浅谈碱厂水库除险加固工程大坝凝浆技术

刘少辉 计保权 孙 力

(兴城市水利局 125100)

1 碱厂水库概况

碱厂水库工程位于辽宁省葫芦岛市兴城碱厂乡，该水库于2004年5月被水利部门专家组核定为三类坝，集灌溉、城市供水、防洪、发电、养鱼等为一体，库容4890万 m3，地处烟台河中上游，实际控制面积126km2，坝址以上河道长度为17km，下游至入海口长度27km，水库流经碱厂、南大、沙后所、望海、海滨等5个乡镇注入渤海。为了确保水库大坝自身的安全及下游人民群众的生命财产安全，从根本上消除渗透破坏对大坝安全带来的隐患，必须对水库大坝进行防渗处理。碱厂水库工程于2007年4月开始施工，采用高压摆喷注浆方法，注浆长度127m，钻孔数81个，孔间距1.6m，钻孔总深度1752.03m。

2 工程实施技术规划方案

2.1 技术要求

对于坝体下伏的卵砾石层通过实施摆喷技术治理，可以增强坝体抵御洪水能力，从而提高水库大坝的防渗性能。对于坝体松软体以及第四系卵砾石土，通过实施摆喷技术治理，一般是从坝基基岩面往上85.67m的水平高度，施工技术是运用二重管法，防渗加固实施的厚度是0.50m，沿坝轴线距离钻孔中心1.6m采取的是相同距离布孔;干料选择325号普通硅酸盐水泥和黏土(1P=10～17)，水和干料的比例选择0.8～1.5比例，水泥和土的混合采取不同的比例，坝体部位是1∶1比例，坝基部位是2∶1的比例，钻机就位误差小于50mm，注浆管提升段落搭接长度大于或者等于100mm;导孔孔径设计为127mm，铅直，导孔钻入坝基基岩大约0.5～1.0m;工程结束30天，采取压水试验等方法对施工质量进行检测，加固后的坝体渗透系数应小于 10－5cm/s。

对于中强风化带的基岩坝基采取帷幕灌浆，从帷幕的铅直位置到本段基岩坝基起64.50m的高度，钻孔就位偏差小于50mm;沿坝轴线钻孔单排孔同次序采取距离相等的布置，总共分为三个工序进行施工，每个工序逐渐加密，帷幕的孔径为75～110mm，厚度设计为2m，每次钻进10m都要测斜一次。在灌浆前应该冲洗钻孔直到水清砂净，孔底沉淀物小于200mm。浆材选用P.O32.5普通硅酸盐水泥，灌浆压力为0.1～1.2MPa，水灰采取5∶1～0.5∶1的比例，七级逐渐变换，具体参数要通过现场导孔压水试验来确定。在完工后40天进行质量检查，检孔数为10%，从上到下逐段压水，最后进行全孔灌浆，压力为0.1MPa。对坝基实施高压帷幕灌浆，堵塞渗透裂隙，可以大大减少坝基的渗漏，从而排除坝体坝基自身的隐患。

2.2 防渗加固治理难点与方案优化

2.2.1 防渗加固治理难点

施工场地过小是影响防渗加固施工的主要因素，因为如果多台设备同时工作，就很容易造成窝工。为了避免类似现象的发生，最好采取跳跃式推进施工方法。防渗加固的难点在于主坝中间段坝基成孔，尤其是在坝体下有3.7m厚的卵砾石层，这层钻探工艺比较复杂，成孔比较困难，钻进过程容易坍塌。

2.2.2 治理方案优化

从ZK5—ZK12号孔主坝坝体采取高压摆喷注浆，钻孔数81个，长度为127m，孔间距离为1.6m，钻孔总深度为1752m，摆喷总深度为1520m。从 ZK12—1—ZK16号孔开始，坝基帷幕注浆治理长度为68m，钻孔35个，孔间距为2m，钻孔总深度为1842m，帷幕灌浆总深度为480m。在ZK12—1—ZK12之间是摆喷和帷幕灌浆重合的部位。

高压摆喷注浆适用地层非常广泛，坝体防渗体填筑材料大多是粉质黏土与粉土，特别在标贯击数N＜10的黏性土、黄土和粉土中比较容易取得较好效果。闪长玢岩、花岗岩长岩是组成ZK12—1—ZK16孔基岩坝基非常重要的成分，闪长玢岩脉是后期侵入到花岗闪长岩中的，呈现相互交切、密集状，是带状渗漏，这种类型适宜高压帷幕注浆;花岗闪长岩上部是强风化带，属于散状渗漏类型。运用半置换法形成防渗体，固结体强度较高，影响半径比较大，所以，一般坝体加固防渗技术上采取高压摆灌注浆方案。

3 拟采用施工工艺

3.1 施工前准备

设备进场前要做到水通、电通、路通和场地平整。为了有利于平行交叉作业，场地布置力求合理，设备供电、供水系统，设备、机具、材料配备齐全。设备安装就位，避免施工中发生倾斜、移位。

3.2 工程钻探

本次碱厂水库防渗加固治理采用硬质合金、金刚石回转钻进工艺。粉质黏土及卵砾石层采用硬质合金钻进，基岩采用金刚石钻进。硬质合金钻进工艺采用外肋骨、八大角度合金钻头，开孔口径为146mm，下入孔口管后，依次换φ127mm、φ110mm穿透卵砾石层进入基岩0.5～1.0m。冲洗液使用高黏度优质泥浆，采用膨润土、聚丙烯酰胺、烧碱和清水按一定比例配置而成。以保护孔壁完整，防止卵砾石层坍塌掉块。

3.3 主要施工工艺

3.3.1 坝体高压摆喷施工

施工准备:灌浆材料按技术要求备好合格水泥，黏土使用黑山膨润土，不得使用过期或结块产品，必须提交材质检验资料，备好浆材。水质必须符合《混凝土拌合用水标准》(JGJ 63—89D)第3.0.4条的规定。经监理人批准可在浆液中掺入速凝、稳定剂等，但要符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(DL 5148—2001T)规范5.1.7条的规定，其添加量应经过现场灌浆试验确定。进行高压摆喷试验施工，确定具体施工参数。检查灌浆效果，调整风压、水灰比、凝结时间、提升速度、喷嘴摆动角度等技术参数。

施工旋喷设备、仪表经检查无误后就位，将喷头、喷杆下到孔底，开动空压机、泥浆泵、旋喷台车，不提升喷杆，原位旋喷1min，待泥浆返出地表后，再正常提升，旋转喷射。中间发生故障不能连续旋喷时，再喷时搭接长度应超过0.2m。到距地表0.5m时，将喷嘴带压下落5.0m深，关掉气射流，不提升喷杆旋转喷射3min，使泥浆全部排除后拔出喷杆喷嘴，冲洗干净后再用。通过沟槽将回浆引到上一个已喷完的桩头上，进行补浆，直至与地表一平，该孔喷射注浆即完成。

3.3.2 坝基高压帷幕注浆施工

注浆前彻底洗孔至水清砂净，保证浆液、输浆系统、水、电各系统的完好，保证施工正常进行。通过施工先导孔的试验确定灌浆压力、水灰比的七级变换，确定水灰的变化范围等技术参数。分三序孔施工，采取逐步加密的原则进行。采用自下而上的分段注浆法。

高压帷幕注浆主要是在坝基的基岩中进行，钻探成孔时应考虑栓塞方法和位置，为保证注浆效果，栓塞置于坝体与坝基接触部位为宜。因此，坝体孔段应下套管，要求套管做实做牢，用孔口套管封严，栓塞锁在套管内。采用封闭挤压上行式孔底注浆工艺，即射浆管下到距孔底0.5m处，胶球栓塞到位栓好后，开动注浆泵，封闭挤压注浆。浆液浓度采用325号硅酸盐水泥，水灰比采用试验确定的参数级由稀至浓进行。按比例加入防腐早强剂(需要时)。注浆压力 0.1～0.2MPa，吃浆量小于1L/min，持续60min，经质检员检查合格，可结束该孔注浆。

3.3.3 治理成果检测

坝体高压摆喷、坝基高压帷幕注浆整个工程结束以后，要对治理成果进行检测。采用压水法检测坝基帷幕注浆。

4 工程建议

在施工过程中应加强环境保护措施，做到不污染土地和河流，控制噪声，防止扰民。由于高喷灌浆主要是靠机械作业，机械故障率比较高，往往影响施工的进度，应该有专业人员定期对机械进行检查、维修，尤其要备足容易出现故障的备件或成套机具。在施工前，要做好自检验收隐蔽工程，并做好试件取样工作。◆