浅析高压旋喷灌浆技术在富县大申号水库除险加固坝体防渗中的应用

任延红

（富县水利工作队，陕西富县 727500）

1 工程概况

大申号水库位于北洛河一级支流富县大申号川流域下游，坝址距北洛河汇合处约4km，距富县县城4.3km。水库于1957 年10月兴建，1959 年建成投运，1982 年对大坝进行加高加厚，并新修溢洪道。控制流域面积为198km2，设计为四级建筑物，水库为均质土坝，是一座以防洪灌溉、县城供水为主的小（一）型水库。水库枢纽工程由坝体、放水塔、溢洪道组成，总库容314 万m3，坝高20m，坝顶高程966.87m，顶长195m，顶宽8m。溢洪道设在坝体右侧，长212.5m，底宽15m，深4.2m，设计泄流量64m3/s。放水塔为圆柱体形高15.65m，φ 内2.5m，设计最大泄洪量3.4m3/s。该库区多年平均降雨量520mm，流域降雨量集中在7 月、8 月和9 月，占全年降雨量的80%。

2 防渗加固方案的选定

2.1 坝体、坝肩及坝基现状

（1）根据地质资料的显示，坝体填土为湿陷性，局部自重湿陷性，应予以处理。

（2）坝基由两部分构成，下部为三叠系砂、泥、页岩互层，倾向北西，透水率q＜5.0Lu，系弱透水层，但局部有裂隙发育，该裂隙位于坝基以下7m 左右，属未贯通裂隙；上部为砂砾石层，是坝基渗漏的主要通道，属重点防渗部位。

（3）左坝肩的砂页岩较为完整，透水率q＜5.0Lu，渗漏量极小；右坝肩砂页岩风化严重，裂隙发育，透水率q＝71～121Lu，且坝与岸坡结合部位的岩石有3.0m 厚的强风化带，属强透水层，是右坝肩渗漏的主要通道。

2.2 坝基与坝体防渗方案选择

针对本工程坝体、坝基、坝基与坝体接触带、右坝肩等部位存在的问题，应采用综合防渗加固方案，建立可靠的防渗体系并提高部分坝体密度。根据国内经验及本工程实际情况，设计出以下三个方案：

（1）槽孔式混凝土防渗墙与复合土工膜方案，墙厚0.3m。

（2）高压摆喷注浆防渗墙与复合土工膜方案，墙厚0.2m。

（3）高压旋喷注浆防渗墙与复合土工膜方案，墙厚0.2m。

大申号水库除险加固工程坝体防渗，初步设计方案为高压旋喷注浆采用三重管注浆工艺，单排布孔，桩径1.0m，桩距0.85m。为优化设计施工图设计中方案为高压摆喷折接式工艺，单排布孔，桩距 1.4m，摆角 30°。2005 年 8 月 9 日—8 月 25 日施工企业对左坝肩及幕轴线CD 段连接部位进行了现场摆喷实验，进行单桩实验13 个。实验结果表明：由于该部位土质较坚硬，高压摆喷桩距1.4m 不能满足设计要求。9 月2 日业主单位、现场监理、施工单位在经过多次桩径变化与现场实验，最终确定灌浆工艺由高压摆喷注浆改为高压旋喷注浆，桩距为0.7m。

经实验结果表明，决定选用高压旋喷注浆防渗墙与复合土工膜相结合的加固方案。

3 防渗体系设计

3.1 防渗体系布置

（1）右坝肩灌浆，从坝顶桩号 0+207.20～0+262.00m，总长54.8m，灌浆底线高程942.0m，最大幕墙高度20m。

（2）坝基砂砾石层灌浆，从坝顶0+000.00～0+207.20m，总长207.2m，帷幕从砂砾石层底部高程下延1.0m 深入基岩，上部到958.0m，最大幕墙高度14m。

（3）坝体复合土工膜与坝基旋喷墙采用C15 混凝土基座搭接。旋喷注浆墙形成后，凿掉上部30cm～50cm 低墙度段，并开凿截渗槽，现浇C15 梯形混凝土，镶入土工膜，形成防渗体。

3.2 高压旋喷灌浆成墙设计

高压旋喷灌浆是按设计布孔，利用钻机钻孔，然后将喷射装置下入孔内，喷射装置射出高压水流，冲击破坏被灌体，同时随喷射流导入浆液与被冲切土体掺搅，提升喷嘴，形成按设计方向、深度、厚度于周围紧密结合的凝结体，构成连续的防渗帷幕墙。

高压旋喷灌浆的高压射流与速度和压力有关，流速越大，动压力越高，则冲切破坏掺搅地层的范围越大。浆液随高压射流，在挤压条件下掺搅进入地层，形成与切割物相混合的凝结体。

3.3 冲填挤压作用

在高压喷射未端及外侧边缘，能量衰减较大，不能冲切土体，但对周围土体产生的挤压作用，使土体得到密实；在喷射过程中和喷射结束后，静压力灌浆作用仍在进行，灌入的浆液对周围土体不断产生挤压作用，使凝结体与周围土体结合更密实。

3.4 渗透凝结作用

高压旋喷灌浆除在冲切范围形成凝结体外，还能是浆液向冲切范围以外渗透形成过渡层，具有较强的防渗性。渗透凝结层的厚度与被灌地层的级配和渗透性有关。在透水性较强的砂砾石层其厚度可达10～50cm。

4 高压旋喷灌浆的施工过程

4.1 修筑施工平台

按照设计图纸认真做好测量放线工作，并在幕墙轴线修筑宽度5m 的施工平台，以便于钻灌设备移动。

4.2 确定灌浆孔位置

根据设计图纸和建设、设计、监理单位提供的基本控制点，认真细致的做好测量放样工作。并用钢尺校核距离，定好孔位，做好标记，要求钻灌孔位偏差不得大于5cm。

4.3 钻孔施工及施喷要点

钻孔质量的好坏直接影响施喷成墙的质量。因此钻孔深度必须达到设计要求孔深，终孔孔斜率不得大于1%。钻孔过程中，各孔应祥细记录孔位、孔深、地层变化、换层、漏浆（泥浆护壁）和掉钻等情况。特别要注意换层的位置，为高喷提供准确的改变参数位置，并在钻孔施工验收完毕后，加盖保护，防止异物掉入孔中。

4.4 高压旋喷灌浆

4.4.1 高压旋喷灌浆技术参数

高压旋喷灌浆技术参数可以根据高压旋喷灌浆试验取得，在开工前应选择相同的地质条件进行高压旋喷灌浆试验，经过开挖、钻孔取芯，注水和压水试验取得技术参数，并对其进行修正，确定最优技术参数，再进行高压旋喷灌浆幕墙施工，如表1 所示。

表1 大申号水库高压旋喷灌浆技术参数

4.4.2 开喷前的准备工作

钻孔经验收合格后，方可进行高压旋喷灌浆。高压旋喷灌浆施工前根据孔深确定三重管长度，检查管路是否畅通，密封是否良好，并在下管前对注浆管总成进行地面试喷，观察水、气、浆的喷射流出情况。三重管必须下入孔底的设计深度，其深度差值不得大于0.1m，如达不到设计深度，必须重新扫孔至设计深度。

4.4.3 高压旋喷施工中的技术措施

（1）按照技术参数从下至上进行高压旋喷灌浆。为了保证桩体与底板的充分连接，升喷时应在孔底旋喷至回浆冒出地面，再静喷5～8mm，待返浆正常后，再开始提升，连续喷到幕墙设计高程，旋喷过程中，回浆中水泥含量应控制在进浆量的20%左右。

（2）必须按规定速度提升，在旋喷提升过程中，如发现异常或不符合要求时，应查明原因，重新返工；处理事故或换管重新喷射时，应将喷射装置下放到原位置以下0.5m 处，重新复喷，以确保搭接长度不小于0.5m，应尽快进行喷灌浆，以免被串孔扫孔，再旋喷灌浆或继续钻进。

4.4.4 高压旋喷灌浆质量的检测

为了检测坝基高压旋喷的灌浆效果，按照有关技术规范的要求，采用开挖、钻孔取芯、压水试验、注水试验、渗压观测、渗漏量观测等多种方法，对坝基高压旋喷防渗效果进行了检查。经随机选取4～6 处，进行桩顶开挖，并开挖试验围井和检查围井。结果表明：桩体连续完整，桩孔位置准确，桩位偏差小于5cm，桩偏斜度小于1%，桩径达到1.3m 的设计要求，形成的防渗墙下游表面干燥，无渗水现象，桩体周围物理力学性质得到很大改善。

按照规范要求，在每个单元工程布置一个检查孔，从上到下进行了简易压水试验，结果表明所有层段渗透率皆小于1Lu，符合设计要求。选取了4～6 个钻孔进行全孔钻孔注水试验，检查围井、试验围井也进行了注水试验，结果表明其渗透系数皆小于10~6cm/s，符合规范及设计要求。

在土层、砂砾石层中分别选取高压旋喷固结体进行室内试验，试验内容包括抗压强度，渗透系数、弹模，结果表明：土层抗压强度大小1.6MPa，弹模大于1.9GPa；砂砾石层旋喷体抗压强度大于10.0MPa，弹模大于6.4GPa；渗透系数均符合规范及设计要求。

水库除险加固后，在第二年汛期高水位蓄水的情况下，在坝体布置的渗流观测孔，随着高压旋喷幕墙的形成，坝体浸润线水位明显降低0.5m～1.2m，大坝下游设置三角量水堰，对大坝灌浆前后的渗漏量进行观测，结果表明渗漏量减少了256m3/d。再应用高压旋喷灌浆对大申号水库大坝坝基进行截渗加固，效果良好，达到防渗和除险加固的目的，满足水库安全运行的要求。