高喷灌浆技术在郭堡水库的应用

刘宏武

（山西省汾河灌溉管理局 山西祁县 030900）

1 郭堡水库工程概况

1.1 工程存在问题

郭堡水库位于黄河流域汾河支流的小西沟、佛峪沟与象峪河汇合处，地处太谷县范村镇王公村，属黄河流域汾河水系。水库于1958年动工兴建，同年12月完工蓄水运行。当时坝高32 m,总库容1 646万m3，设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准200年一遇；1975年5月进行二次改建，1980年12月完工，大坝加高至40 m，改建后水库总库容为2 926.7万m3，设计洪水标准100年一遇，校核洪水标准500年一遇。是一座以防洪、灌溉为主，兼水产养殖和旅游等综合利用的中型水库。枢纽工程包括大坝、溢洪道、泄洪洞、输水洞等。

郭堡水库在多年的运行中，主要存在问题是：防洪标准达不到现行规范要求；坝体存在安全隐患；溢洪道年久失修，影响运行；现有泄洪洞不能正常运行。

郭堡水库除险加固工程的主要内容是：大坝加高及防渗处理；溢洪道改造；泄洪洞改造；输水洞改造。

1.2 高喷灌浆的必要性

大坝右侧黄土台地段桩号0+386-0+734处坝基有1～10 m的砂砾石层，渗透系数0.018～41.1 m/d，初期施工中未作处理；坝基砂岩表层5～10 m属强风化层；水库拦洪蓄水后曾多次发生渗透变形。1987年在大坝右侧黄土台地0+376-0+736段用高喷定喷方式对砂砾石层作了防渗处理，1991-1992年对左坝端0+042-0+216.2段进行了坝基高喷防渗处理，两次高喷防渗处理轴线均在坝顶，而且没有与0+261-0+386段的坝基截水槽衔接。1988年蓄水到939 m时，在0+412-0+530段仍有一斜向集中渗漏带，下游再度管涌。1991年新增了下游坝坡左右坝端贴坡排水，并与坝中排水棱体连接。但未经941 m以上高水位运行检验。

因此，此次除险加固工程对坝基松散覆盖层和部分基岩采用高喷灌浆的防渗形式进行处理。灌浆范围为0+360-0+650段，灌浆轴线位于坝轴线上游100 cm处。灌浆底线深入基岩1 m,灌浆顶伸入坝体2 m,但不高于947.0 m。

2 高喷灌浆试验

2.1 工艺流程

2.2 试验场地的选择

由于各工程的地质条件、工程要求不同，以往工程的施工经验只能作为参考很难直接套用。为了使高喷防渗墙的设计和施工技术要求更符合本工程的实际情况，根据施工合同约定，必须在施工前选定有代表性的地层进行现场试验，确定适合于本工程合理的施工参数、设备条件及浆体配合比。

根据本工程地质特性，业主、设计、施工及监理单位联合选择了坝轴线桩号0+530处左右下游坝脚外侧进行板墙和围井试验。

图1 工艺流程图

2.3 试验方案

2.3.1 试验目的

以旋、摆喷形成防渗帷幕，求出满足设计要求的各项旋、摆喷参数，包括：旋摆喷孔孔距；高压水水压、气压；提升速度；转盘摆速、浆液比重、水嘴孔径、气嘴孔径等。

2.3.2 试验结果及检查内容

（1）旋摆喷板墙之间的连接性。（2）旋摆喷凝结体的抗嘴压强度。（3）旋摆喷凝结体渗透系数。

2.3.3 选定的试验参数

面对自然资源利用冲突日益严峻的状况，“物权编”须担负自然资源权利配置及互不相侵的重任。［34］1但是，检视《物权法》用益物权制度，尚存需完善之处。

根据郭堡水库坝基的地质条件、以往工程经验和设计院提出的参数范围，选定围井布置形式如图1所示，选定旋摆喷折线板墙布孔形式如图2所示，

图2 围井布置图

图3 旋摆喷折线板墙布孔示意图

折线板墙试验参数如表1所示。

表1 土层（砂卵层）高喷板墙旋摆喷试验参数设计表

2.3.4 试验成果

高喷板墙试验结束7d后进行了开挖检查，外观墙体连接紧密，无断处，墙体密实，坚硬，水泥浆凝结均匀密实。

施工时，2、4、6 号孔为旋喷孔，1、3、5 号孔为摆喷孔，虽然在施工时采用了不同的提升速度，从喷射距离的效果来看，1#和2#连接后可延长0.2～0.3 m，显然浪费，2#与3#、3#与4#墙紧密连接，达到了整体防渗的效果。4#与5#、5#与6#连接较疏松。

通过围井注水试验，渗透系数K=3.1×10-7cm/s，满足设计要求。

2.3.5 确定用于施工的参数

通过参建各方现场观察试验板墙的成墙情况，共同确定本项工程采用的施工参数见表2。

表2 工程采用的施工参数

3 高喷防渗板墙的施工

郭堡水库除险加固工程高喷防渗墙总长290 m，沿坝轴线上游1 m布设。根据试验确定施工参数，本工程共计242个孔，钻孔总进尺5 569 m，灌浆总延米为2 662 m。该防渗墙采用旋喷摆喷搭接的形式。施工具体步骤如下：

（1）放线定位：本次施工分为两序进行，其中奇数孔为Ⅰ序孔，采用旋喷；偶数孔为Ⅱ序孔，采用摆喷。孔距1.2 m，每10个孔设一控制桩。Ⅰ序孔造孔及喷射灌浆完毕7d后，再进行Ⅱ序孔的施工。

（2）钻孔：钻机定位要求安放水平，钻杆保持垂直，且确保钻孔倾斜率不大于1%。钻孔采用3台XU-300G型地质钻机，采用φ130 mm合金和金刚石钻头钻进，泥浆护壁。按设计要求，本工程钻孔深入基岩0.5 m。

（3）高喷台车就位：应保证高喷台车的孔口装置和钻孔同一轴心，并保证台车水平。

（4）下喷射管：在地面调整转盘摆角（摆喷），进行水、气试喷正常后下管至设计深度。下管过程中，为防止泥砂堵塞，可边喷水边下管。

（5）高压喷射灌浆：当喷管下至要求深度后，先静喷，即先送浆，等孔口冒浆，开始送水、气。冒浆呈水泥色且比重大于1.3 g/cm3开始按设计速度提升喷射管。进浆比重不小于1.5 g/cm3。中间如出现故障停喷，应查明原因及时处理，并在记录表上如实记录故障原因、时间。处理时间超过20 min，复喷时要将喷管下伸0.5 m，以保证墙体质量。喷至设计高程后，继续提升0.5 m后再停止喷射，停止浆、水、气的供应，提出喷射管，确保高喷墙有效墙体达到设计高程。

（6）静压灌浆：喷射结束后，利用部分纯水泥浆灌1 min左右，再利用下一个孔的回浆及时向孔内注入浆液，将其回填饱满直至孔中液面不再下沉为止。

4 质量检查

灌浆结束后，在两处围井中进行注水试验，渗透系数分别为 1.6×10-8cm/s、1.9×10-8cm/s，均满足渗透系数不大于 10-7cm/s的设计要求。

5 结语

通过郭堡水库高喷灌浆工程实践，笔者认为做好高压喷射灌浆工程，应注意以下几点：

（1）针对不同工程的不同地质条件，必须做好高喷灌浆现场试验，确定高喷灌浆施工参数。

（2）由于停电、塌孔、设备故障等原因，施工过程中的中途停喷是不可避免的，因此必须做好停喷孔的处理，否则由于浆液凝固而造成墙体纵向或横向裂缝，对墙体的防渗效果将产生无法弥补的影响。

（3）重视施工过程各环节的质量控制工作。