高压摆喷灌浆在净水岭足水库大坝防渗中的应用

朱万涛

（杭州水利水电勘测设计院有限公司丽水分公司，浙江 丽水 323000）

1 工程概况

净水岭足水库位于浙江省丽水市莲都区紫金街道水东村，处于浙江省西南部。水库大坝为黏土心墙坝，坝长60.00 m，最大坝高23.00 m，坝顶宽4.60 m。

净水岭足水库始建于1966年，受当时技术、施工条件限制，大坝心墙黏土防渗系数不满足规范要求。2000年6月，大坝坝脚漏水严重，2002年，对净水岭足水库大坝采用直径1.10 m、孔距0.90 m的1排套井回填黏土防渗处理，处理后渗漏情况有所减小，仍不能满足规范要求。2014年7月，莲都区水利局组织对净水岭足水库进行大坝安全技术认定，认定净水岭足水库大坝为“三类坝”，水库为危险水库，主要存在渗漏问题，需采用相应的防渗措施。

2 大坝工程地质条件

净水岭足水库大坝为黏土心墙坝，两侧设反滤层和坝壳料，迎水坡坝面为干砌块石护坡，经地质勘察，大坝各岩土层参数指标见表1。

表1 大坝各岩土层参数指标表

3 大坝防渗设计

3.1 大坝防渗方案比较

净水岭足水库大坝心墙渗透系数不满足规范规定的不大于1×10-5cm/s的要求，需对大坝心墙进行防渗处理。参照以往类似工程的处理方案，心墙防渗补强处理主要有混凝土防渗墙、冲抓套井回填黏土、劈裂灌浆等方法。

混凝土防渗墙工艺复杂，施工速度慢，不适用于小型水库除险加固。冲抓套井回填黏土防渗方案适用于低坝，坝高一旦过高则容易造成偏孔，下部易行成集中渗漏。劈裂灌浆需要施工队伍有丰富的施工经验，如处理不当会留下新的隐患。高压摆喷灌浆通过高压浆液与坝体黏土充分搅拌混合，形成中央厚约20 cm的浆体防渗墙，两侧形成浆体 — 黏土渐变衔接，浆体防渗墙与黏土心墙良好结合，防渗效果可靠。高压摆喷灌浆然施工、技术难度虽较套井回填黏土防渗墙略高，但近些年来高压摆喷灌浆已在各类水利工程中广泛应用，具备高压摆喷灌浆施工能力的施工队伍普遍。因此，本次除险加固防渗补强设计方案选用高压摆喷灌浆防渗墙方案，孔距1.20 m，一序孔施工。

3.2 高压摆喷灌浆设计

高压摆喷灌浆技术采用三管法，喷射介质为水、水泥基质浆液和压缩空气，使喷射管做一定角度的摆动和提升运动，利用高压水形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成扇形断面板墙状的凝结体，以提高坝体防渗能力的施工技术。

3.2.1 高压摆喷灌浆施工工序

（1）高压摆喷灌浆施工工序和设备。工序为：布孔、钻孔（套管跟进）、制浆、高压灌浆、静压回灌。主要施工设备有：钻机、高喷台车、制浆机、高压水泵、空压机、灌浆泵。

（2）布孔与钻孔。摆喷采用直线搭接型式，沿防渗墙轴线方向每1.20 m左右布置1个灌浆孔，共布50个灌浆孔，灌浆孔钻入弱风化岩0.50 m，先导孔可作为灌浆孔之一。

（3）制浆。高压摆喷灌浆浆液为水泥浆。使用水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为（0.8 ～ 1.0）∶1，浆液密度为1.55 ～ 1.70 g/cm3[1]。水泥浆采用二级搅拌，二级过滤。一级搅拌时间不少于90 s，经过滤后进入二级搅拌机，边搅拌边过滤边使用，过滤筛网眼尺寸为2 mm。

（4）高压灌浆。高压摆喷灌浆在钻孔施工完成并检验合格后进行，采用一序施工，孔距1.20 m。注浆前先进行地面试喷，检查机械及管路情况，如水、气、浆是否畅通，各种参数是否满足设计要求，并调准喷射方向和摆动角度。一切正常后，垂直下入喷管至设计深度，先送水和气，后送水泥浆液，按规定参数进行原位喷射，待孔口返出浆液密度达到1.20 g/cm3后再按设计的提升速度由下至上进行连续摆喷作业，如果中途因故中断后恢复施工时，应对中断孔段进行复喷，复喷搭接长度不小于0.50 m。

（5）静压回灌。当喷杆提升至距地面40 cm高度时，先停止水和气，再停水泥浆，由于孔内浆液会发生析水、沉淀和凝固收缩，高喷墙体的顶部会产生凹穴，需用水泥浆及时进行静压回灌填补。静压回灌要间断进行，直至填筑到孔口，浆液不再下沉时为止。每孔完成高喷灌浆后，要对水泥浆管道系统进行冲洗，防止管道堵塞。

3.2.2 高压摆喷灌浆工艺参数

施工平台宽度不小于4.00 m最小作业宽度，再进行灌浆高压摆喷灌浆。沿施工轴线布孔，孔距1.20 m，一序孔施工。钻孔直径为φ110，孔深嵌入弱风化岩以下0.50 m；孔位偏差不得大于5 cm，孔斜率不大于1%[2]。浆体防渗墙厚度不小于20 cm[3]；浆体防渗墙28 d抗压强度不小于1.0 MPa；浆体防渗墙渗透系数≤1.00×10-6cm/s；提升速度10 ～ 20 cm/min；摆速8 ～ 10次/min；摆角30°[4]。高压摆喷灌浆施工工艺参数见表2。

表2 高压摆喷灌浆施工工艺参数表[5]

4 大坝防渗施工

高压摆喷灌浆设备施工架底座4.00 m×8.00 m，塔吊高30.00 m，塔吊可拆卸为2.50 m一节，施工设备可拆卸运输，运至坝顶再行组装，所需道路宽度不小于4.00 m。根据历史资料，设计确定坝顶灌浆轴线，实际施工中，尚需剥离坝顶表土，确定原套井黏土具体位置，以保证高压摆喷灌浆与原套井黏土结合。施工初始阶段，按照先钻孔、再灌浆的工序施工，但实际施工中，因灌浆喷射压力较大，造成临近孔位击穿堵塞，导致重新钻孔，故改为钻一孔灌一浆的施工方案，浆液与黏土结合良好，施工顺利。2015年12月，完成大坝高压摆喷灌浆施工，施工记录见表3。

表3 2015年12月高压摆喷灌浆施工记录表

续表3

5 结 语

高压摆喷灌浆技术成熟，施工可靠，变形协调性略好，适用性广，是良好的土石坝心墙防渗方案。采用高压摆喷灌浆方案时，设计阶段应结合工程实际情况，查明水库黏土心墙所在位置，摸清大坝建设及加固情况，是否进行过套井回填黏土防渗等，以保证高压摆喷灌浆布孔轴线与大坝原有防渗体搭接结合，形成统一的防渗体；施工阶段应根据实际情况调整灌浆压力，深孔灌浆时，保证灌浆压力，以起到防渗效果，浅孔灌浆时，严格控制灌浆压力，防止灌浆喷射压力过大将坝体击穿。

净水岭足水库大坝在通过高压摆喷灌浆防渗施工后运行良好，2016年4月19日，对高压摆喷灌浆效果进行现场踏勘检查，水位为正常蓄水位143.50 m（1985国家高程基准），大坝背水坡排水沟有微量渗流汇出，在高压摆喷灌浆正常允许渗流范围内，防渗效果良好，水库加固至今已有1 a，渗流量平稳，整体运行良好。

净水岭足水库作为浙江省较早采用该防渗方案的水库，施工顺利，防渗效果良好，可进一步在本省推广到同类工程之中。

[1] 游萍.高压摆喷灌浆技术在大坝防渗加固中的应用[J].四川水利，2009(2)：2 - 4.

[2] 中华人民共和国水利部.土坝灌浆技术规范：SL 564 — 2014[S].北京：中国水利水电出版社，2014.

[3] 李小利.高压摆喷灌浆防渗技术在水库除险加固设计中的应用[J].陕西水利，2008(S3)：29 - 30.

[4] 中华人民共和国水利部.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范：SL 62 — 2014 [S].北京：中国水利水电出版社，2014.

[5] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.水利水电工程高压喷射灌浆技术规范：DL/T 5200—2004[S].北京：中国电力出版社，2005.