高壓擺噴灌漿技術(shù)在孟州順澗水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

□薛 波（河南省水利第二工程局）

高壓擺噴灌漿技術(shù)在孟州順澗水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

□薛 波（河南省水利第二工程局）

近幾年來，河南省一些病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固施工中采用高壓擺噴灌漿技術(shù)，取得了良好的防滲效果。本文將高壓擺噴灌漿技術(shù)的施工過程和質(zhì)量檢測辦法加以總結(jié)，分別就施工準(zhǔn)備、過程控制、技術(shù)參數(shù)和工藝要求檢測等方面進(jìn)行了初步探討。

高壓擺噴灌漿；防滲處理；應(yīng)用

一、工程概況

孟州市順澗水庫位于孟州市西虢鎮(zhèn)東北，黃河支流漢水河上，控制流域面積31.26km2。水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩高30.5m。水庫始建于1957年，大壩兩端岸坡未做徹底處理，致使壩兩端產(chǎn)生不均勻沉陷，并出現(xiàn)橫向裂縫，壩體滲漏嚴(yán)重。

此次除險(xiǎn)加固的一項(xiàng)主要任務(wù)，就是采用高壓擺噴灌漿技術(shù)對大壩進(jìn)行防滲處理，在主壩樁號0+032～0+210段，壩上游坡152.8m平臺處進(jìn)行高壓擺噴灌漿。設(shè)計(jì)灌漿孔平行于壩軸線單排布置，孔距為1m。高壓擺噴深入相對不透水層0.5m。

二、施工過程

（一）主要施工設(shè)備

地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、液壓鉆機(jī)，泥漿泵，高壓清水泵，空壓機(jī)，高壓擺噴灌漿臺車，灰漿攪拌機(jī)。

（二）施工準(zhǔn)備工作

高壓擺噴灌漿的質(zhì)量受地層的種類和密實(shí)度、地下水質(zhì)、土顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)影響較大。因此在施工前應(yīng)全面了解地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)要求。灌漿施工前需在設(shè)計(jì)灌漿部位先布設(shè)先導(dǎo)孔，本工程沿設(shè)計(jì)灌漿軸線每50m布置一個(gè)先導(dǎo)孔，利用鉆孔采取芯樣，了解各壩段土質(zhì)類別、地層變化及分部深度、滲漏程度、基巖深度等情況。

高噴灌漿的施工質(zhì)量，還取決于施工技術(shù)參數(shù)的合理選用。本工程采用二管法施工，主要是選好氣、漿的壓力及其流量，噴嘴大小及數(shù)量，噴嘴擺動和提升的速度，漿液配比、相對密度等。上述各種工藝參數(shù)，在理論上雖可做些計(jì)算和分析，但在工程中實(shí)際運(yùn)用往往比較復(fù)雜，因此應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)采取合理的工藝參數(shù)。

提升速度和旋轉(zhuǎn)是噴射流相對性移動的速度，它是決定噴射流沖擊切割土層時(shí)間長短的兩個(gè)主要因素，因此提升速度和旋轉(zhuǎn)速度的相互配合是至關(guān)重要的。旋噴或擺噴時(shí)，提升速度過慢影響工效，增加耗漿量；旋轉(zhuǎn)速度過快樁徑太小，影響施工質(zhì)量。一般控制在每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，提升0.5～1.25cm，這樣可使土體破壞，且土顆粒破壞得較為細(xì)而均勻。

表1 目前國內(nèi)高壓擺噴灌漿施工常采用的技術(shù)參數(shù)表

順澗水庫高噴灌漿開工前，在現(xiàn)場選一處地質(zhì)情況具有代表性的場地，先進(jìn)行高壓擺噴灌漿試驗(yàn)，以獲取合適的施工技術(shù)參數(shù)。試驗(yàn)共布設(shè)10個(gè)孔，單排布置，灌漿采用二管法。鉆孔孔深定為7.3m，灌漿深度1～7m，最終選定的技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 灌漿技術(shù)參數(shù)表

防滲體齡期到期后，對防滲體進(jìn)行開挖檢查，并做圍井注水試驗(yàn)。開挖后防滲體板墻主要量測數(shù)據(jù)為：單孔噴射半徑0.48～0.72m，單孔噴射直徑0.95～1.42m，單孔防滲體厚度0.18～0.24m。注水試驗(yàn)結(jié)果見表3。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)灌漿防滲體抗?jié)B性及整體性滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

表3 注水試驗(yàn)結(jié)果表

（三）施工程序和工藝

施工工藝流程主要有：鉆機(jī)定位→鉆孔→制漿→下噴射管→供壓縮空氣、高壓水、水泥漿→擺動、提升→噴射完成→孔內(nèi)靜壓充填灌漿→高壓擺噴灌漿完成→移機(jī)。

1.制漿

本工程漿液為純水泥漿，采用普通硅酸鹽32.5＃水泥，水灰比為1：1～1.5：1。水泥漿液應(yīng)嚴(yán)格過濾，防止發(fā)生堵塞事故。當(dāng)環(huán)境溫度≤10℃時(shí)，漿液存儲時(shí)間≤5h；當(dāng)環(huán)境溫度≥10℃時(shí)，存儲時(shí)間≤3h。

2.鉆孔

采用回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)成孔，φ110mm硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)。首先把鉆機(jī)對準(zhǔn)孔位，用水平尺掌握機(jī)身水平，墊穩(wěn)、墊平機(jī)架，控制孔位偏差≤1～2cm。鉆孔深度應(yīng)深入基巖或相對不透水層0.5～1m，且超設(shè)計(jì)孔深0.3m后停止鉆進(jìn)，單孔鉆孔任務(wù)結(jié)束。

鉆孔嚴(yán)格控制孔斜，以保證兩孔間所形成的防滲凝結(jié)體結(jié)合，不留孔隙。每鉆進(jìn)3～5m，用測斜儀量測1次，發(fā)現(xiàn)孔斜率超過規(guī)定應(yīng)隨時(shí)糾正。

3.下噴射管

噴射管下入前，先送水、氣進(jìn)行試噴，把各噴射參數(shù)調(diào)至符合要求的參數(shù)。試噴正常后用膠布包扎噴嘴，將注漿管下到預(yù)定孔深，下管時(shí)采取低壓送水、氣、漿方法，防止噴嘴的堵塞。在準(zhǔn)確確定噴射方向和擺動角度，確保噴嘴不偏斜后才可進(jìn)行噴射施工。

4.擺噴灌漿

當(dāng)噴射管下到設(shè)計(jì)深度后，送入漿、氣，擺噴1～3min；待注入的漿液冒出后，按預(yù)定的提升、旋轉(zhuǎn)、擺動速度自下而上邊噴射邊轉(zhuǎn)動、擺動，邊提升直到設(shè)計(jì)高度，停送氣、漿，提出噴射管。

擺噴灌漿開始后，值班技術(shù)人員必須時(shí)刻注意檢查注漿的流量、氣量、壓力以及旋、擺、提升速度等參數(shù)是否符合要求，做好記錄。

5.壓漿回灌

噴射灌漿后，由于重力作用和漿液本身的特性，噴射灌漿形成的漿、氣、土混合液，在逐漸凝結(jié)硬化的前期，其表面因析水沉淀而出現(xiàn)一定程度下陷形成所謂凹穴。為解決凝結(jié)體頂部因漿液析水、凝固收縮而出現(xiàn)的凹陷現(xiàn)象，每當(dāng)噴射結(jié)束后，隨即在噴射孔內(nèi)進(jìn)行靜壓充填灌漿，回灌時(shí)間不應(yīng)少于30min，直至孔口液面不再下沉為止。

6.施工中特殊情況的處理

漏漿處理：高噴時(shí)孔口返漿是確保板墻質(zhì)量的重要措施之一，如地層漏漿過大，出現(xiàn)不返漿時(shí)應(yīng)立即停止噴漿，采取下列措施：凈噴，不提升噴射管，待孔口恢復(fù)返漿后，再繼續(xù)進(jìn)行提升噴灌；降低漿壓，增大返漿濃度和漿量，恢復(fù)返漿后，將漿壓調(diào)至規(guī)定值再進(jìn)行高噴；降低提升速度，上下重復(fù)噴灌；對于漏漿嚴(yán)重地段，可向孔內(nèi)回填砂土或其它顆粒材料進(jìn)行堵漏，同時(shí)加大水泥漿比重和摻加速凝劑。

中斷噴漿的處理：在噴射注漿中，突然停電、高壓泵壓力不夠、供漿量不足等原因，會造成注漿中斷。當(dāng)恢復(fù)噴漿時(shí)，必須復(fù)噴0.5m，以保證樁的連續(xù)性和可靠性。

冒漿的處理：在高噴過程中，通過對冒漿的觀察，可以及時(shí)了解高噴的大致效果與高噴參數(shù)的合理性。冒漿量不正常時(shí)，應(yīng)及時(shí)查明原因，采取措施處理。若地層中有較大空隙而不冒漿，可在漿液中加入適量的速凝劑，縮短固結(jié)時(shí)間，使?jié){液在一定時(shí)間內(nèi)凝固，也可增大注漿量。如果冒漿過大，說明有效噴射范圍與注漿量不相適應(yīng)，注漿量大大超過高噴固結(jié)所需的漿量，可采取提高噴射壓力或減少注漿量、適當(dāng)縮小噴嘴孔徑、加快提升和擺動速度等措施。

三、質(zhì)量檢測措施

高壓擺噴灌漿工程是用于防滲加固為目的的隱蔽性工程，其施工質(zhì)量的好壞，一般不易直接觀察，而須采取必要的方法和手段進(jìn)行檢查。根據(jù)凝結(jié)體本身的性能、形狀、作用，主要檢查以下幾個(gè)項(xiàng)目：力學(xué)特性包括密度、相對密度、抗壓、抗折和抗剪強(qiáng)度、彈性模量、溶蝕性等；抗?jié)B性（滲透系數(shù)）；形狀和尺寸；整體性（連續(xù)性）和均勻性。

本工程的墻體連接形式為擺噴折接，宜采用圍井檢查法。依據(jù)《水利水電高壓擺噴灌漿技術(shù)規(guī)范》（DL/T5200-2004）的要求，灌漿結(jié)束后，分別在壩左右岸坡處及主壩段等地層結(jié)構(gòu)不同的、滲漏嚴(yán)重的部位，布置圍井5處，分別在圍井中心鉆孔進(jìn)行了注水試驗(yàn)。通過注水檢驗(yàn)，5處滲透系數(shù)均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求，最高值為3.3×10-7，最低值為2.2×10-7。原壩體滲漏處未見管涌滲流等現(xiàn)象，防滲效果良好。

四、結(jié)語

高壓擺噴灌漿技術(shù)作為一種新型的施工技術(shù)，在水利工程防滲中應(yīng)用的前景很好，在施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)定好的技術(shù)參數(shù)和相關(guān)規(guī)范規(guī)程要求，避免人為或其它因素的破壞而產(chǎn)生缺陷影響防滲效果，就能夠保證施工質(zhì)量。

2010-05-28