高噴灌漿技術(shù)在郭堡水庫(kù)的應(yīng)用

劉宏武

（山西省汾河灌溉管理局 山西祁縣 030900）

1 郭堡水庫(kù)工程概況

1.1 工程存在問(wèn)題

郭堡水庫(kù)位于黃河流域汾河支流的小西溝、佛峪溝與象峪河匯合處，地處太谷縣范村鎮(zhèn)王公村，屬黃河流域汾河水系。水庫(kù)于1958年動(dòng)工興建，同年12月完工蓄水運(yùn)行。當(dāng)時(shí)壩高32 m,總庫(kù)容1 646萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇；1975年5月進(jìn)行二次改建，1980年12月完工，大壩加高至40 m，改建后水庫(kù)總庫(kù)容為2 926.7萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)500年一遇。是一座以防洪、灌溉為主，兼水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用的中型水庫(kù)。樞紐工程包括大壩、溢洪道、泄洪洞、輸水洞等。

郭堡水庫(kù)在多年的運(yùn)行中，主要存在問(wèn)題是：防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到現(xiàn)行規(guī)范要求；壩體存在安全隱患；溢洪道年久失修，影響運(yùn)行；現(xiàn)有泄洪洞不能正常運(yùn)行。

郭堡水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的主要內(nèi)容是：大壩加高及防滲處理；溢洪道改造；泄洪洞改造；輸水洞改造。

1.2 高噴灌漿的必要性

大壩右側(cè)黃土臺(tái)地段樁號(hào)0+386-0+734處壩基有1～10 m的砂礫石層，滲透系數(shù)0.018～41.1 m/d，初期施工中未作處理；壩基砂巖表層5～10 m屬?gòu)?qiáng)風(fēng)化層；水庫(kù)攔洪蓄水后曾多次發(fā)生滲透變形。1987年在大壩右側(cè)黃土臺(tái)地0+376-0+736段用高噴定噴方式對(duì)砂礫石層作了防滲處理，1991-1992年對(duì)左壩端0+042-0+216.2段進(jìn)行了壩基高噴防滲處理，兩次高噴防滲處理軸線均在壩頂，而且沒(méi)有與0+261-0+386段的壩基截水槽銜接。1988年蓄水到939 m時(shí)，在0+412-0+530段仍有一斜向集中滲漏帶，下游再度管涌。1991年新增了下游壩坡左右壩端貼坡排水，并與壩中排水棱體連接。但未經(jīng)941 m以上高水位運(yùn)行檢驗(yàn)。

因此，此次除險(xiǎn)加固工程對(duì)壩基松散覆蓋層和部分基巖采用高噴灌漿的防滲形式進(jìn)行處理。灌漿范圍為0+360-0+650段，灌漿軸線位于壩軸線上游100 cm處。灌漿底線深入基巖1 m,灌漿頂伸入壩體2 m,但不高于947.0 m。

2 高噴灌漿試驗(yàn)

2.1 工藝流程

2.2 試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇

由于各工程的地質(zhì)條件、工程要求不同，以往工程的施工經(jīng)驗(yàn)只能作為參考很難直接套用。為了使高噴防滲墻的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)要求更符合本工程的實(shí)際情況，根據(jù)施工合同約定，必須在施工前選定有代表性的地層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定適合于本工程合理的施工參數(shù)、設(shè)備條件及漿體配合比。

根據(jù)本工程地質(zhì)特性，業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)理單位聯(lián)合選擇了壩軸線樁號(hào)0+530處左右下游壩腳外側(cè)進(jìn)行板墻和圍井試驗(yàn)。

圖1 工藝流程圖

2.3 試驗(yàn)方案

2.3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

以旋、擺噴形成防滲帷幕，求出滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)旋、擺噴參數(shù)，包括：旋擺噴孔孔距；高壓水水壓、氣壓；提升速度；轉(zhuǎn)盤擺速、漿液比重、水嘴孔徑、氣嘴孔徑等。

2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果及檢查內(nèi)容

（1）旋擺噴板墻之間的連接性。（2）旋擺噴凝結(jié)體的抗嘴壓強(qiáng)度。（3）旋擺噴凝結(jié)體滲透系數(shù)。

2.3.3 選定的試驗(yàn)參數(shù)

面對(duì)自然資源利用沖突日益嚴(yán)峻的狀況，“物權(quán)編”須擔(dān)負(fù)自然資源權(quán)利配置及互不相侵的重任。［34］1但是，檢視《物權(quán)法》用益物權(quán)制度，尚存需完善之處。

根據(jù)郭堡水庫(kù)壩基的地質(zhì)條件、以往工程經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)院提出的參數(shù)范圍，選定圍井布置形式如圖1所示，選定旋擺噴折線板墻布孔形式如圖2所示，

圖2 圍井布置圖

圖3 旋擺噴折線板墻布孔示意圖

折線板墻試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 土層（砂卵層）高噴板墻旋擺噴試驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)表

2.3.4 試驗(yàn)成果

高噴板墻試驗(yàn)結(jié)束7d后進(jìn)行了開(kāi)挖檢查，外觀墻體連接緊密，無(wú)斷處，墻體密實(shí)，堅(jiān)硬，水泥漿凝結(jié)均勻密實(shí)。

施工時(shí)，2、4、6 號(hào)孔為旋噴孔，1、3、5 號(hào)孔為擺噴孔，雖然在施工時(shí)采用了不同的提升速度，從噴射距離的效果來(lái)看，1#和2#連接后可延長(zhǎng)0.2～0.3 m，顯然浪費(fèi)，2#與3#、3#與4#墻緊密連接，達(dá)到了整體防滲的效果。4#與5#、5#與6#連接較疏松。

通過(guò)圍井注水試驗(yàn)，滲透系數(shù)K=3.1×10-7cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3.5 確定用于施工的參數(shù)

通過(guò)參建各方現(xiàn)場(chǎng)觀察試驗(yàn)板墻的成墻情況，共同確定本項(xiàng)工程采用的施工參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 工程采用的施工參數(shù)

3 高噴防滲板墻的施工

郭堡水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程高噴防滲墻總長(zhǎng)290 m，沿壩軸線上游1 m布設(shè)。根據(jù)試驗(yàn)確定施工參數(shù)，本工程共計(jì)242個(gè)孔，鉆孔總進(jìn)尺5 569 m，灌漿總延米為2 662 m。該防滲墻采用旋噴擺噴搭接的形式。施工具體步驟如下：

（1）放線定位：本次施工分為兩序進(jìn)行，其中奇數(shù)孔為Ⅰ序孔，采用旋噴；偶數(shù)孔為Ⅱ序孔，采用擺噴?？拙?.2 m，每10個(gè)孔設(shè)一控制樁。Ⅰ序孔造孔及噴射灌漿完畢7d后，再進(jìn)行Ⅱ序孔的施工。

（2）鉆孔：鉆機(jī)定位要求安放水平，鉆桿保持垂直，且確保鉆孔傾斜率不大于1%。鉆孔采用3臺(tái)XU-300G型地質(zhì)鉆機(jī)，采用φ130 mm合金和金剛石鉆頭鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁。按設(shè)計(jì)要求，本工程鉆孔深入基巖0.5 m。

（3）高噴臺(tái)車就位：應(yīng)保證高噴臺(tái)車的孔口裝置和鉆孔同一軸心，并保證臺(tái)車水平。

（4）下噴射管：在地面調(diào)整轉(zhuǎn)盤擺角（擺噴），進(jìn)行水、氣試噴正常后下管至設(shè)計(jì)深度。下管過(guò)程中，為防止泥砂堵塞，可邊噴水邊下管。

（5）高壓噴射灌漿：當(dāng)噴管下至要求深度后，先靜噴，即先送漿，等孔口冒漿，開(kāi)始送水、氣。冒漿呈水泥色且比重大于1.3 g/cm3開(kāi)始按設(shè)計(jì)速度提升噴射管。進(jìn)漿比重不小于1.5 g/cm3。中間如出現(xiàn)故障停噴，應(yīng)查明原因及時(shí)處理，并在記錄表上如實(shí)記錄故障原因、時(shí)間。處理時(shí)間超過(guò)20 min，復(fù)噴時(shí)要將噴管下伸0.5 m，以保證墻體質(zhì)量。噴至設(shè)計(jì)高程后，繼續(xù)提升0.5 m后再停止噴射，停止?jié){、水、氣的供應(yīng)，提出噴射管，確保高噴墻有效墻體達(dá)到設(shè)計(jì)高程。

（6）靜壓灌漿：噴射結(jié)束后，利用部分純水泥漿灌1 min左右，再利用下一個(gè)孔的回漿及時(shí)向孔內(nèi)注入漿液，將其回填飽滿直至孔中液面不再下沉為止。

4 質(zhì)量檢查

灌漿結(jié)束后，在兩處圍井中進(jìn)行注水試驗(yàn)，滲透系數(shù)分別為 1.6×10-8cm/s、1.9×10-8cm/s，均滿足滲透系數(shù)不大于 10-7cm/s的設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)郭堡水庫(kù)高噴灌漿工程實(shí)踐，筆者認(rèn)為做好高壓噴射灌漿工程，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）針對(duì)不同工程的不同地質(zhì)條件，必須做好高噴灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定高噴灌漿施工參數(shù)。

（2）由于停電、塌孔、設(shè)備故障等原因，施工過(guò)程中的中途停噴是不可避免的，因此必須做好停噴孔的處理，否則由于漿液凝固而造成墻體縱向或橫向裂縫，對(duì)墻體的防滲效果將產(chǎn)生無(wú)法彌補(bǔ)的影響。

（3）重視施工過(guò)程各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制工作。