高壓擺噴灌漿技術(shù)在清河水庫土壩防滲工程中的應(yīng)用

摘要：結(jié)合穆棱市清河水庫除險加固工程高壓擺噴灌漿實例，探討高壓擺噴灌漿技術(shù)應(yīng)用和施工過程中可能遇到的情況及處理方法。

關(guān)鍵詞：高壓擺噴灌漿；施工工藝；水庫；壩體防滲；問題處理

1工程概況

清河水庫位于穆棱市八面通鎮(zhèn)清河村南1km處的清河流域中上游，距八面通鎮(zhèn)6km?？値烊?05.5萬m3，是一座以防洪、灌溉為主的小（Ⅰ）型水庫，設(shè)計標(biāo)準為50年一遇洪水，校核標(biāo)準為500年一遇洪水，灌溉設(shè)計保證率為75%。清河水庫主體工程包括大壩、溢洪道和放水洞。大壩為混合土壩，壩長310m，溢洪道為開敞式側(cè)堰，堰長37m，放水洞為壩下埋管式砼箱涵，洞長42m。

清河水庫始建于1958年大躍進期間，由群眾隊伍進行施工，工程質(zhì)量相對較差，雖然經(jīng)過幾次維修改造，但仍存在壩體、壩基滲漏嚴重等諸多問題，被鑒定為三類壩。清河水庫除險加固工程于2008年3月1日開工建設(shè)，對土壩滲漏采用高壓擺噴灌漿技術(shù)進行處理，通過試驗檢測，土壩滲透指標(biāo)由施工前的10-3cm/s提高到10-6cm/s，防滲效果良好。

2 高壓擺噴灌漿技術(shù)要點

2.1 技術(shù)原理。高壓擺噴灌漿技術(shù)是采用三管法，噴射介質(zhì)為水、水泥基質(zhì)漿液和壓縮空氣，使噴射管做一定角度的擺動和提升運動，利用高壓水形成高速噴射流束，沖擊、切割、破碎地層土體，并以水泥基質(zhì)漿液充填、摻混其中，形成扇形斷面板墻狀的凝結(jié)體，以提高壩體防滲能力的施工技術(shù)。

2.2施工工序和設(shè)備。高壓擺噴灌漿施工工序為：布孔、鉆孔、制漿、高壓灌漿、靜壓回灌。主要施工設(shè)備有：鉆機、高噴臺車、制漿機、高壓水泵、空壓機、灌漿泵。

2.3 布孔與鉆孔。布孔分三個階段。第一階段布先導(dǎo)孔，沿壩體灌漿軸線方向每30米左右布置一個先導(dǎo)孔，利用先導(dǎo)孔采取芯樣，可摸清各壩段壩體土質(zhì)類別、地層變化、漏漿程度、基巖深度等情況。第二階段布試驗孔，根據(jù)工程地質(zhì)報告和先導(dǎo)孔鉆孔情況在大壩一端按設(shè)計孔距布置試驗孔，進行現(xiàn)場試驗確定合適的孔距和灌漿參數(shù)。第三階段布灌漿孔，按現(xiàn)場試驗確定的孔距沿防滲墻軸線布灌漿孔，先導(dǎo)孔可作為灌漿孔之一。鉆孔可采用任意一種鉆進方式。

清河水庫布置了9個先導(dǎo)孔，9個試驗孔，共210個灌漿孔（含先導(dǎo)孔和試驗孔），采用回轉(zhuǎn)鉆進并泥漿護壁。鉆孔孔距為1.5m，孔徑為130mm，設(shè)計深度為進入基巖以下1m，實際孔深超出設(shè)計深度0.3mm.。

2.4制漿。高壓擺噴灌漿漿液為水泥漿。使用水泥為32.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比為1.2：1～0.8：1，漿液密度為1.55g/cm3～1.7g/cm3。水泥漿采用二級攪拌，二級過濾。一級攪拌時間不少于90s，經(jīng)過濾后進入二級攪拌機，邊攪拌邊過濾邊使用，過濾篩網(wǎng)眼尺寸為2mm。

2.5高壓灌漿。高壓擺噴灌漿在鉆孔施工完成并檢驗合格后進行，采用二序施工，先噴Ⅰ序孔，后噴Ⅱ序孔。注漿前先進行地面試噴，檢查機械及管路情況，如水、氣、漿是否暢通，各種參數(shù)是否滿足設(shè)計要求，并調(diào)準噴射方向和擺動角度。一切正常后，垂直下入噴管至設(shè)計深度，先送水泥漿液，后送水和氣，按規(guī)定參數(shù)進行原位噴射，待孔口返出漿液密度達到1.2 g/cm3后再按設(shè)計的提升速度由下至上進行連續(xù)擺噴作業(yè)，如果中途因故中斷后恢復(fù)施工時，應(yīng)對中斷孔段進行復(fù)噴，復(fù)噴搭接長度不小于0.5 m。灌漿施工的各種技術(shù)參數(shù)見表1。

2.6靜壓回灌。當(dāng)噴桿提升至距地面40cm高度時，先停止水和氣，再停水泥漿，由于孔內(nèi)漿液會發(fā)生析水、沉淀和凝固收縮，高噴墻體的頂部會產(chǎn)生凹穴，需用水泥漿及時進行靜壓回灌填補。靜壓回灌要間斷進行，直至填筑到孔口，漿液不再下沉?xí)r為止。每孔完成高噴灌漿后，要對水泥漿管道系統(tǒng)進行沖洗，防止管道堵塞。

3 施工記錄

在高噴灌漿施工中必須每天做好施工記錄，記錄中按造孔和灌漿分別記錄，記錄主要內(nèi)容如下：一、造孔記錄：造孔記錄內(nèi)容包括孔號、序號、樁號、鉆孔時間（包括開鉆時間和完成時間）、鉆孔深度、基巖深度、地質(zhì)分層描述以及鉆孔過程中出現(xiàn)的問題等項內(nèi)容；二、高噴灌漿記錄：包括孔號、序號、樁號、灌漿時間、提升速度、旋轉(zhuǎn)速度、擺動角度、水、氣、漿的壓力和流量、漿液密度、孔口返漿情況以及出現(xiàn)特殊情況的處理等內(nèi)容。

4 施工中特殊情況的處理

高噴灌漿施工中，在鉆孔和灌漿過程會出現(xiàn)塌孔、漏漿、冒漿、串孔等問題引起壓力突降或驟增、孔口回漿密度或回漿量異常等情況，此時，必須查明原因，及時進行處理。清河水庫在高壓擺噴灌漿中，以上情況都有不同程度發(fā)生，經(jīng)過及時恰當(dāng)?shù)奶幚恚_保了施工進度和質(zhì)量。

4.1塌孔。塌孔是在成孔后，由于在鉆孔部位的地層中含砂或礫石較多時，會出現(xiàn)坍塌、脫落，導(dǎo)至灌漿時噴射管無法下到設(shè)計深度。

解決方法：可采取加大泥漿濃度或在泥漿中加入火堿、膨潤土護壁，必要時可采用套管護壁法鉆進。

4.2漏漿。漏漿是由于地層中存在砂、砂礫石或通道，主要表現(xiàn)在鉆孔或灌漿時孔口不返漿或返漿量降低。

解決方法：鉆孔時可采取加大泥漿濃度、泥漿中摻加細砂或向孔內(nèi)填充水玻璃等堵漏材料。灌漿時發(fā)生漏漿可采取停止噴桿提升或降低提升速度、降低噴射壓力和流量、在漿液中摻入速凝劑、加大漿液密度、灌注水泥砂漿或水泥黏土漿等措施。不論是在鉆孔還是灌漿過程中，必需待孔口返漿正常后才能正常提升鉆桿或噴桿。

4.3冒漿。冒漿是指在灌漿過程中漿液在壩坡、地面或庫區(qū)底部流出或噴出。

解決方法：可采取在冒漿點加覆蓋、降低灌漿壓力、間斷灌漿等措施。

4.4串孔。串孔是指在某一孔口正常灌漿時，漿液從相臨孔口返出，說明鉆孔在地下有通道相通。

解決方法：可將串孔孔口開挖清理后封閉并壓重、降低灌漿壓力等措施。灌漿孔結(jié)束后，應(yīng)盡快對串漿孔進行復(fù)鉆至設(shè)計高程。

5 高壓擺噴墻質(zhì)量檢查

在高壓擺噴灌漿施工過程中，應(yīng)對水泥、漿液和各道工序的質(zhì)量嚴格進行控制和檢查，灌漿結(jié)束后，可采用大開挖檢查法、鉆孔取芯檢查法、圍井試驗檢查法等方法對防滲墻體進行質(zhì)量檢查和綜合質(zhì)量評定。

5.1大開挖檢查法。沿擺噴墻體兩側(cè)或一側(cè)進行開挖，挖深一般2～2.5m。用肉眼直觀檢查Ⅰ序、Ⅱ序孔噴射距離、銜接情況，在不同部位橫向打孔取芯檢查墻體厚度、強度等項指標(biāo)。清河水庫共開挖了5段27 m對高壓擺噴墻進行檢查。

5.2鉆孔取芯檢查法。高壓擺噴墻完成14天后，可在墻體上布置鉆孔取芯。檢查孔孔位布置在墻體中心線上的相鄰兩孔高壓擺噴墻體的搭接處，自上而下分段鉆孔、取芯和進行靜水頭壓水試驗。每個單元工程可布置1個檢查孔。清河水庫按單元工程劃分共布置5個檢查孔，共取38個芯樣。

5.3圍井試驗檢查法。圍井檢查需在高壓擺噴墻完成7天后進行，圍井宜布置在地層復(fù)雜、漏漿嚴重或可能存在質(zhì)量缺陷等部位，以高壓擺噴墻為一側(cè)井壁，進行布孔和灌漿形成井型封閉式墻體，并對井底進行封閉，在圍井內(nèi)鉆孔進行注水或抽水試驗。圍井各面墻體軸線圍成的平面面積，砂土、粉土層中不小于3m2，礫石、卵石層中不小于4.5m2。清河水庫共布置了2個圍井，檢測結(jié)果高壓擺噴墻體滲透系數(shù)k=1.48×10-6cm/s，小于設(shè)計滲透系數(shù)值(k)=i×10-5cm/s(i=1~9)，質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

6 結(jié)束語

高壓擺噴灌漿技術(shù)在穆棱市清河水庫除險加固工程中得到了很好的應(yīng)用，它具有工程造價適中、防滲效果良好、施工條件要求低等優(yōu)點，隨著這項技術(shù)逐步成熟，必將在更多的防滲工程中推廣和使用。

參考文獻

[1]《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》，DL/T 5200-2004；

[2]《黑龍江省穆棱市清河水庫除險加固工程初步設(shè)計》，黑龍江省牡丹江市水利勘測設(shè)計研究院。