高壓灌漿技術(shù)在水庫(kù)工程的應(yīng)用

王海鵬

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，南昌330025)

0 引言

高壓灌漿是加固軟土地基的有效方法，通過(guò)高壓灌漿形成的漿脈網(wǎng)或漿泡擠壓鄰近土體，實(shí)現(xiàn)土中主應(yīng)力和、土體強(qiáng)度、密度的提高，降低壓縮性。通過(guò)采取高壓灌漿施工技術(shù)，可以有效地增加地基土的不適水性，防止流砂、鋼板樁滲水，壩基漏水和隧道開(kāi)挖時(shí)涌水，同時(shí)還可以改善地下工程的開(kāi)挖條件[1]。

1 項(xiàng)目概況

江西某排水站，裝機(jī)容量為440 kW，排水量為48 m3/s。位于太子河沖積平原中游，站址在右岸河岸上。該站的任務(wù)是排除萬(wàn)余畝土地的內(nèi)澇積水，河堤保證下游10萬(wàn)畝農(nóng)田防洪安全。堤站主要技術(shù)參數(shù)為:堤頂高程21.5 m(堤身高4～5 m);設(shè)計(jì)水位20.3 m(洪水頻率為20 a一遇，即P=5%)，前池最低工作水14.1 m。排水方形涵洞為有壓鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，過(guò)水?dāng)嗝?1.5×2 m(高 ×寬)，洞長(zhǎng)31.3 m。

該站1995年建成投入運(yùn)行，正值太子河水位上漲，泵站上下游水位差達(dá)3.5 m，前池右側(cè)擋土墻出現(xiàn)多處噴射狀滲水和涌砂，翼墻邊坡也出現(xiàn)沉陷，塌坑直徑約3 m，深度約3.5 m。2006年泵站排水時(shí)，排水渠道與前池水位差僅為1 m左右，前池翼墻再次發(fā)生夾砂滲流。

通過(guò)檢查，涵洞內(nèi)無(wú)滲水裂縫，排除了由內(nèi)向外滲漏的可能性，據(jù)運(yùn)行期間的滲漏情況及對(duì)地下輪廓線(xiàn)的檢驗(yàn)，該站滲漏的主要原因是方涵的滲漏，促成了方涵與壩體之間產(chǎn)生接觸沖刷及流土等滲漏變形，而且已構(gòu)成了較大的集體滲漏通道，同時(shí)還查明了堤內(nèi)空隙裂縫比較嚴(yán)重。為了彌補(bǔ)方形涵洞滲徑的不足，決定在其四周用高壓噴射灌漿法，加做一道防滲帷幕。

此外，站址地基為20余米的粉質(zhì)細(xì)砂夾薄層壤土地層，附近3 000多米堤段均由這種土筑成。為同時(shí)解決方形涵洞外壁、堤基和堤身的滲漏問(wèn)題，在平行于堤軸線(xiàn)的方向上，灌注一道厚7～9 cm的插入地基和防滲帷幕。

據(jù)計(jì)算:帷幕頂部高程略高于設(shè)計(jì)洪水位，為20.55 m。在方形涵洞軸線(xiàn)兩側(cè)14 m左右的帷幕底部高程略低于方涵底板6.4 m。在14 m以外部分底部高程為14.5 m，排水站剖面圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 排水站剖面圖

2 灌漿施工

2.1 漿液選取

為了選擇較好的水灰比，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了注漿試驗(yàn)，以每孔單序吃漿量的多少(同樣至地面冒漿為止)來(lái)評(píng)判不同檔次水灰比的優(yōu)劣。經(jīng)試注后本工程選用0.55∶1的水灰比。

2.2 灌漿點(diǎn)深度

在相同的泵壓及灌漿速率的條件下，對(duì)3個(gè)不同深度的灌漿點(diǎn)的每孔單序吃漿量(至地面冒漿為止)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。灌漿量不同表明，上覆土壓力及上覆土體強(qiáng)度是壓密注漿提高灌漿量的關(guān)鍵。從實(shí)踐表明，對(duì)于灌漿點(diǎn)深 －1.3 m孔比 －0.9 m孔僅深0.4 m，吃漿量提高了148.8%，這表明了－1.3 m深灌漿具有較好的擠密效果。

2.3 灌漿施工

由于本工程方形涵洞斷面尺寸較大，鉆孔與灌注又只能在方形涵洞兩側(cè)進(jìn)行，因而孔間距達(dá)3.4 m，為了保證帷幕與方形涵洞四周有良好的結(jié)合，在鄰近方形涵洞左右兩個(gè)孔中各作3次重復(fù)噴射，其中兩次定向灌注，一次旋轉(zhuǎn)灌注，以便在此處形成兩道防滲墻，確保方形涵洞與帳幕相連以及兩孔灌注板連接的質(zhì)量，并可使周?chē)目p隙得之充分填充。

2.4 灌漿壓力與速率

容許灌漿壓力與許多因素有關(guān)，如土體強(qiáng)度、鉆孔深度、注漿次序、漿液濃度等，但均以不使地層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞為限[2]。本工程的初始注漿壓力控制在200 kPa以?xún)?nèi)，注漿速率≤20 L/min。

2.5 封孔回填

灌漿完后就要拔管，若不及時(shí)拔管，漿液會(huì)把管子凝住而增加拔管困難。拔管時(shí)宜使用拔管機(jī)。用塑料閥管注漿時(shí)，注漿芯管每次上拔高度應(yīng)為330 mm;花管注漿時(shí)，花管每次上拔或下鉆高度適宜選取500 mm。拔出管后，及時(shí)刷洗注漿管等，以便保持通暢潔凈。拔出管在土中留下的孔洞，應(yīng)用水泥砂漿或土料填塞。

同時(shí)在灌漿工程中，在各孔灌完后，均應(yīng)進(jìn)行很好的封孔回填。常用的封孔方法有機(jī)械壓漿法，人工回填法[3]。人工回填法封孔由于封孔質(zhì)量難以保證，特別在鉆孔較深的帷幕灌漿中，不得采用。

為保證回填封孔質(zhì)量，帳幕灌漿孔宜采用灌漿封孔的方法。采取的施工方法如下:在采用自下而上的灌漿方法時(shí)，當(dāng)最后一段(也就是孔口段)灌漿結(jié)束后，立即改用水灰比為0.6∶1或0.5∶1的濃水泥漿繼續(xù)灌注，灌漿壓力保持不變，延續(xù)30 min或再長(zhǎng)一些時(shí)間就可結(jié)束。待孔內(nèi)漿液沉積凝結(jié)后，測(cè)量孔深，如果測(cè)得空孔部分＞5 m時(shí)，按自下而上分段的方法，循環(huán)灌漿的方式，開(kāi)始即采用濃漿進(jìn)行回填灌注。回填封孔用的灌漿壓力可與在同塞位處進(jìn)行灌漿時(shí)所用的壓力相同，也可采用小一些的壓力。灌完待凝后，如果測(cè)得空孔部分＜5 m時(shí)，空余部分可改用前述的機(jī)械壓漿法進(jìn)行回填封孔[4]。

2.6 灌漿質(zhì)量檢查

灌漿質(zhì)量高不等于灌漿效果好，因此本工程采取灌漿施工中除應(yīng)明確規(guī)范規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)規(guī)定所要達(dá)到的灌漿效果及檢查方法。

對(duì)本工程灌漿防滲處理而言，最重要的效果檢查方法是在灌漿體內(nèi)鉆孔，并通過(guò)鉆孔進(jìn)行不同的測(cè)試工作。

當(dāng)灌漿施工結(jié)束后，通過(guò)灌漿體內(nèi)鉆孔，用壓水、注水或抽水等辦法測(cè)定地基的流量及滲透系數(shù)，不合格者需進(jìn)行補(bǔ)充灣漿[5]。檢查孔的數(shù)量應(yīng)為總灌漿孔數(shù)的5%～10%。

這類(lèi)檢測(cè)是一種重要的和基本的手段。對(duì)加固灌漿而言，上述水利特性雖不能直接反映加固效果，但仍被廣泛地當(dāng)作一種參考指標(biāo)，因?yàn)槲看笮∨c地基的密度和強(qiáng)度之間存在著一定的關(guān)系。

3 灌漿效果及評(píng)價(jià)

為了監(jiān)測(cè)堤身和方形涵洞滲漏情況，在平行于方形涵洞軸線(xiàn)方向布置了一個(gè)水位觀測(cè)斷面，在帷幕上下游及背水坡腳處共埋設(shè)了3個(gè)開(kāi)放式測(cè)壓管。旋轉(zhuǎn)噴射及定向噴射后，帷幕上下游產(chǎn)生了明顯的水位差，前池翼墻的滲漏現(xiàn)象消除。

2009年8—9月，在連日陰雨及數(shù)次臺(tái)風(fēng)的影響下，太子河水位、流量及站址附近高水位的持續(xù)時(shí)間，均超過(guò)了1995年的洪水周期。但沒(méi)有發(fā)生任何滲漏現(xiàn)象，帷幕起到了防滲降壓作用。

排水站處理前后的滲漏比較見(jiàn)表1所示。

表1 排水站處理前后滲漏比較表

本工程當(dāng)年施工當(dāng)年見(jiàn)效，使排水站摘掉了重點(diǎn)險(xiǎn)工的帽子。從工程實(shí)踐效果表明，高壓灌注法具有施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低的特點(diǎn)，而更突出的特點(diǎn)是不需要開(kāi)挖及可處理隱蔽工程。因而非常適用于已成水工建筑物地基基礎(chǔ)的處理。

4 結(jié)語(yǔ)

從工程實(shí)踐表明，高壓灌漿技術(shù)對(duì)于水利工程的防滲灌漿處理具有許多優(yōu)越性，而且被更多的工程應(yīng)用。對(duì)于本工程排水站采取高壓灌漿防滲處理，從灌漿實(shí)施效果表明所采取技術(shù)的可行性，可為同類(lèi)工程所參考借鑒。

[1]張文濤，王家樂(lè)，孫宏莉.高壓灌漿在馬家?guī)r水庫(kù)帷幕灌漿工程中的應(yīng)用[J].內(nèi)江科技，2012(03):110－111.

[2]劉湘成.水利防滲工程中高壓灌漿施工的質(zhì)量控制措施[J]. 河南科技，2011(08):58.

[3]楊平.對(duì)高壓噴射灌漿技術(shù)的認(rèn)識(shí)[J].河南水利與南水北調(diào)，2009(07):122－123.

[4]孫洪濱，潘俊青，李淮東.高壓灌漿在漿砌石砌體防滲加固中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理，2010(05):50－54.

[5]陳云，蔡少燕，段嬌燕.除險(xiǎn)加固水庫(kù)中混凝土防滲墻及高壓灌漿的應(yīng)用[J].科技資訊，2013(18):49.