高压喷射灌浆技术在水库防渗加固中的应用

张秀娟

（蒙阴县高都镇农业综合服务中心，山东 临沂 276219）

1 工程概况

张林沟水库位于蒙阴县高都镇下坦布林村西200m，属沂河水系梓河支流莫庄河上，控制流域面积1.325km2，总库容52.61 万m3，控制灌溉面积13.33hm2。工程于1978 年12 月建成蓄水，是兼顾防洪、灌溉、水产养殖等综合利益于一体的小（2）型水库，工程等级为v 等，大坝（黏土心墙砂壳坝）及主要水工建筑物为5 级。目前存在的主要问题是左坝端坝脚有明显渗漏，综合评定为三类坝，需要尽快对全坝段进行防渗加固处理。

2 高压喷射灌浆技术设计要点

经过专家实地勘察，由于本身水库规模很小，因此设计不对坝体进行大规模动土，采用成本较低的高压喷射灌浆技术对其进行防渗治理。

2.1 防渗加固机理分析

高压喷射灌浆技术通过喷射流对土体产生切、劈破坏，将水泥浆液压入劈裂缝隙中，凝固后便形成一个坚硬隔离层[1]。为了加大破坏力，通常采用“水气同轴喷射”，借助空气的小阻力而扩大喷射范围，产生的破坏力P计算公式为：

式中：ρ为密度，kg/m3；Q为流量，m3/s；Vm为射流速度，m/s。

2.2 高压喷射灌浆主要参数设计

2.2.1 防渗止水孔距设计

高压喷射灌浆技术的孔距D 设计与孔深、土质、粒径、搭接长度等直接相关，可用（2）经验公式来大致计算[2]。但在实际使用时，还需要结合现场试验来进行调节，对于本项目小型水库，设计一排灌浆孔充填即可满足防渗要求。常见布置形式和对应孔距数值[3]，见表1。结合实际情况，张林沟水库大坝防渗加固采用直摆型，孔距设计为1.5m，设计墙体厚度15cm，孔距D 的计算公式为：

表1 常见防渗墙形式和土质下的孔距值

式中：δ为地层影响系数；L为有效喷射距离，m；h为孔深，m；θ为孔斜率，%；t为搭接长度，m。

2.2.2 注浆材料种类选择分析

灌浆材料的品种和性能直接影响到防渗加固治理，而水工建筑在高喷灌浆中常用的材料为水泥浆液，不同用处的材料配方如表2 所示[4]。张林沟水库大坝防渗加固没有特殊要求，且深度不受地下水影响，因此选取普通型即可。

表2 不同配方适用条件

2.2.3 固结体强度设计标准

固结体强度是评价防渗加固效果的主要标准，其主要受以下3 个因素影响：①土质；②灌浆材料水灰比；③灌浆施工方法。在同一水灰比条件下（1:1.5），不同土质在不同施工方法下的强度标准对比（28d）[5]如表3 所示。总体效果来看，在同一土质下，三观法＞二管法＞单管法，成本与效果呈正比关系。张林沟水库建设规模小、标准低，且防洪任务小，因此采用单管法即可。

表3 固结体强度标准

3 高压喷射灌浆技术应用

3.1 施工参数设计分析

3.1.1 施工设备选择

本次张林沟水库大坝防渗采用单管法高压喷射灌浆技术，其主要应用的施工设备型号及适用条件/规格参数，单管法高压喷射灌浆技术设备及型号如表4 所示。

表4 单管法高压喷射灌浆技术设备及型号

3.1.2 施工工序和基本要求设计

本次张林沟水库大坝防渗加固施工流程如图1所示。下面针对主要一些工序的基本要求进行说明分析：

图1 施工流程示意图

1）测量放线。在高压灌浆施工轴线孔位上打木桩做标记，并标明每个孔口高程、深度等信息，要求孔位偏差在5cm 以内。

2）钻孔。钻机就位固定后，利用水平尺控制机身水平，严格控制孔斜率，要求≤0.5°；钻孔孔径应大于喷管管径20mm，深度要进入基岩层1.0m以上；保持钻芯完整，并由现场技术人员签字验收[6]。

3）下放喷射管及喷射灌浆。在下放喷射管过程中，为防止喷嘴堵塞，可不断低压送水气（<1.0MPa），或者将喷嘴用塑料袋包扎。喷头放至设计深度后，按照规定参数进行喷射灌浆，等有浆液冒出孔口后便可正式提升摆喷。设计摆动速度为10r/min，提升速度0.1m/min，注浆量控制在30L/min[7]。

4） 回灌填补和冲洗管路。高压喷射施工结束后，由于水泥浆液沉淀和凝固现象会使体积缩小，孔口处会凹陷，此刻应及时回灌填补并捣实，直至填平。施工结束后要及时高压清洗设备管道，尤其是注浆管，要求冲洗3 遍，每遍间隔5min，保证射出的水流为清水才可以。

3.2 施工过程控制要点分析

3.2.1 冒浆处理分析

冒浆是高压喷射灌浆施工中最常见的问题，只要冒浆量在20%以下，均不用作处理。若冒浆量﹥20%，则一般采取以下三种措施来减少冒浆：①提高灌浆压力，并保持注浆量不变，这样可以浆液延展性更好；②换装小孔径喷嘴，保持压力不变，这样也是提高了灌浆劈裂延展性；③适当加快注浆管提升速度，并保持灌浆量不变，这样就没有多余浆液从钻孔内冒出[8]。

在本次张林沟水库大坝施工中，通过提高了30%的灌浆压力，使冒浆问题得到解决，本质还是由于个别地段密实性强，原压力不足以破坏其结构。

3.2.2 漏浆处理分析

在施工中若遇到漏浆问题，其处理方式基本与冒浆处理措施相反，即：①适当减小灌浆压力，同时减少灌浆量；②在浆液中掺入一定量速凝剂，如：氯化钙、水玻璃等；③降低提升速度，同时减少灌浆量，若还有漏浆问题，则停止灌浆并灌注水泥砂浆堵漏。

漏浆问题一般是土体中裂隙发育多且贯通，在本次张林沟水库大坝施工中并没有出现该类问题，说明黏土心墙整体结构比较完整。

3.2.3 防渗墙体质量检测

张林沟水库大坝施工结束后，采用钻探法对采出的岩芯连续度进行分析，共计取芯25 处，墙体基本能够达到结构连续、厚度一致。水库正常蓄水后又对其进行了持续一个月的渗漏监测，最大渗漏量仅为加固前的20%，大坝安全稳定性完全满足使用需要。

4 结 语

高压灌浆喷射技术目前针对于中小型坝体防渗加固有着广泛应用，而且应用效果较好，性价比很高。本次张林沟水库大坝项目共计花费25.8 万元，施工工期20d。由于我国现存多处建设于上世纪60年代的中小型水库大坝均面临防渗加固，因此该技术有着广阔的市场基础。但需注意，在应用时务必要根据现场实际地质情况灵活调整灌浆材料、施工参数等，防止出现盲目照搬问题。