高压喷射灌浆技术及其在病险坝防渗加固中的应用

冯云飞（湖南欣盛建设有限公司，湖南　常德　415000）



高压喷射灌浆技术及其在病险坝防渗加固中的应用

冯云飞（湖南欣盛建设有限公司，湖南常德415000）

水库坝基很容易出现渗漏的现象，因此，需要对病险坝进行防渗加固处理。为了保障防渗施工的整体质量，就需要合理的应用到高喷灌浆技术。本文就主要通过实例工程来进行了探究，重点对高压喷射灌浆技术的施工工艺进行了探究，得出该技术在应用中所具有的参数，并明确了该技术的应用步骤和方式，希望通过本文的探究，能够为相关的人员提供一定的参考和借鉴。

高压喷射灌浆；原理；病险坝；应用

1　引言

由于我国水利工程起步较晚，发展速度缓慢，在20世纪80年代才在全国范围内逐渐推广应用高压喷射灌浆施工技术，被广泛应用于堤坝、涵闸的防渗工程中。高压喷射灌浆技术是一种采用高压水或高压浆液而形成高速喷射流束，可以冲击、切割及破坏地层的主体，将水泥基质浆液填充、掺杂其中，使浆液和被灌地层中的颗粒混合，形成桩柱或板墙状的凝结体，起到提高地基防渗及承受能力的作用，从而防渗加固围坝。基础防渗处理是水利工程施工中的关键环节，是影响水利工程施工质量的重要因素，在基础土质不满足施工需求，且渗透性较强时，加之水流的作用，就会严重危害水利工程的基础施工。

2　工程概况

该水库于1972年9月动工兴建，1973年12月竣工投入运行。水库枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、输水涵管组成，主坝为均质土坝，坝顶高程201.80m，最大坝高21.8m，坝顶宽5.0m，总长度135m。水库挡水坝以上流域集雨面积为4.5km2，总库容216×104m3，校核洪水按300年一遇标准，对应洪水位195.78m，洪峰流量89.2m3/s，设计洪水按50年一遇标准，对应洪水位195.21m，洪峰流量65.3m3/s，水库正常蓄水位193.0m。根据水库《大坝安全鉴定报告书》，水库大坝存在安全隐患，经专家进行现场核查，同意三类坝结论。挡水坝的主要问题为：①主坝坝体压实度不满足要求，混凝土碾压质量差；②副坝破坏严重。

3　大坝防渗处理

3.1大坝防渗方案

针对水库大坝混凝土碾压质量较差，土体透水性较大的问题，坝体渗透问题较为严重，经过分析决定对坝体采取垂直防渗处理，这样可以有效的缓解坝体的渗漏问题，防止出现渗透破坏的后果。根据本工程的地质条件，考虑到高压喷射的防渗处理深度可达到59.2m，最终设计采用了单排旋喷套接结合两岸摆喷的方式形成防渗墙。如图1所示为防渗墙的结构示意图。防渗墙轴线与大坝的轴线保持平行，轴线之间的距离为1m，墙体在大坝上游。墙体的总长度为318.3m，灌浆孔设置为单排孔，其中主要包括高压摆喷灌浆孔和高压旋喷灌浆孔，前者有64个，后者有303个。

图1　防渗墙的结构示意图

高压摆喷钻孔主要是布置在大坝的两岸，处理深度为25m，钻孔间距控制在1.2m，摆角控制在60°；高压旋喷钻孔在主要是布置在坝体中间段，钻孔沿着坝体轴线单排进行布置，孔深应达到基岩表面，间距控制在0.8m。在高压喷射灌浆施工过程中，应严格根据相关的要求进行，并且应综合考虑工程的地质条件、试验结果等各方面的因素，最终确定高压喷射施工的各项技术参数指标，如表1所示。

表1　高压喷射施工技术参数

3.2高压旋喷灌浆防渗施工

高压喷射注浆法由于固结体的质量明显提高，它既可用于工程新建之前，又可用于竣工后的托换工程，可以不损坏建筑物的上部结构，且能使已有建（构）筑物在施工时不影响使用功能。同时该施工工艺实施过程中由于只需在土层中钻一个孔径为50mm或300mm的小孔，便可在土中喷射成直径为0.4～4.0m的固结体，因而施工时能贴近已有建（构）筑物，成型灵活，既可在钻孔的全长范围形成柱型固结体，也可仅作其中一段。在实施时通过调整旋喷速度和提升速度、增减喷射压力或更换喷嘴孔径改变流量，使固结体形成工程设计所需要的形状。处理深度已达30m以上。在高压旋喷灌浆的施工过程中，主要是采用“三管法”分序进行旋喷施工，图2为高压旋喷灌浆施工示意图。本工程灌浆的主要设备为灌浆泵、浆液搅拌器、储浆桶、储水桶、高压橡胶输浆管、风钻等。灌浆的材料采用32.5级普通硅酸盐水泥，水泥使用前应对质量进行复检，合格后方可使用；灌浆用砂采用质地坚硬的天然砂，粒径不大于2.5mm，细度模数不大于2.0；灌浆用水采用混凝土拌和用水。

图2　高压旋喷灌浆施工示意图

3.2.1制 浆

本工程高压旋喷灌浆施工所使用的浆液是由425号普通硅酸盐水泥配置而成，浆液的密度控制在1.6～1.7g/cm3。水泥浆液在进行拌制时应确保有足够的搅拌时间，一般情况下，采用高速搅拌机，搅拌的时间应控制在30s以上，如果采用普通搅拌机，搅拌的时间则应控制在90s以上。浆液在正式使用之前，应进行过筛，应定时对其密度进行测量。

3.2.2钻 孔

在进行钻孔施工时，需检查孔号、桩位正确后，钻机就位/调平/垫稳/成孔（控制钻进速度以保证孔斜不超过1.0%，跟管钻进或泥浆护壁）。钻孔过程中检查孔斜，发现超偏及时纠正，达到设计深度要求经检查合格后，移机进入下一循环。钻进结束等待灌浆时，孔口应堵盖，妥善保护。高压摆喷灌浆孔各孔段灌浆前应采用压力水进行裂隙冲洗，冲洗时间可至回水清净止或不大于20min，冲洗压力为灌浆压力的80%。地质条件复杂时，冲洗方法宜通过现场试验确定。

3.2.3试 喷

先在地面上进行试喷，一切正常即可将喷射管插入到灌浆孔，直至达到设计深度。接着即可开始进旋喷施工，将满足要求的水、气、浆液等喷入到钻孔内。当孔口开始出现浆液冒出之后，即可根据设计的要求进行喷射管自下而上的提升，提升的过程中应进行适当的摆动，直至达到设计高度。在喷射施工过程中，应详细的做好各方面施工数据的记录，严格根据施工技术要进行施工质量的控制。

3.2.4高压旋喷灌浆

高压旋喷灌浆施工采用三重管喷射形式，喷射灌浆的具体施工过程为：旋喷机就位→将喷管下至预定孔深→送浆至孔口返浆→启动高压泵、空压机→开始旋喷并提升→结束旋喷→回填封孔。钻孔后对灌浆孔进行冲洗，直至回出清水并延续10min，总的冲洗时间不宜少于30min，冲洗压力为灌浆压力的80%，若大于1MPa，则采用1MPa。灌浆孔的压水试验应在裂隙冲洗后进行，试验孔数不宜少于总孔数的5%，压水试验采用单点法。

3.2.5封孔

当高压旋喷灌浆施工完成之后，应采用现场调配好的浆液进行机械封孔。

4　高压喷射灌浆防渗效果

根据设计文件要求，本工程高喷墙质量检查分为渗透系数检查、墙体强度检验及成墙效果检验。

4.1渗透系数检查

渗透系数检查可采用围井法或钻孔检查法，因摆喷所成墙体厚度较小，决定采用围井法进行渗透系数检查。根据规范要求，每3～5个单元工程宜布置一个围井，本工程确定3个单元布置一个围井；根据单元评定规范，结合设计图纸确定的高喷墙成墙面积，初步确定20孔作为一个单元，据此60个灌浆孔进行一次围井检查。经围井试验，本工程主坝共进行23次围井试验，副坝Ⅰ共进行21次围井试验，渗透系数均满足设计要求。

4.2墙体强度检验

墙体强度主要通过抽芯进行抗压强度测试，设计要求墙体抗压强度须大于5MPa，主坝抽取17组芯样、副坝Ⅰ抽取14组，经过检测，抗压强度均大于15MPa。

4.3墙体连接情况检查

本项检查主要通过开挖出部分墙体进行。根据实际情况，参建各方确定了开挖检查段，用挖掘机在主坝、副坝Ⅰ在成墙处开挖约2m深，确保能看到完整的弯折连接点。经过观察，所开挖高喷墙体能有效搭接，所喷射墙体稳定、连续。

经过高压摆喷灌浆施工后，主坝、副坝Ⅰ下游管理地低洼处由水库大量渗漏造成的积水基本消失，下游的牛皮胀得到有效缓解，高喷灌浆取得了预定的效果。

5　结束语

该水库采用高压喷射灌浆进行坝体防渗加固后，目前已恢复蓄水运行4年多时间，从工程建设回访资料看，坝体浸润线降低，下游坝脚量水堰观测数据显示渗流量明显减少，坝体防渗加固效果较好，下游坝面及坝脚没有出现较大的渗漏点，加固后坝体一直处于安全运行状态，水库排除了险情，既保护水库下游人民群众生命和财产安全，也提高了水库下游的灌溉效益。

［1］卢晓鹏.高压喷射灌浆技术在云南病险水库加固工程中的应用［J］.水利水电科技进展，2012，32（5）：82～85.

［2］徐军鸿.喷射灌浆技术在白河水库除险加固中的应用［J］.中国高新技术企业，2012（31）：39～41.

［3］张玉明.水库土石坝渗漏整治中的高压喷射灌浆技术［J］.建材与装饰，2013（8）：350～351.

冯云飞（1986-），男，工程师，主要从事水利水电施工工作。

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2016-3-27