涵洞位于大坝中部偏左岸，进水口底高程602.0m，为城门型钢筋混凝土结构，全长79m，断面尺寸为0.65m×1.2m。出水口底高程599.2m，涵洞水力坡降为3.5%，最大输水量为1.2m3/s。主要为下游灌溉、人饮和发电等供水。

该水库建于1980年，1986和1996年分别对大坝进行劈裂灌浆加固，但效果并不明显，2002年被鉴定为三类坝。为了早日消除大坝安全隐患，确保大坝安全运行，经充分论证和专家会商，认为该水库土坝土质及施工工艺差，劈裂灌浆加固很难控制坝身的劈裂程度，可能形成无法灌到位的新裂缝。由于高喷对不同土和环境的适应性强，机具振动小，不会对临近建筑物或坡下埋设物造成不良影响。所以决定采用高压喷射灌浆，对大坝进行防渗加固处理。

2 坝体及涵洞周边存在的主要问题

2.1 坝体问题

岭里水库大坝经过近30年的运行已进入老化状态，不仅存在管理严重落后、蚁患危害大等问题，同时还存在严重的渗流安全问题：

（1）土坝施工质量差，局部出现接触漏水情况，坝体存在渗漏及接触渗漏，长期发展会形成流土、管涌等破坏形式。

（2）左岸坝肩凝灰熔岩风化层较厚，上部基岩较破碎，右岸接头和背水坡渗漏，危及大坝整体稳定。坝基未进行防渗帷幕灌浆，存在较严重的防渗问题。

2.2 输水涵洞周边问题

岭里水库下游紧挨着岭里、坝头等村庄，保护人口6000人，灌溉耕地面积3750亩，电站装机270kW。灌溉、供水和发电的引水主要通过输水涵洞引水。输水涵洞为城门型钢筋混凝土结构，涵洞水力坡降为3.5%，最大输水量为1.2m3/s。根据地质勘探报告及现场检查情况分析，输水涵洞经过三十年的运行，其周边主要存在以下问题：

（1）涵洞上部发现有规则干燥小裂隙，多处敲击有空鼓现象。洞顶土质存在不均匀沉降，涵洞与坝体接触处有明显空隙，渗流严重。

（2）由于土坝砌筑材料较差，输水涵洞与坝体无法形成整体，导致输水涵洞周边及下部渗漏量较大。

3 涵洞周边及底部的施工方法与技术

高压喷射灌浆是20世纪70年代中期，日本研究应用的技术，80年代在我国水利工程上应用，现在技术已经较为成熟。高喷是一种采用高压浆液或高压水形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎土体，并以水泥基质浆液充填，掺混其中，形成桩柱或板墙状的凝结体，用以提高土的防渗或承载能力的施工技术。高喷对不同土和环境的适应性强，机具振动小，不会对临近建筑物或坡下埋设物造成不良影响，施工速度较快，生产成本相对较低，在技术保障下可取得良好的防渗效果。

根据岭里水库大坝除险加固施工设计要求，拟对坝体及坝基存在渗漏部位实行单管高压旋喷灌浆加固处理，主要采用的工艺技术参数见表1。

喷射介质为水泥基质浆液，使喷射管做一定角度的旋转和提升运动，利用高压水形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成柱形断面板墙状的凝结体，以提高坝体防渗能力，增强坝体整体性和防渗性。

表1 岭里水库高压旋喷灌浆参数表

由于输水涵洞处于大坝602.0～599.2m高程处，距坝底约有5～8m的高差。输水涵洞砌筑质量差，周边及底部无法承受高压，涵洞下部也无法从坝顶布置连续封闭的垂直钻孔，所以无法采用原设计，从坝顶至坝底布置连续封闭的垂直钻孔进行高压旋喷的常规加固处理方案。经过工程技术人员认真研究和探讨,拟采用不同的布孔及钻孔，在输水涵洞可承受的压力范围内，选用更改喷嘴方向、摆喷及定喷等灌浆方法，结合相应的灌浆技术措施加以处理，确保涵洞周边高喷加固达到设计及规范要求。

3.1 主要施工方法及技术措施

3.1.1 布孔及钻孔

布孔的合理与否是输水涵洞周边灌浆加固处理取得预期效果的前提。根据施工设计及相关规范的要求，为了达到坝体防渗的目的，高压旋喷灌浆的钻孔应能承受设计压力，灌浆后能形成连续防渗墙。本工程涵洞宽度 （0.65m），施工中在距涵洞中心0.8m处左右两侧各布设一孔，钻至基岩相对不透水层0.5～1.0m处。在涵洞左右侧两孔中共布设三孔 （间距为原施工设计的0.4m），并钻至距涵洞顶0.5m处，钻孔布置如图1所示。

3.1.2 主要灌浆方法

由于输水涵洞处于大坝较高部位，输水涵洞砌筑质量差，周边及底部无法承受高压，涵洞下部也无法从坝顶布置连续封闭的垂直钻孔，所以在不同的部位采用不同的布孔及钻孔，同时可更改喷嘴方向、摆喷及定喷等以下几种方法。

（1） 涵洞底至坝底：主要通过涵洞左右两侧钻孔，采用定喷折接连接，如图2所示，左右两孔向涵洞中心线相对方向折向上游15°方向定喷连接。

（2）涵洞洞身部位：可采用旋喷或注浆相结合的方法，为了确保在洞身侧墙能承受的压力范围内，浆液能充分注满涵洞两侧空隙，根据比能值公式E＝（PQ）/（100V），可通过适当控制喷射灌浆压力、提升速度和注浆量来控制比能值E，在不劈裂洞身侧墙的情况下，达到水泥浆液注满空隙的防渗设计要求。

（3）涵洞顶以上0.5m部位：采用两侧孔向涵洞中心线定喷和中间三孔更改喷嘴方向相结合的方法，左右两孔向涵洞中心线相对方向折向上游15°方向定喷连接。同时中间三孔也可在距洞顶0.5m处，更改喷嘴垂直于涵洞顶方向摆喷。通过定喷和摆喷的结合，能充分让浆液注满洞顶的所有空隙，以达到防渗的目的。

（4）涵洞顶以上0.5m至坝顶部位：坝顶至距涵洞顶0.5m处按原施工设计方案，采用高压旋喷灌浆加固处理。

3.1.3 主要技术措施

施工中不仅要选择正确的布孔、钻孔和正确灌浆的方法，同时还要对水泥、浆液和各道工序的质量进行严格控制和检查，主要应注意掌握以下施工技术措施和方法：

（1）钻孔必须严格控制钻孔垂直度、高程和平面位置，确保钻孔能布设在设计要求的位置是灌浆加固处理取得预期效果的关健，也是首要前提。

在钻机就位后，用水平尺校正机身，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，并在钻孔过程中，每钻3m必须用水平尺测量一次，以确保钻孔倾斜偏差控制在1%以内。

造孔结束后进行护壁，将钻杆提出，下设底端用透水无纺布包扎护壁管，进行成孔护壁，护壁套管接头用塑料密封带连接。护壁套管下至孔底后，采用YGB液压拔管机将套管分节拔出。

（2）配制浆液时，要确定相应水灰比的加水高度及加灰量 （1.2∶1水灰比每次加入水240kg，水泥200kg），并在搅拌机上做好标记。配置过程中严格按照已标明的加水高度及加灰量进行控制，充分拌和后，用比重计对配制好的浆液密度进行测量控制浆液密度，符合要求后方可进行送浆。

（3）下放喷射管之前，必须在地面上进行试喷，以检查管道的畅通性及各项指标是否达到设计要求。同时进行地面试喷并调准喷射方向及角度，试喷正常后应用胶带把喷嘴封上，以避免在入孔过程中发生喷嘴堵塞的可能。当喷管下入设计深度后，应先进行原地静喷喷浆，待水泥浆液返出孔口，情况正常后方可开始高压喷射灌浆提升，并根据工程需要调节喷射压力和灌浆量，改变喷嘴移动方向和速度，控制喷射固结体的形状，即圆盘状、圆柱状、大底状、糖糊芦状、大帽状和墙壁状。

（4）灌浆过程应经常检测水泥浆液的进浆和回浆比重，当与设计水灰比的浆液比重误差超过0.1时，应停止作业，重新调整浆液水灰比。若因供风、水、电中断或拆卸注浆管不能连续喷灌时，重新进行高喷灌浆的搭接长度不应小于0.5m，若中断超过30min时，恢复作业时搭接长度应大于1m。

4 工程质量检查及评价

输水涵洞周边灌浆加固处理完成28天后，采取在左右侧孔与涵洞边墙中心线上钻孔检查法。检查孔自上而下分段钻孔、取芯，进行现场静水头压水试验，同时作抗压强度及渗透系数实验。芯样实验抗压强度范围为3.15～7.62MPa，均大于3.0MPa，符合2004年10月 20日发布的《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》要求。高喷检查孔注水试验成果见表2。

表2 高喷检查孔注水试验成果表

由表2检查孔注水试验成果可看出，涵洞两侧从595.0至604.5m高程 （灌浆位置涵洞高程为600.6～601.8m），2个试验孔现场注水渗透系数范围为 1.21×10-6～7.26×10-6cm/s,均小于 《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》要求i×10-6cm/s(i=1～9)，多呈微透水和极微透水，满足设计规范要求，总体防渗效果较好。

5 结语

近几年，随着我国土坝病险库安全状况日益受到关注，高喷灌浆加固技术在土坝病险库中得到越来越多的应用，但处于特殊位置的涵洞周边喷灌加固效果却始终不够理想。岭里水库涵洞周边喷灌时，通过精确布孔和钻孔，结合采用各种喷射的灵活组合和喷嘴方向的调节，同时注重技术参数的设置和严格的技术措施及工序管理，使得涵洞周边喷灌质量达到了土坝除险加固的规范要求。从喷灌后工程质量检查的结果看，岭里水库涵洞周边喷灌效果是成功的，该处理方法对类似工程具有一定的参考与借鉴价值。

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