旋噴灌漿基礎(chǔ)處理在水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

李寶國

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 太平池水庫壩基存在問題

太平池水庫位于吉林省農(nóng)安縣西南部的龍王、三崗和燒鍋三鄉(xiāng)交界處，水庫壩址在新開河左支翁克河下游法子墻屯附近。是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、養(yǎng)魚綜合利用的大（2）型水庫。

太平池水庫所在地區(qū)為松遼平原的一部分，地勢(shì)較為平坦，東南高，西北低，為平原低水頭大型水庫。大壩已運(yùn)行50多年，壩基沉陷過程已經(jīng)完結(jié)，壩基沉陷穩(wěn)定問題不大。壩基淤泥質(zhì)壤土、壤土層，雖分布零星，厚度較薄，但對(duì)滑動(dòng)穩(wěn)定起控制作用。

壩基均為黏性土，滲透系數(shù) K=2.05×10-6～1.08×10-5cm/s，為微—弱透水層；鉆孔揭露的全風(fēng)化泥巖夾薄層砂巖，揭露厚度0.60～11.75 m,滲透系數(shù)K=1.34×10-5cm/s，為弱透水層，但1985年以來，主壩段壩后斷續(xù)有積水、濕地，局部沼澤化；其中樁號(hào)壩2+550～壩2+700 m及壩2+780～壩2+830 m兩段漏水尤為嚴(yán)重。

根據(jù)勘察，壩體、壩基長(zhǎng)期觀測(cè)水位資料分析，雖然實(shí)際水平比降較小，但現(xiàn)在壩后坡腳處生長(zhǎng)著大量喜水植物及多處冰面（夏季斷續(xù)有積水、濕地，局部沼澤化），而且壩后二馬道處的減壓井（或排水管）見有水從底部冒出。由此說明，壩基的全風(fēng)化泥巖夾件薄層砂巖中存在滲漏與滲透穩(wěn)定問題。

2 旋噴灌漿基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)

經(jīng)過勘察分析，壩基全風(fēng)化泥巖夾薄層砂巖層存在滲漏及滲穩(wěn)問題，設(shè)計(jì)在樁號(hào)壩1+356～壩3+300 m段，長(zhǎng)1 944 m，采取垂直防滲處理措施，設(shè)計(jì)方案為高壓旋噴灌漿。

高壓噴射灌漿位于壩軸線上，根據(jù)地質(zhì)資料建議，自壩1+300至壩3+350樁號(hào)之間，采用旋噴，灌漿孔距0.7 m，最大鉆孔深度16.0 m。防滲墻底部嵌入基巖全風(fēng)化泥巖夾薄層砂巖層內(nèi)5.00 m，頂部灌漿到壩體建基面以上1.00 m，采用黏土球封孔。旋噴灌漿工程量為：旋噴樁鉆孔43 040 m，旋噴灌漿29 833 m。

3旋噴灌漿基礎(chǔ)處理的施工

3.1 施工臨時(shí)設(shè)施及工藝布置

3.1.1 施工布置情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和施工需要，混凝土防滲墻施工必備水泥漿攪拌系統(tǒng)、泥漿制備系統(tǒng)及儲(chǔ)料場(chǎng)等。水泥漿攪拌利用壩上布置的漿液攪拌機(jī)；封孔泥漿制備系設(shè)黏土儲(chǔ)料庫（2×100 m2）布置在主壩壩后馬道上。施工布置見圖1。

（1）施工用電。由營(yíng)地主變壓器接引，通過120 mm2電纜分別接引至各施工面區(qū)段的配電柜處，再由此用50 mm2電纜分引至壩上作業(yè)區(qū)，并每隔150 m布置一個(gè)配電柜。供電線路在旋噴防滲墻軸線上游2 m處并平行軸線布置。

（2）施工供水。取自庫區(qū)，在壩前設(shè)取水泵站，各設(shè)兩臺(tái)2英寸潛水泵，通過2英寸硬塑管引水至施工面，每隔30 m設(shè)1英寸水閥。供水管線在旋噴防滲墻軸線下游3 m處并平行軸線布置。

（3）水泥漿拌和系統(tǒng)布置。利用灌漿臺(tái)車配套水泥漿攪拌機(jī)拌制，生產(chǎn)能力大于50 m3/h,拌制好后可直接由灌漿高壓泵進(jìn)行灌漿。

（4）泥漿系統(tǒng)布置。沿壩后坡腳沿施工平臺(tái)建建一泥漿系統(tǒng)。泥漿系統(tǒng)包括泥漿池、泥漿拌和站、沉淀池、泥漿凈化器、供漿及排漿系統(tǒng)。

（5）排渣、排水系統(tǒng)。沿旋噴防滲墻軸線設(shè)置平行防滲墻軸線的排渣、排水溝，排漿溝斷面尺寸為50 cm×50 cm，泥漿系統(tǒng)附近各建一污水坑，并與排渣、排水溝相通。排水溝順?biāo)鞣较虻钠露炔恍∮?%，專人清理，保持暢通。

（6）施工平臺(tái)。為滿足施工需要，沿旋噴防滲墻軸線修筑施工平臺(tái)。平臺(tái)軸線在防滲墻軸線下游1 m處，頂寬為大壩寬度加4 m（壩后坡邦寬），平臺(tái)填料用拆除的大壩護(hù)坡墊層料，分層填筑，每層厚度不超過30 cm，并用13.5 t振動(dòng)碾碾壓6～8遍。

3.1.2 施工工藝

高噴灌漿施工主要目的為防滲，采用三重管振孔旋噴新工藝施工方案。此工藝具有成墻效率高、質(zhì)量好、成本低、工藝簡(jiǎn)單、對(duì)地層適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

振孔高噴基本原理是利用大功率高頻振動(dòng)設(shè)備將振管（三重管）與高噴頭振入地層一定深度，在振管上提過程中進(jìn)行高噴作業(yè)而形成一段單元墻體。

圖1 旋噴灌漿施工設(shè)備平面布置圖

3.1.3 振孔旋噴工藝技術(shù)特點(diǎn)

把“鉆孔”與“旋噴注漿”兩大工序“合二為一”，高噴頭直接到達(dá)孔底，確保高噴注漿深度。采用大功率振動(dòng)成孔不需要“泥漿護(hù)壁”，造孔效率極高，是常規(guī)鉆孔效率50倍以上。

孔距很小，充分利用高壓噴射流近噴嘴高能區(qū)高效切割地層，實(shí)現(xiàn)快速提升，確保極佳的成墻質(zhì)量和極少的水泥消耗。

大功率振動(dòng)成孔配合小孔距工藝，即使在卵礫石層中也能高效建造優(yōu)質(zhì)高噴防滲墻。

4 旋噴灌漿施工

本工程大壩旋噴灌漿在壩前護(hù)坡、防浪墻完成后進(jìn)行。分兩個(gè)工作面從壩體端點(diǎn)向中間施工。施工不分序，采用單排孔旋噴對(duì)接方式成墻，孔距0.7 m。

4.1 配合比試驗(yàn)

此試驗(yàn)包括漿液拌制時(shí)間、漿液的凝結(jié)時(shí)間（初凝和終凝）以及漿液固結(jié)體密度、強(qiáng)度、彈性模量和透水性等，對(duì)照規(guī)定參數(shù)，應(yīng)滿足施工所用漿液的工程要求。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)高壓噴射注漿試驗(yàn)

此試驗(yàn)需選擇地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段進(jìn)行高壓噴射注漿的工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，鉆取芯樣進(jìn)行固結(jié)體的均勻性、整體性、強(qiáng)度和滲透性等試驗(yàn)，以進(jìn)一步確定布孔方式、孔距、排距和孔深以及噴射流量、壓力和提升速度等工藝參數(shù)。根據(jù)以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，擬選定的高噴灌漿參數(shù)見表1。

表1 旋噴灌漿參數(shù)表

施工時(shí)需經(jīng)過一定的施工準(zhǔn)備，如施工場(chǎng)地的規(guī)劃準(zhǔn)備、機(jī)械設(shè)備和相關(guān)文件的準(zhǔn)備，以及施工人員的培訓(xùn)等。然后按如下施工工藝進(jìn)行振孔旋噴施工，

（1）旋噴孔定位：根據(jù)施工圖進(jìn)行孔位放樣，作好標(biāo)記及編號(hào)。定位誤差不超過5 cm。

（2）調(diào)整噴管的垂直度：定位后調(diào)整高噴機(jī)的水平度和高噴管的垂直度，確認(rèn)在控制指針內(nèi)。

（3）地面試噴：振孔之前先在地面試噴，保證水、氣、漿達(dá)到要求。

（4）振動(dòng)成孔：先給漿，再送低壓水，最后送氣，使噴頭輕輕觸地，啟動(dòng)振動(dòng)錘振孔插管至要求孔深。

（5）振孔深度控制：按設(shè)計(jì)圖紙施工或監(jiān)理要求深度施工。

（6）制漿：按設(shè)計(jì)要求拌制漿液,隨時(shí)抽查漿液比重。

（7）旋噴灌漿：振孔插管至預(yù)定深度后，將水、氣調(diào)到設(shè)計(jì)值，在孔底噴射灌漿，待孔口返漿正常后，按設(shè)計(jì)參數(shù)旋噴提升灌漿至終噴高度。

（8）回灌：旋噴作業(yè)完成后，將冒漿回灌至孔內(nèi)，或在噴射下孔時(shí)用孔口冒漿回灌上個(gè)孔，直到漿液面不下降為止。

4.3 特殊情況處理

施工過程中，難免遇到一些特殊情況，一般均可按工程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)規(guī)定及時(shí)處理，下面介紹幾種常見情況的處理辦法：

①供漿正常的情況下，孔口回漿密度變小、回漿量增大，降低風(fēng)壓并加大進(jìn)漿漿液密度或進(jìn)漿量。

②旋噴灌漿過程中，孔內(nèi)嚴(yán)重漏漿，可采取以下措施；孔口不返漿時(shí)，立即停止提升；孔口少量返漿時(shí)，降低提升速度；降低噴水壓力、流量，進(jìn)行原位注漿；摻入速凝劑；加大漿液濃度或灌注水泥砂漿等；向孔內(nèi)填入砂、土等堵漏材料。

5 壩體旋噴防滲墻質(zhì)量控制措施

介于防滲墻在本工程中的重要性，這里介紹一種防滲墻質(zhì)量控制措施—成孔施工控制，具體內(nèi)容如下：孔位控制確?？孜黄畈淮笥? cm；旋噴灌漿防滲墻橫向軸線控制確?？仔甭什淮笥?.4%；孔距控制達(dá)到70 cm，任意位置偏差值不超過設(shè)計(jì)值的1/3；孔深控制保證防滲墻按設(shè)計(jì)要求深入基巖。

6 施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

（1）噴注中途發(fā)生機(jī)械故障時(shí)，應(yīng)停止提升和噴射以防樁體中斷，同時(shí)立即排除故障。

（2）如泵壓增高也不出漿，則是噴嘴堵塞；泵壓達(dá)不到要求值，可能是高壓部分密封性能不好，連接處或旋轉(zhuǎn)處漏漿、漏水。

（3）若地層中有較大空隙引起不冒漿，可在漿液中摻加適量的速凝劑，縮短固結(jié)時(shí)間，使?jié){液在一定范圍內(nèi)凝固。另外還可以在空隙地段增大注漿量，填滿空隙后再繼續(xù)正常施工。

（4）冒漿過大的原因，一般是有效噴射范圍與注漿量不相應(yīng)，注漿量大大的超過旋噴固結(jié)所需的漿量，可采取措施有三種：提高噴射壓力、適當(dāng)縮小噴嘴孔徑和提高旋轉(zhuǎn)速度。

（5）由于漿液析水、收縮，固結(jié)體頂部有可能出現(xiàn)凹穴，一般深0.3～1.0 m，必須采取措施予以消除。

7 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

為保證施工質(zhì)量，需進(jìn)行一些項(xiàng)目的質(zhì)量檢驗(yàn)，一般會(huì)檢驗(yàn)固結(jié)體的相關(guān)性能：整體性、均勻性和垂直度；有效直徑、長(zhǎng)度和寬度；強(qiáng)度；溶蝕和耐久性能。

常見的檢驗(yàn)方法有：室內(nèi)試驗(yàn)，鉆孔檢查和開挖檢查。通過這些方法測(cè)試試件物理性能和防滲墻可靠性等，即可對(duì)工程質(zhì)量有比較全面的評(píng)估。

8 結(jié)束語

該工程目前主體已經(jīng)完工，通過抽查水庫大壩建筑巖芯樣本、聽取匯報(bào)、查閱資料等形式，詳細(xì)查看單元工程、分部工程評(píng)定，專家組認(rèn)為,該病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固工程材料和施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，工程建設(shè)質(zhì)量合格。