高壓噴射灌漿技術(shù)在土石壩防滲加固中的應(yīng)用

韋蘭旭

（廣西中水工程檢測有限公司，廣西 欽州 535000）

土石壩是世界壩工建設(shè)中應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的一種壩型，我國多數(shù)土石壩由建國后各時期興建而成，受當(dāng)時的設(shè)計及施工水平所限，不少工程對壩基防滲處理措施不足，造成較嚴重的壩基滲漏問題，既影響工程的經(jīng)濟效應(yīng)，又易引發(fā)安全事故。因此，對病險土石壩尤其是滲漏嚴重的土石壩進行防滲加固尤為迫切。高壓噴射灌漿可由鉆機鉆孔至需處理的薄弱部位，通過高壓射流的沖擊攪拌，水泥漿在噴射范圍內(nèi)與地層土石顆粒摻混攪合后形成防滲墻，對壩體的原結(jié)構(gòu)影響較小，施工簡單，且工程造價相對較低，對病險壩防滲加固優(yōu)越明顯?，F(xiàn)結(jié)合實踐經(jīng)驗，就高壓噴射灌漿技術(shù)在土石壩防滲加固中的應(yīng)用進行探討。

1 土石壩破壞原因分析

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國大壩由滲流而引起的破壞事故率約占31.7%。因水文、地質(zhì)等資料的缺乏，土石壩漫壩沖垮者最多，占 51.5%；其次為大壩滲漏導(dǎo)致的垮壩，約占 29.1%，以上數(shù)據(jù)說明，因滲漏而造成的潰壩問題相當(dāng)嚴重。一般而言，土石壩的破壞機理可歸納為三方面：①因壩高不足，發(fā)生洪水漫頂破壞；②因壩內(nèi)有縫隙、洞穴、引排水管道等，發(fā)生滲漏破壞；③因壩坡坡度較陡、水流風(fēng)浪沖擊、地震等，發(fā)生滑坡破壞。雖然滲漏破壞對土石壩影響較大，但總體而言滲漏破壞基本是可以預(yù)防和控制的，為最大程度地減少大壩因滲漏而發(fā)生破壞，《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SDJ274－2001）以及有關(guān)強制性條文等有關(guān)規(guī)范規(guī)程對壩身（主要是施工填筑質(zhì)量）、壩基（如砂礫石壩基、巖石壩基）及壩肩（即壩體與壩基及岸坡的連接形式）等均作了明確要求，并對工程管理、檢測等亦提出進一步要求，以保障人民生命財產(chǎn)安全、維護社會穩(wěn)定，促進經(jīng)濟發(fā)展。

2 高壓噴射灌漿技術(shù)作用機理

高壓噴射注漿法技術(shù)最早始于日本，按噴射介質(zhì)及其管路多少，可分為單管法、二管法及三管法等，其工作的主要原理是：以置入地基的灌漿管上很小的噴嘴中噴射出高壓或超高壓的高速噴流體，利用噴流體的高度集中、力量強大的動能沖擊和切割土體，同時導(dǎo)入具有固化作用的漿液與沖切下來的土體就地混合。隨著噴嘴的運動和漿液的凝固，在地基中形成質(zhì)地均勻，連續(xù)密實的板墻或板樁等固結(jié)體，達到防滲和加固地基的目的。工程上通常把高壓水和壓縮空氣輸送到直徑 2～3 mm的噴嘴，造成流速為100～200 m/s的射流，切割破壞地層形成縫槽，同時用 100 N/cm2左右的壓力，把水泥漿由另一鋼管輸送到切割縫的附近充填此縫，并使部分漿液穿透到縫壁地層中，一起形成防水墻。除溝槽摻攪形成凝結(jié)體外，漿液向溝槽兩側(cè)土水氣射流切割縫槽體孔隙滲透形成凝結(jié)過渡層，也有較強的防滲性。滲透凝結(jié)層的強度依土體級配及滲透性的不同而異。

3 在土石壩防滲加固中的應(yīng)用

3.1 工程實例

某土石壩水庫，壩基上部由重粉質(zhì)壤土及粉質(zhì)黏土組成，中部為砂卵石層和礫質(zhì)粗砂，屬強透水層，下部為第三紀黏土巖或石英砂巖。因壩基中部透水性強，導(dǎo)致庫水沿中部強透水層向外滲漏，并與壩基階地的天然地下水匯合，形成壩基承壓水。由于運行多年老化嚴重，原有降壓井效果不能滿足要求，個別壩段承壓水位高于地面，經(jīng)研究，擬定采用高壓噴射灌漿技術(shù)對問題較嚴重的壩段進行防滲加固，截斷滲流，以確保該壩段安全。

3.2 高壓噴射灌漿施工要點

順河壩550 m壩段共布孔393個，分5個單元進行施工。并在施工前準備好鉆機、超高壓灌漿泵、空壓機、注漿管、噴嘴、流量計、輸漿機、制漿機等施工設(shè)備，具體施工要點如下：

3.2.1 造孔

造孔前對場地進行平整，挖好排漿溝，鉆機定位準確，保持鉆桿垂直；用地質(zhì)鉆機造孔，鉆孔孔斜率不得大于規(guī)范要求（1.5%），泥漿固壁，孔位偏差小于5 cm，當(dāng)孔深達到設(shè)計深度時，提取巖芯，經(jīng)檢驗合格后方可終孔。終孔后要進行測斜驗收，合格后才能搬遷孔位。

3.2.2 制漿

采用高速攪拌機制備漿液，攪拌時間不小于30 s；制漿材料采用質(zhì)量或體積計量法稱量，其誤差小于 5%；為保證漿液濃度符合設(shè)計值，對漿液密度進行定時檢測，要求無顆粒、均勻穩(wěn)定、流動性好；漿液過篩后使用，從制備至用完的時間不超過4 h。

3.2.3 灌漿

灌漿中要注意：①控制提升速度。土層中提升速度可稍快，砂卵（礫）石層中應(yīng)放慢，塊石較集中或含有較大塊石的地層應(yīng)更慢。后序孔提升速度可稍快，先序孔相對慢些。若發(fā)現(xiàn)返漿量減少，應(yīng)放慢提升速度。②控制進漿量。為保證進漿量，必須嚴格控制進水量。③事故停噴。高噴灌漿施工應(yīng)連續(xù)作業(yè)，一次成型。噴射過程中因發(fā)生事故停噴時間超過1～2 h，應(yīng)做特殊處理后繼續(xù)噴灌，恢復(fù)噴射時要從停噴深度以下0.5 m開始提升噴射。④終孔回灌。采用置換出的棄漿在終孔l h后進行回灌，以節(jié)約水泥用量。

3.3 施工注意事項

3.3.1 孔斜問題

孔斜對高噴成墻的連續(xù)性影響很大，是成墻的關(guān)鍵因素。若孔斜超過一定限度，易造成搭接錯位或搭接不上。因此施工鉆孔前要做好準備工作，確保鉆機安裝平穩(wěn)牢固，鉆機底座使用長方木鋪設(shè)，并用水平儀找平。同時，對主動鉆桿進行垂直度檢測，確保鉆桿處于順直狀態(tài)，開孔鉆進時應(yīng)輕壓慢鉆，以保證鉆孔垂直。鉆至一定深度后改用長鉆具（一般大于5 m）鉆進。此外，在鉆進過程中要全程檢測垂直度，以及時校正孔斜。

3.3.2 泥漿漏失

導(dǎo)致泥漿漏失的原因與地層情況有關(guān)，泥漿漏失若處理不及時或處理方法不當(dāng)，不但嚴重影響鉆孔進度，而且影響噴孔質(zhì)量。出現(xiàn)泥漿漏失后，需要根據(jù)漏失量來決定其對應(yīng)的解決措施：若漏失量較小，應(yīng)繼續(xù)噴射泥漿，讓其“吃飽”，從而減少噴漿時的水泥漏失量；若漏失量較大，需封堵漏漿處，一般方法是將砂、黏土和少量的水泥壓入孔內(nèi)漏漿處。

3.3.3 漏漿

漏漿或孔口不冒漿可能是地層中空隙較大，可采取以下措施：在漿液中摻入適量的速凝劑，從而縮短固結(jié)時間，保證漿液在相對較小的范圍內(nèi)凝固，以避免漿液大量流向空隙處。同時，在空隙地段增大注漿量，當(dāng)空隙不大時，可較快地填滿空隙，再繼續(xù)正常噴漿施工。

3.3.4 冒漿量過大

導(dǎo)致冒漿量過大的原因主要有：一是有效噴射范圍與注漿量不匹配，二是管路故障。工程實踐經(jīng)驗表明，若冒漿量超過進漿量的 1/5時，就會嚴重影響成墻質(zhì)量，因此要盡早處理冒漿問題。施工過程中出現(xiàn)冒漿量過大時，首先要檢查噴漿管各接頭是否密封良好或接頭處是否存在損傷，若沒有發(fā)現(xiàn)問題，可采取以下措施以減少冒漿量：①適當(dāng)提高噴射壓力；②適當(dāng)縮小噴嘴孔徑；③適當(dāng)加快提升和旋轉(zhuǎn)速度。

該水庫經(jīng)高壓噴射灌漿技術(shù)處理后，在水庫庫容達到規(guī)劃標(biāo)準時檢查滲漏情況，較之施工前有了明顯改善，整體防滲效果達到預(yù)期目的，這充分說明了采用高壓噴射灌漿技術(shù)是科學(xué)合理的。但同時我們?nèi)孕枳⒁獾氖?，近年來高壓噴射灌漿技術(shù)雖發(fā)展較快，且優(yōu)勢明顯，但在一些水利工程中會偶發(fā)工程事故，究其原因是由于工程技術(shù)人員及主管工程的決策人員對該技術(shù)各個工法及適應(yīng)條件不甚了解所致，因此高壓噴射灌漿工程的設(shè)計和施工應(yīng)由具有高噴專業(yè)知識和豐富實踐經(jīng)驗的人員實施，以確保工程質(zhì)優(yōu)、安全。

[1]王明森.高壓噴射灌漿防滲加固技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2010.