浅谈单管高压旋喷灌浆技术在水库除险加固工程中的应用

凌 朗

（福建省华舜水利水电工程有限公司 福建 福州 350001）

1 闽清县廷洋水库除险加固工程施工背景概况

闽清县廷洋水库位于闽清县梅溪镇廷洋村，属闽江流域下游梅溪支流潭口河流，是一座兼具灌溉、发电、供水的小（一）型水库。始建于1958年，直至1962年竣工，后来在1974年进行二期扩建改造。其设计洪水位614.9m、校核洪水位615.35m、正常蓄水位613.7m、死水位597.7m，相应库容分别为100.08万m3、104.25万 m3、89.16万 m3和 2.48万 m3。大坝高程621.3m，坝顶长度100m和宽度5m，其中防浪墙的高程622.1m，宽度0.6m，属于均质土坝。在进行了该大坝除险加固施工之前，笔者对坝基地质情况进行了全方位了解，发现大坝河床平均宽度170m，覆盖层平均厚度7.5m，属软壤土沉积层，由粗砂、中砂、砂砾石组成，其中卵石含量最多，粒径18mm左右，下河床的砂砾石覆盖层具有较高渗透性能，为该水库大坝坝基的主要渗漏通道，其渗漏率在5Lu～18Lu之间。由此可见，本水库大坝的除险加固施工，应重点针对坝基的渗漏问题，采用单管高压旋喷灌浆技术，对渗漏位置进行防渗加固。具体情况见图1～图2。

2 水库防渗加固过程中单管高压旋喷灌浆技术的应用

现就水库大坝施工要求，对单管高压旋喷灌浆技术在大坝的除险加固中的应用予以总结。本工程单管高压旋喷灌浆是在坝顶沿坝轴线布置一排单管高压旋喷桩孔防渗墙，桩孔在河床段深入基岩1m左右。钻机采用地质150型，灌浆机械采用性能可靠、有电子监测功能的单管旋喷灌浆设备，水泥采用R325普通硅酸盐水泥，水灰比为1.25～1.5（密度≥1.35g/cm3）。

2.1 施工现场布置

在进行现场布置时，秉着“因地制宜”的基本原则，要求同步兼顾安全性、经济性和便利性。在布置临时设施时，要严格控制在合同招标文件规定的范围内，其中包括施工道路布置、用电布置等。其中，施工道路布置时，现场的上坝公路宽度仅有100m，且凹凸不平，不利于现场施工运输，因此在大坝加固施工前，应对该公路路基进行整修，使大坝坝顶与进库公路连为一体，以满足施工道路要求；施工用电布置方面，考虑到单管高压旋喷灌浆施工用电量大，而坝区的供电能力无法满足施工用电要求，因此增加了5台柴油发电机，并配备了空气开关和漏电保护装置；水泥、工具、材料等的仓库，布置于水库左右岸山坡地上。另外，在施工期间应根据施工进展需求，于施工区域内灵活布置砼拌制点和水泥拌制点。在现场布置的基础上，分别进行以下两个阶段的施工。

2.2 第一阶段施工过程

在做好单管高压旋喷灌浆现场布置工作的基础上，即可着手第一阶段的施工，主要包括旋喷试验、放线布孔、钻孔。为确保单管高压旋喷灌浆施工技术适用于本工程施工，也为了掌握高压旋喷灌浆在本地质环境中的喷射范围、相互搭接情况、渗透系数及固结强度等指标能否满足设计的止水要求，从而确定正式施工时的高压喷施灌浆技术参数。旋喷试验在坝顶上钻3孔，每孔15m，孔距选择0.5m。

在试喷前通过钻孔以检验地层结构状况，同时加以 20MPa～25MPa的旋喷压力和35L/min～40L/min的灌浆流量。试喷完2d后，通过开挖检查相互搭接情况、水泥包裹砂土情况，并取芯做密度、强度、渗透性和耗用水泥等对比试验，确定本工程单管高压旋喷灌浆施工技术指标如表1所示。

图1 高压旋喷灌浆平面布置图

图2 高压旋喷灌浆横剖面图

按照以上技术指标进行高压旋喷灌浆试验，在试验后，开始放线布孔和钻孔，期间严格遵循施工图纸的要求，在坝顶位置沿坝基轴线放线，布置孔深32.7m和孔距0.5m的钻孔，同时借助全站仪定位钻孔位置以及利用钢卷尺放出先导孔。先导孔放出时，根据大坝地质状态，每10m打出一个先导孔，将相邻的先导孔连线，形成单管高压旋喷灌浆防渗墙的墙底。在此基础上，利用地质150型的钻机钻孔。钻进过程中，以水平尺和水平仪辅助调整钻机钻进的水平，并密切观察钻机的钻进情况，一旦发现钻孔偏移，要立刻进行钻孔斜率纠偏，拔出套管和回填砂砾，然后在原位重新开孔，直至钻至强风化岩内约1m左右。

表1 本工程单管高压旋喷灌浆施工技术指标

表2 桩芯抗压强度和渗透系数

表3 静水头压水试验统计表

图3 单管高压旋喷灌浆施工喷射流做工示意图

2.3 第二阶段施工过程

2.3.1 施工过程

第一阶段的旋喷试验、放线布孔和钻孔工序完成后，开始进行旋喷灌浆。单管高压旋喷灌浆，要求控制喷射流的功率和泵压力，其喷射流做功情况如图3所示。

根据以上喷射流的做功态势，旋喷时严格控制喷射流的压力，将旋喷灌浆的速度和功率控制在合理范围内。笔者分别取不同值的喷射流压力，并对应控制器喷射流速度，其中10MPa的喷射流压力，对应喷射流速度为136m/s；20MPa的喷射流压力，对应喷射流速度为192m/s；30MPa的喷射流压力，对应喷射流速度为243m/s。按照该标准控制旋喷灌浆施工速度，通过单管高压旋喷灌浆台车，将配合比0.8∶1的水泥浆液，在成孔位置的地面试喷，检查旋喷施工技术参数符合标准后，一次性完成全部钻孔的单管高压旋喷灌浆。

2.3.2 施工中出现的问题及解决办法

在第二阶段施工过程中，存在桩径倾斜、断桩和缩径以及灌浆时返浆不正常等问题，这些问题的主要原因和处理方法分别如下：

（1）断桩和缩径，主要原因是提升过快以及水泥浆配合比不达标等，处理的方法是根据土层的情况，合理调整提升速度，譬如在软土层可适当加快，而在硬土层应适当减慢，其中对于不合理的水泥浆配合比要及时调整。

（2）灌浆时返浆不正常情况，可通过高压泵压力的适当下调，孔口加入适量速凝剂，并采用间隔提升的方法，在返浆正常后，再进行正常提升。

（3）在旋喷灌浆过程中，突然出现灌浆压力骤然下降的情况，伴随异常冒浆，在保持旋喷灌浆不中断的前提下，安排专人检查异常情况，发现起因是地层有较大空隙，处理方法多是在出现异常情况的空隙地段，加大旋喷灌浆量，在空隙填满水泥砂浆后，略提喷管完成最后喷射。

2.4 工程质量控制与质量检测

本水库大坝加固按灌浆孔位分为0-9#、10-19#、....、141-150#等 16个 单 元施工，由施工单位自检和监理单位抽检双控制办法，对每根桩的技术参数作详细的记录，顺利完成了两个阶段共16个单元的高压旋喷灌浆施工任务。其施工效果如下：

（1）高压旋喷桩芯样试件抗压强度和渗透系数。随机选取了45#孔、90#孔、126#孔，检测取样部位的抗压强度和渗透系数，具体如表2所示。

从表2中我们可以看出，高压旋喷桩芯样抗压强度在3.5MPa～5.4MPa之间，大于设计值，而渗透系数达到（0.91～5.77）×10-7cm/s，小于设计值，由此说明高压旋喷桩的抗压强度和渗透系数均达标。

（2）压水试验：对大坝高压旋喷防渗墙检查孔共完成3孔7个试验段的静水头压水试验，所检的试验段渗透系数范围为(3.63～8.95)×10-7cm/s(设计值 K≤1×10-6cm/s)，满足设计要求，详见表3。

通过以上的检测检验数据，其抗压强度、渗透系数均满足设计要求，基本可以断定案例水库大坝单管高压旋喷灌浆加固的16个单元任务，符合工程质量标准，达到设计使用要求。

3 结语

综上所述，单管高压旋喷灌浆施工技术在水库除险加固工程中的应用，需要在进行现场布置的基础上，通过各个阶段的合理施工，方可有效排除水库的险情。文章通过研究，基本明确了案例水库除险加固单管高压旋喷灌浆施工技术的应用方法，考虑到不同水库工程除险加固要求和条件的差异性，以上方法在其他水库工程中应用时，还需要紧扣具体工程的施工情况，予以因地制宜地参考借鉴。陕西水利

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