單管高壓旋噴樁灌漿在土壩中應用的探討

王惠民

(福建省水利管理中心，福州 350001)

單管高壓旋噴樁灌漿在土壩中應用的探討

王惠民

(福建省水利管理中心，福州 350001)

福建省小(1)型水庫土壩防滲加固，較多采用高壓旋噴灌漿技術。本文討論了高壓旋噴灌漿的機理及在運用中的工藝。針對高噴施工中出現(xiàn)的不回漿和串漿的現(xiàn)象，分析了原因并提出了解決措施和建議。

高壓旋噴灌漿;防滲;工藝;效果

1 前言

近年來福建省為解決土壩壩體防滲問題，正在尋求技術先進可靠的防滲方法。目前，壩體防滲主要方法有：充填灌漿、低彈?；炷练罎B、高壓旋噴灌漿。高壓噴灌漿是目前技術先進可靠的防滲方法。在水利工程加固施工當中，壩身防滲處理是水利工程施工中尤為重要的環(huán)節(jié)，當碾壓土質較差時，易產生滲透異常，對壩體穩(wěn)定危害很大?，F(xiàn)結合福建省新南水庫等工程除險加固情況，介紹高壓旋噴灌漿機理及其施工工藝。

2 高壓旋噴灌漿原理

2.1 沖切摻攪作用

高噴技術主要是借助于高壓射流，通過沖擊切割和強烈擾動，使?jié){液在射流作用范圍內擴散、充填周圍土層，并與土石粒摻混攪合，硬化后形成凝結體，從而改變原地層結構和組成，借以達到防滲的目的。高壓射流對地層結構與每米旋噴柱耗用的能量有關，即與壩體防滲的深度和壩體的壓實度有關?？拙嘀饕煞罎B深度決定，一般選用40～50cm;旋噴柱的直徑主要由壩體的壓實度決定，一般選用50～60cm直徑較好，但最終應通過現(xiàn)場高噴試驗確定。如南安市南海水庫壩高25.32m，在除險加固中，大壩防滲加固采用旋噴樁。樁距通過現(xiàn)場高噴試驗確定，防滲墻高度在10m以內，孔距采用0.5m;防滲墻高度大于10m，孔距采用0.4m。

2.2 擠壓、滲透作用

高噴射流強度隨射流距離的增加而較快地衰減，射流束末端，仍對地層產生擠壓作用。即在形成高噴射樁的同時，若壩體內存在局部裂縫也能被水泥漿充填。在洛江新南水庫大壩高旋噴樁防滲中，樁號0+096造孔完成后開始注漿，就出現(xiàn)不回漿，根據規(guī)范要求，采取降低注漿壓力至10MPa，原地注漿20min，從后序孔造孔情況了解到，漿脈延伸有10m。

2.3 握裹作用

由于噴射能量大，輔以升揚、轉換作用，最終漿液可填滿塊石四周的空隙并將其握裹，遇到塊石或在塊石集中區(qū)，應降低提升速度，提高比能值，才能發(fā)揮其握裹作用。

3 施工工藝及施工中出現(xiàn)問題的處理

3.1 施工工藝

3.1.1 水泥

高噴主要材料為水泥漿，福建省土石壩高壓旋噴所采用的水泥大部分品種和標號為PO42.5R。水泥質量關系到高壓旋噴樁防滲效果，對每一批水泥除了廠家合格證外，還需有國家認可的質檢部門檢測合格。洛江新南水庫高壓旋噴樁所采用的水泥為泉州市建委規(guī)定的水泥品牌之一，每次進倉200t水泥，均由監(jiān)理見證取樣并一同送至泉州市水利水電工程質量檢測站檢測，其檢測結果符合《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)技術標準要求。

3.1.2 造孔

造孔時會遇到兩個問題：一是孔的垂直度;二是造孔的壓力。目前，為保證造孔垂直度(偏斜率宜≤1%)，大都采用鉆灌一體的機械設備，如XL－50型履帶式旋噴鉆機。造孔的壓力應根據造孔的深度確定，當造孔深度小于8m時，可參照實驗孔的注漿壓力;當造孔深度大于8m時，造孔的壓力采用2.0MPa水泥漿鉆進或干鉆鉆進。如洛江新南水庫壩體剛開始造孔的壓力采用20.0MPa水泥漿造孔，注漿時，8m以下的孔段不回漿。調整造孔的壓力為2.0MPa鉆進，注漿時回漿正常。南安市尾坑水庫，大壩采用高壓旋噴樁防滲，最大孔深為10m，造孔的壓力采用32MPa，底位注漿時，防滲樁高度在9～10m深度的位置，底孔位置的回漿量很小。灌漿桿提升的過程中，回漿量由小到大至正常。

3.1.3 高噴注漿

施工中所用技術參數(shù)因壩體標準貫入試驗值不同而不同。所用的灌漿壓力不同，提升速度也有差異。灌漿壓力和提升速度由現(xiàn)場試驗確定。一般泥漿壓在40.0～20.0MPa，提升速度20～12cm/min。漿液比重1.4～1.45g/cm3。漿液流量70～80L/min。通過實驗確定采用高噴技術參數(shù)，洛江新南水庫大壩高噴旋噴樁防滲加固，經試驗施工技術參數(shù)取為：15m以上的泥漿壓為 25.0MPa，提升速度為 16cm/min，漿液比重1.45g/cm3，漿液流量 70～75L/min，旋轉速度為10r/min;15m以下的泥漿壓為32.0MPa，提升速度為18cm/min，漿液比重 1.45g/cm3，漿液流量 70～75L/min，旋轉速度為10r/min。在施工中，除按《水利水電工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范》(DL/T 5200204)要求施工和密切注意壩頂是否出現(xiàn)裂縫外，提升速度應注意下列幾個問題：

a.注漿初始提升標準。當噴射管達到設計深度時，應原地注漿1～5min，待回漿量正常后開始提升。如新南水庫大壩高壓旋噴注漿，當噴射管達到設計深度時，原地注漿的回漿量達到實驗孔的回漿量時，噴射管再停留1min再開始提升，確保高壓旋噴樁徑達到設計要求和與大壩基礎充分接合。

b.提升速度因分序而異。由于相同高程、注漿壓力和提升速度下、泥漿的沖切摻攪，擠壓和滲透的范圍是一樣的，因此先序孔提升速度可稍慢，后序孔相對來講可稍快。南安市尾坑水庫，在大壩高壓旋噴樁注漿中，依照試驗確定的高噴灌漿技術參數(shù)，灌漿壓力為30MPa，提升速度為12cm/min。剛開始二序孔注漿時，壓力和提升速度不變，回漿量明顯比一序孔大，其后，二序孔注漿的提升速度調整為13cm/min，其他高噴灌漿技術參數(shù)不變，二序孔注漿的回漿量與一序孔一致。

c.高噴施工中發(fā)現(xiàn)孔內返漿量減少時，宜放慢提升速度。高噴樁的防滲原理，就是水泥漿置換大壩的局部填土，提高大壩防滲能力。當孔內返漿量減少時，說明水泥漿通過對壩體填土擠壓和滲透，漿液充填到高噴樁附近壩體局部的裂隙或孔洞等部位，影響高噴樁的直徑。在洛江新南水庫高壓旋噴施工中，樁號0+060孔出現(xiàn)孔內返漿量減少時，采取放慢提升速度至12min時，回漿量就正常，當回漿量偏大時，恢復到原來的提升速度。

d.高噴施工中發(fā)現(xiàn)孔內無返漿量時，宜降低壓力并停止提升，待回漿正常再回復原提升速度。洛江新南水庫0+096出現(xiàn)孔內無返漿量現(xiàn)象，壩面未發(fā)生裂縫，判斷壩體內存在較大空隙，降低壓力至10MPa并停止提升，注漿20min后，出現(xiàn)回漿，提高壓力至25MPa，原地注漿，待回漿正常后，恢復原提升速度。

3.2 高噴施工中出現(xiàn)不回漿、串漿原因分析及措施

在高噴施工中不回漿的原因：?灌注體存在漏漿通道，漿液通過擠壓、滲透作用，從漏漿通道流走，剩余的壓力無法將余漿送回壩面。宜降低壓力并停止提升，原地旋噴待回漿正常再回復原提升速度;?灌注體存在局部碾壓質量差，漿液通過擠壓、滲透作用，壩體局部產生劈裂，漿液沿著劈裂縫灌注，造成串漿。宜停止施工，查明原因。待24h后(即水泥漿初凝后)，調整壓力和提速再進行施工;?造孔時采用的壓力偏大，造成鉆桿周邊的土體受到大面積破壞泥漿無法固壁，鉆桿被泥土抱裹，注漿時，剩余的壓力偏小無法將余漿送回壩面，而造成不回漿現(xiàn)象。造孔的壓力宜采用2.0MPa水泥漿鉆進或干鉆鉆進。

4 高噴施工效果

新南水庫大壩旋噴防滲墻總進尺6500m。福建省泉州市水利水電工程質量檢查站對其檢查，壩體高壓旋噴墻鉆5孔，現(xiàn)場注水21段。試驗成果：抗壓強度為2.6～2.6MPa，滲透系數(shù)為 4.27×10－7～9.98×10－7cm/s。半年后，由福核工業(yè)華南二九四工程物探公司進行全壩段物探，試驗成果：大壩采用高密度電法檢測和面波檢測，未發(fā)現(xiàn)明顯異常區(qū)，原滲漏位置，經監(jiān)測也未發(fā)現(xiàn)滲漏及滲漏通道。水庫大壩防滲效果良好，滿足合計要求。龍海湖后水庫大壩旋噴防滲墻總進尺8441m。壩體高壓旋噴墻鉆6孔，試驗12個試驗段。根據福建省水利水電科學研究院出具的試驗成果：防滲墻結膠體芯樣采集率大于94.6%，抗壓強度為5.9～12.3MPa，滲透系數(shù)為 0.6×10－7～6.8×10－7cm/s。防滲效果好，滿足合計要求。

5 結論與建議

高壓旋噴灌漿技術在土壩壩體中的防滲應用是目前技術先進可靠的防滲方法。高壓旋噴灌漿施工機械須要不斷更新，才能確保鉆機垂直偏斜率小于1%;與充填灌漿、低彈?；炷练罎B相比具有施工質量易于控制、防滲效果時效長的特點。根據高壓旋噴灌漿技術的機理，建議在壩高35m以上的工程應用高壓旋噴灌漿時，密切注意造孔時有沒有回水。因鉆桿提升時會沾滿黏土(塊)，孔壁建議采用套管護壁，避免因泥土抱箍鉆桿，造成施工事故。建議高壓旋噴灌漿技術應用于壩坡較陡、安全穩(wěn)定系數(shù)接近規(guī)范相應要求和大壩填土含水率高的工程中時要謹慎。

Discussion of Applying Single-tube High Pressure Jet Pile Grouting in Earth Dam

WANG Hui-min
(Fujian Provincial Water Resources Management Center，F(xiàn)uzhou350001，China)

High pressure jet grouting technology is mostly adopted for controlling seepage and reinforcing small type(1)reservoir earth dam in Fujian．High pressure jet grouting mechanism and its process in application are discussed in the paper．Reasons are analyzed，in addition，solutions and recommendations are proposed aiming at no slurry return and slurry mixing phenomena in high pressure grouting construction．

high pressure jet grouting;seepage control;process;effect

TV641.2

A

1005-4774(2013)09-0013-03