高壓定噴灌漿防滲技術(shù)在娘塘水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

汪秀林

（娘塘水庫除險(xiǎn)加固工程建設(shè)管理局 共和 813000）

1 工程概況

娘塘水庫系青海南山山南沙珠玉河干流上的一座以灌溉為主的注入式水庫，距省會(huì)西寧210km，庫區(qū)原為一天然風(fēng)蝕洼地，水庫東南側(cè)山梁將水庫和沙珠玉河分割開來，山梁即為大壩，可視為均質(zhì)壩。水庫總庫容1080萬m3，其中興利庫容880萬m3，死庫容200萬m3，為中型水庫，工程等級(jí)為3級(jí)，主要建筑物等級(jí)為3級(jí)。水庫正常水位2899.24m，死水位2892.8m，設(shè)計(jì)控制灌溉面積3513hm2。該水庫是為青海省共和縣沙珠玉鄉(xiāng)開發(fā)宜農(nóng)荒地、安置部分龍羊峽水庫移民、營(yíng)造灌區(qū)防護(hù)林網(wǎng)等修建的水源工程。

由于工程地處地質(zhì)條件較差，受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)、施工等條件的限制，工程在運(yùn)行10多年后，現(xiàn)出了水庫滲漏嚴(yán)重，壩體局部發(fā)生滲透破壞；大壩存在可液化地層，庫岸地震穩(wěn)定性不夠；輔屬設(shè)施遭遇毀壞等諸多安全問題；影響到了工程的安全運(yùn)行和效益的正常發(fā)揮，為此，進(jìn)行了水庫除險(xiǎn)加固。

2 防滲加固處理方案的選擇

娘塘水庫滲漏主要為庫底及庫岸滲漏和沿放水洞外壁的接觸滲漏。水庫壩體壩基為微膠結(jié)粉砂層，缺乏防滲的粘土或壤土料，水平防滲處理方案、帷幕灌漿防滲方案都不可行?？紤]到高壓噴射灌漿對(duì)娘塘水庫的粉砂地層比較適用，且漿液易與放水洞襯砌結(jié)合，還可依靠高壓噴射漿液對(duì)放水洞底板以下土層進(jìn)行防滲處理，防止沿放水洞與圍巖接觸面的接觸滲漏沖刷破壞洞周土體。高壓噴射灌漿又以高壓定噴灌漿既能滿足設(shè)計(jì)要求，且投資相對(duì)較省，施工方便，效果顯著，最為優(yōu)越。經(jīng)方案比較，確定采用垂直防滲處理方案中的高壓定噴灌漿方案。

高壓定噴防滲線沿庫岸2899.80m等高線布置，防滲線長(zhǎng)730m，在此高程上開挖4m寬的施工平臺(tái)。為加強(qiáng)放水洞周圍的防滲能力，高壓定噴灌漿設(shè)計(jì)在放水洞兩側(cè)設(shè)雙排，洞左設(shè)置50m，洞右設(shè)置80m，排距0.5m，其余均為單排，鉆孔間距1.6m，平均孔深22.0m，鉆孔伸入相對(duì)不透水層不小于2.0m，垂直精度按1/200控制。防滲墻體與基巖連接,形成一個(gè)整體的防滲體系。

3 高壓定噴灌漿防滲技術(shù)的應(yīng)用

3.1 主要技術(shù)參數(shù)的選定

本次高壓定噴灌漿采用三重管、雙噴嘴、定噴法。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在高噴灌漿軸線上64m范圍內(nèi)作生產(chǎn)性試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)提供的高壓定噴灌漿參數(shù)在該地層的合理性，高壓定噴灌漿施工所用機(jī)具和施工方法在該地層的適宜性。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)確定的灌漿防滲的施工技術(shù)參數(shù)見表1。

3.2 高壓定噴灌漿防滲施工的設(shè)備

按照高噴灌漿工藝的要求，高壓噴射灌漿施工設(shè)備為由造孔、供水、供氣、供漿和噴灌等五大系統(tǒng)及其他配套設(shè)備組裝而成的成套設(shè)備。本次防滲施工設(shè)備具體如下：造孔系統(tǒng)主要設(shè)備為XY—2PC型鉆機(jī)；供水系統(tǒng)主要設(shè)備為3D2—S型臥式三柱塞泵、5層鋼絲纏繞的高壓膠管；供氣系統(tǒng)主要設(shè)備為YV6/8型空壓機(jī)，排氣壓力為0.8MPa；供漿系統(tǒng)主要設(shè)備為臥式攪漿機(jī)、三柱塞灌漿泵、螺旋上料機(jī)；噴灌系統(tǒng)主要設(shè)備為機(jī)架、卷揚(yáng)機(jī)、旋擺機(jī)構(gòu)、噴射裝置；其他配套設(shè)備為回漿泵和監(jiān)測(cè)設(shè)備。

表1 高噴灌漿施工參數(shù)

3.3 施工順序和施工工藝

a.施工順序。分兩段進(jìn)行施工，各段內(nèi)先施工下游排、后施工上游排，同一排內(nèi)以先一序、后二序的原則進(jìn)行加密施工，最后施工圍井檢查孔。

b.施工工藝流程。定孔→鉆機(jī)就位→鉆孔→驗(yàn)孔→噴塔就位→試噴→下噴桿→起拔套管→靜灌→孔口回填→管路清洗→噴塔移開。

3.4 施工步驟

a.布孔。在灌漿軸線0+000～0+340和0+440～0+730之間，為單排布孔，孔距1.6m；在灌漿軸線0+341.20～0+440之間，為雙排孔，孔距1.6m，排距0.5m?？咨钊胂鄬?duì)不透水層不小于2.0m，平均孔深22.0m。其布孔方式見圖1。

圖1 高噴灌漿布孔

b.鉆孔。XP—2PC型鉆機(jī)就位后用水平尺校核鉆機(jī)立軸的垂直度，要求其偏斜不大于0.5%，然后將鉆機(jī)固定，用φ146的偏心鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法鉆2～4m深，下入φ146套管；接著用φ108的潛孔錘跟管鉆進(jìn)法鉆至超設(shè)計(jì)深度0.3m。

c.試噴。待監(jiān)理工程師驗(yàn)孔后，噴塔就位，接著按設(shè)計(jì)和試驗(yàn)確定的噴灌壓力，送高壓水和氣進(jìn)行試噴1～2min，以便檢查噴嘴（水、氣嘴）是否正常。

d.下噴桿。試噴后，將水、氣嘴保護(hù)好，以免泥沙進(jìn)入。然后按順序下噴桿至孔底，每根噴桿均應(yīng)擰緊，并裝好定位螺釘。

e.起拔套管。用噴塔卷揚(yáng)機(jī)先將φ108的套管全部拔出，再起拔φ146配管。一次起拔配管應(yīng)不超過10m，以防發(fā)生意外。

f.靜管。送入0.6∶1～1∶1的水泥漿至孔口返漿或送入漿液達(dá)1m3后，進(jìn)行下一道工序施工。靜灌時(shí)噴桿不得提升。

g.噴灌。靜灌后，依次送入水、氣，待水、氣、漿各參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求、噴射方向正確后，提升噴桿。

h.孔口回填。噴灌至設(shè)計(jì)高程后，依次停氣、水，并將噴頭提出孔口，同時(shí)送0.6∶1～1∶1的水泥漿或利用噴下一孔的回漿回填灌漿孔至孔口漿液基本不下降為止。

i.管路沖洗。噴灌工作結(jié)束后，將噴頭提離孔口，用水將漿液沖洗干凈，并送高壓水和氣檢查水、氣路是否暢通，并檢查水、氣嘴的磨損程度。

j.記錄。原始記錄包括鉆孔記錄（驗(yàn)孔記錄）、高噴灌漿施工記錄。要求各項(xiàng)記錄每10min記錄一次，且均在現(xiàn)場(chǎng)記錄，保證其真實(shí)性、準(zhǔn)確性，以便分析資料，即時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

3.5 噴灌時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

a.高壓泵、空氣壓縮機(jī)的壓力、排量應(yīng)滿足高壓噴射灌漿設(shè)計(jì)要求；拌漿機(jī)必須裝篩網(wǎng)，且在整個(gè)灌漿過程中能連續(xù)均勻地拌和漿液，其拌和能辦應(yīng)大于最大設(shè)計(jì)灌漿量；灌漿機(jī)應(yīng)優(yōu)先選用雙缸或多缸活塞式，并有足夠的排漿量，其壓力應(yīng)大于最大設(shè)計(jì)壓力的1.2倍；噴塔必須牢固、平穩(wěn)、制成高架，以保證整個(gè)鉆孔能連續(xù)噴灌至結(jié)束；噴桿必須平直，接頭應(yīng)有鎖緊裝置，并有足夠的強(qiáng)度，其總長(zhǎng)度應(yīng)大于最大設(shè)計(jì)孔深0.5m以上，且應(yīng)有長(zhǎng)度、定向標(biāo)記；水、氣嘴的直徑和加工廠、裝配精度應(yīng)符合規(guī)定。漿嘴必須設(shè)在水、氣嘴的下方，并隔一定的距離；提升裝置應(yīng)有足夠的提升能力，保證噴桿能均勻、平穩(wěn)提升，并能在0～25cm/min間實(shí)現(xiàn)無級(jí)或多級(jí)調(diào)速；高壓水、氣、漿系統(tǒng)應(yīng)分別有壓力表，提升裝置應(yīng)有提升速度儀表或標(biāo)記。

b.攪拌水泥漿所用水質(zhì)符合《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63—89）的規(guī)定。

c.在制作漿液時(shí)普通攪拌機(jī)不少于90s，高速攪拌機(jī)不少于30s，水泥漿自制備到用完的時(shí)間不應(yīng)超過4h，超過4h的水泥漿液作為廢料處理，不得再作為施工用料。返出孔外的漿液經(jīng)沉淀后，加水泥攪拌，可繼續(xù)使用。漿液溫度應(yīng)保持在5～40℃，低于或超過標(biāo)準(zhǔn)為廢漿，不得使用。

d.噴灌方式采用三重管、雙噴嘴、定噴法，單孔板墻間折線搭接，其方向角為4°，見圖2。

圖2 板墻搭接示意圖

3.6 特殊情況的處理

a.噴灌中斷的處理。盡可能縮短中斷時(shí)間，及早恢復(fù)灌漿；中斷時(shí)間較短，且中斷時(shí)未變換漿液，恢復(fù)噴灌時(shí)，應(yīng)搭接20cm以上；中斷時(shí)間較長(zhǎng)，但未超過24h，恢復(fù)噴灌時(shí)，應(yīng)搭接50cm以上；中斷時(shí)間超過24h，由施工方會(huì)同業(yè)主方、監(jiān)理方、設(shè)計(jì)方及時(shí)研究采取合理的處理辦法。

b.漏失孔段的處理。噴射灌漿前，應(yīng)先進(jìn)行靜壓灌漿，待漏漿停止后才進(jìn)行正常噴射灌漿；噴射灌漿過程中發(fā)現(xiàn)漏失孔段，則應(yīng)降低提升速度或停止提升，進(jìn)行靜灌，或在漏漿地段重復(fù)噴射，或改定噴為旋噴灌漿，直至恢復(fù)正常為止；若漏失嚴(yán)重，應(yīng)加濃漿液或經(jīng)各方同意加入速凝劑或河砂、粉煤灰、碳灰等摻合材料。

c.板墻缺陷的處理。缺陷部位噴灌后時(shí)間未超過24h，可將噴桿下至該部位進(jìn)行重復(fù)噴射灌漿，其上、下的搭接長(zhǎng)度不小于100cm；缺陷部位噴灌后時(shí)間超過24h，應(yīng)采取加孔的方法處理，加孔位置和數(shù)量與監(jiān)理工程師研究確定。

4 高壓定噴防滲墻體的質(zhì)量控制

4.1 高壓定噴防滲墻體的施工裝備

優(yōu)良的施工隊(duì)伍和先進(jìn)的施工設(shè)備是保證工程建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵。本工程施工采用的施工設(shè)備是通過設(shè)計(jì)和生產(chǎn)性試驗(yàn)選定的，具有在高原地區(qū)和砂質(zhì)地層中運(yùn)用的合理性和適宜性。施工隊(duì)伍是一支具有豐富施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)力量雄厚的優(yōu)秀隊(duì)伍，工程項(xiàng)目經(jīng)理曾參與了《高壓噴射灌漿防滲工程施工規(guī)范》的編制，具有在高噴灌漿防滲工程施工方面的技術(shù)權(quán)威，施工隊(duì)伍在青海地區(qū)已成功實(shí)施了三項(xiàng)高噴防滲工程的施工。

4.2 主要材料的技術(shù)參數(shù)

工程建設(shè)的主要材料是水泥，采用了普通硅酸鹽水泥，經(jīng)水泥物理力學(xué)檢驗(yàn)，3天抗折強(qiáng)度均值為4.6MPa（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為2.5MPa），3天抗壓強(qiáng)度均值23.5MPa（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為11.0MPa）；水泥無受潮結(jié)塊，細(xì)度為0.080mm方孔篩余量為5.7%（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為不大于10%）；其他物理性質(zhì)均符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 灌漿技術(shù)參數(shù)

選定合理的高壓定噴灌漿技術(shù)參數(shù)是防滲墻體質(zhì)量的重要保證，嚴(yán)格遵守施工操作規(guī)范和程序是保證防滲墻體質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。娘塘水庫除險(xiǎn)加固工程通過生產(chǎn)性試驗(yàn)確定的設(shè)計(jì)參數(shù)在該地區(qū)地質(zhì)層中具有合理性和適宜性。

5 高壓定噴防滲墻體的質(zhì)量檢查及效果評(píng)述

在本次高壓定噴灌漿防滲的施工中共設(shè)了13個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行墻體的防滲檢查。其中，圍井11點(diǎn)，淺坑開挖2點(diǎn)。

5.1 圍井檢查

圍井施工結(jié)束7天后，在圍井中心的花管中進(jìn)行了注水試驗(yàn)，通過滲透系數(shù)分析墻體的防滲效果，成果見表2。

從表2可以看出：11個(gè)注水孔的滲透系數(shù)均小于設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)i×10-6cm/s，防滲效果達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 淺坑開挖檢查

1號(hào)開挖檢查坑。挖出的墻體完整、致密，厚薄較均勻，搭接良好，強(qiáng)度較高（見圖3）。單孔板墻長(zhǎng)2.1～3.3m，厚0.14～0.2m，平均厚0.17m。

2號(hào)開挖檢查坑。挖出的墻體雖不如1號(hào)板墻均勻（主要是地層較松散，一序孔噴的太遠(yuǎn)，使得二序孔直接噴到一序孔的墻體上而形成不規(guī)則的固結(jié)體），但墻體完整、致密，整體搭接很好，強(qiáng)度較高（見圖4）。單孔板墻長(zhǎng)2.5～3.7m，厚0.16～0.24m，平均厚0.2m。

從質(zhì)量檢查的結(jié)果看,防滲墻體無論從外觀墻體本身的穩(wěn)定性，還是從設(shè)計(jì)所要求的防滲效果方面，都是很成功的，成為在結(jié)構(gòu)松散地層中實(shí)施防滲工程的范例。

6 結(jié)語

a.全面高噴灌漿前，進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，以取得更適宜的工藝參數(shù)是非常必要的。該工程采用的施工技術(shù)參數(shù)、施工工藝基本合理。

b.在粉砂地層用潛孔錘跟管鉆進(jìn)法鉆孔進(jìn)度慢、成本高，而用XY—2PC型鉆機(jī)，回轉(zhuǎn)、清水鉆進(jìn)效果均較好。

表2 圍井檢查孔注水試驗(yàn)成果

圖3 1號(hào)開挖檢查坑墻體情況

圖4 2號(hào)開挖檢查坑墻體情況

c.高壓噴射灌漿防滲墻屬隱蔽工程，僅依靠數(shù)個(gè)檢查孔和開挖觀察來檢查整個(gè)墻體的防滲性有很大的局限性，建議工程管理單位在水庫運(yùn)行中加強(qiáng)觀測(cè)。