高喷灌浆技术在某病险土坝防渗加固处理中的应用

马 军

(郑州市水利建筑勘测设计院 450007)

贾永芳

(华北水利水电学院 郑州 450011)

1 概况

某水库位于河南省荥阳市市区西南2km处，东距郑州市约25km，是淮河流域贾鲁河支流索河中上游梯级开发的三座中型水库之一，控制区间流域面积44.5km2，总库容0.1885亿m3，是一座以防洪为主，兼顾农业灌溉、城市供水、水产养殖、旅游开发等综合利用的中型水库，也是全国防洪重点中型水库。水库枢纽主要由挡水土坝、岸边溢洪道、坝下涵洞等建筑物组成。运行多年来，经勘查坝基存在渗漏通道险情。针对坝基透水砂层和渗漏位置，采取高喷灌浆措施阻断渗漏通道以解决大坝渗漏问题。高喷防渗墙设计为旋喷套接结构形式，灌浆孔采用单排两序，即先按1.6m孔距做Ⅰ序孔，采用旋喷灌浆方式，形成“柱”墙，再做中间的Ⅱ序孔，将孔距加密到0.8m，与Ⅰ序孔形成的“柱”墙连接为一体，形成一个完整的防渗帷幕结构［1］。

灌浆轴线与高程43.10m马道轴线重合，灌浆范围为桩号0+050～0+278，基础灌浆总长228m，布设286个高喷灌浆钻孔，钻孔总长4001.1m，高喷灌浆总长2077.5m。设计钻孔伸入第五层底液限黏土层2m，向上伸入坝体1.5m。墙体质量检查标准:抗压强度R28=3.0～5.0MPa;墙体设计渗透系数小于1×10－6cm/s。

2 高喷灌浆施工工艺

2.1 投入的施工设备

根据高喷工程量、进度等具体特点，经过分析和筛选，投入的施工设备如下:

a.钻机。XY—2、GQ—80型液压回转式钻机，该钻机适用于在黏土层、砂层及砂卵石层中钻进。

b.高喷灌浆设备。ZL—400型高速制浆机、TV—6/8型空压机、3D2—S型系列高压水泵、BW150型灌浆泵。

c.高喷台车。采用GYP—5型高喷台车，提升高度可达15m，提升重量2～3t，提升速度6～25cm/mim。

2.2 高喷灌浆施工参数的确定

该工程采用高压旋喷套接的防渗方案，灌浆分为两序，高喷灌浆施工参数的确定在一定程度上决定了灌浆的成败。根据设计单位提供的灌浆施工各项参数的区间值，经对灌浆施工采用的各项参数:浆液比重、风压、水压、浆液压力进行测定，并进行地面灌浆试验［2］，最终协同设计单位、监理单位共同确定了各项灌浆施工参数，见表1。

表1 高喷灌浆施工工艺参数表

2.3 主要施工程序

高喷孔分两序施工，单孔的主要施工工艺流程为:机具就位→钻孔→下入喷射管→喷射浆液及提升→冲洗管路→孔口回灌等［3］。

2.3.1 钻孔

采用液压回转式钻机配直径110～150mm的合金钻头钻孔，当钻机就位后，钻杆对准设计孔位，用水平尺校准机身水平，垫稳、垫平机座和机架。开孔时将孔位偏差控制在50mm以内。为保证钻孔偏斜率不大于1%的设计要求，钻杆单根长度采用20m，并视钻进情况随时使用KXP—1型测斜仪检测孔斜，以便及时纠偏。造孔过程中，遇到孔内异常现象发生，如:掉钻、卡钻等，及时采用相应的措施处理，并做好记录。各孔以设计孔深为施工参考值，以钻入相对不透水层以下2.0m黏土层内为终孔深度。钻孔结束后，检测孔斜，注入泥浆固壁，以防塌孔而影响喷浆管顺利下入孔内，对孔斜不合格者采取纠偏措施处理直至合格为止。经现场监理对孔深和孔斜检查验收通过后，签证准予进行下道工序施工。

2.3.2 地面试喷

高喷台车就位后，连接好地面上的水、气、浆管，调准喷射方向和摆动角度，然后开机试喷，检查机械及管路运行情况，并调准喷射方向和摆动角度。

2.3.3 下入喷射管

为防止下管时泥浆倒灌堵塞喷嘴，下管前用胶布将其包住，然后缓慢插入孔内，直至到达孔底。

2.3.4 制浆

高喷灌浆使用纯水泥浆，采用符合要求的P.O42.5普通硅酸盐水泥，配合比为1∶1，相应水泥浆重度不小于15.0～16.0kN/m3，采用高速制浆机制浆。制浆过程中随时测量水泥浆重度，若浆液重度偏低，及时加大水泥用量，并保证浆液搅拌均匀。

2.3.5 喷射灌浆

喷射灌浆按照施工设计的旋喷方法和确定的施工参数送高压水、压缩空气和水泥浆。当泵压、风压、水压达到设计的规定值时，先对孔底进行原位高压旋喷1～3min，当浆液返出孔口且重度达到13kN/m3以上后，按设计的提升速度提升喷管喷射，进行自下而上、连续旋喷作业，直至达到设计旋喷体高程后，再原位旋喷1～2min，即可停止供水、送气和浆液，从灌浆孔中抽出喷浆管。喷浆过程中，做到喷射管提升速度连续均匀、喷浆均匀、计量准确，保证水泥掺入量不少于设计掺量，并做好喷灌施工记录。

为保证墙体质量，对高喷灌浆过程中的特殊、异常情况按以下方法进行处理［4］:

a.经常测试水泥浆液的进、回重度，当与规定值的误差超过0.1时，立即停止喷射，重新调整浆液水灰比直至满足要求。

b.任何情况下中断喷射(包括拆卸喷管)，恢复高喷时，如中断时间较短，搭接长度不应小于0.5m;如中断时间较长(超过30mim)，则搭接长度不应小于1.0m。

c.在喷射中，孔口冒浆量过大(超过注浆量的20%)或完全不冒浆时视为异常情况，对此采取的措施是:当冒浆量过大时，通过提高喷射压力或适当加快提升速度及摆速以减少冒浆量;当不冒浆时，采取增大注浆量、减慢提升速度、静喷等方法，待孔口返浆后再恢复正常喷射。

2.3.6 静压回填灌浆

全孔喷射完毕后，利用孔口回浆或拌制的浓水泥浆，及时回填孔内浆液因析水形成的空穴，并随沉随补，直至孔内浆液不再下沉为止。

3 防渗墙质量检测［5］

3.1 钻孔取芯深度检测

高喷灌浆检查孔压水试验在该部位灌浆结束28天后进行。高喷灌浆的检查孔布置在地层复杂或可能存在质量缺陷的部位。高喷灌浆检查孔数量为不大于灌浆总孔数的10%，要求一个单元工程内至少布置一个检查孔。拟定检查孔布孔位置，根据喷灌施工记录，在桩号0+160～0+245之间，水泥用量比较多。达到245～255kg/m，其他灌浆段平均水泥用量为210kg/m左右。经与设计、监理共同分析研究确定:该工程共布置6个检查孔，分别在 0+120、0+121、0+160、0+170、0+240、0+260处。从6个孔钻深来看，达到墙体设计深度要求。

3.2 探地雷达墙体连续性检测

探地雷达测试工作以连续测量方式进行，测线布置在墙体的上方附近。结合探地雷达检测有效范围及工程实际，检测范围选择在0+050～0+130段，进行往返两次检测。从所得图像分析，探地雷达检测范围内墙体未出现异常，从局部墙体的探地雷达检测结果来看，在雷达检测范围内墙体连续性较好，没有出现明显的间断及空洞现象。

3.3 墙体抗压强度检测

从墙体不同高程钻取的芯样中选取符合试验尺寸要求的芯样进行室内抗压强度试验，按照每5m取样3个的原则，共取芯样12组36个。养护加工和室内试验结果表明:所取完整芯样的无侧限抗压强度值在3.7～5.1MPa之间。

3.4 注水试验检测

钻孔压水试验采用单点法分段次进行。该工程共布设31个注水检查孔、54个注水试段，试段总长197.9m。注水试验中，微透水试验15组，测得渗透系数范围值为(1.22～5.12)×10－6cm/s，占试验组数的27.8%;极微透水试验39组，测得渗透系数范围值为(5.05～9.75)×10－7cm/s，占试验组数的72.2%。防渗墙的渗透系数小于设计要求值。

4 结语

a.根据监理制定的单元工程质量评定标准，对高喷灌浆的施工工序进行了综合评定，在12个单元工程中，评定结果全部合格。

b.通过钻孔取芯、室内试验、注水试验，以及对局部墙体运用探地雷达进行检测，防渗墙芯样完整，夹泥现象较少，没有出现断层，墙体连续性较好，芯样无侧限抗压强度和防渗墙渗透系数符合设计要求，工程实体质量合格。

c.高喷防渗墙施工实践表明:高喷技术在墙体较深、地层复杂的部位应用，施工速度快，施工工艺和施工经验已日臻成熟，有关指标能满足设计要求，在坝基防渗处理方面得到了进一步的推广应用。

1 董永力.荥阳市楚楼水库除险加固工程初步设计报告［R］.郑州:郑州市水利建筑勘测设计院，2008.

2 李兴刚.高压喷射灌浆技术在某防渗墙施工中的应用［J］.人民黄河，2010(12):217－219.

3 DL/T 5200—2004水利水电工程高压喷射灌浆技术规范［S］.北京:中国电力出版社，2005.

4 张利新，肖强.西霞院反调节水库高压旋喷防渗墙的施工研究［J］.人民黄河，2006(7):57－58.

5 吕正勋，卞可.荥阳市楚楼水库除险加固工程灌浆质量检测报告［R］.郑州:河南科源水利建设工程检测有限公司，2010.