高壓旋噴灌漿技術(shù)在林溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

□齊延偉（河南靈捷水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

□鄧 麗（南陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

□張定華（河南靈捷水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

1 工程概況

林溝水庫(kù)位于西峽縣回車鎮(zhèn)油坊村古莊河上，為長(zhǎng)江流域老灌河支流，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的小(2)型水利工程，水庫(kù)壩址以上控制流域2.80 km2。水庫(kù)包含大壩、輸水洞、溢洪道等工程，工程等別為V等，主要建筑物為5級(jí)。水庫(kù)于1959年11月動(dòng)工興建，1972年7月竣工。

大壩為均質(zhì)土壩，原規(guī)劃壩頂高程101.50m，壩頂寬3m、長(zhǎng)157m。實(shí)測(cè)壩頂高程100.60~101.67m，壩頂寬2.30~3.50m。此次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)壩頂高程101.30m，防浪墻頂部高程102.00m，壩頂寬3.00m。

2 存在的問題及原因

林溝水庫(kù)1972年8月首次蓄水后，壩基即有少量滲漏，后逐步增加滲漏量。滲漏主要原因?yàn)椋簤位磺宄蠈雍榉e物，截水槽局部未嵌入巖石，施工時(shí)填筑質(zhì)量差，墊層過厚，碾壓不均勻，導(dǎo)致河槽段出現(xiàn)滲流且形成沼澤，壩基存在滲漏問題。

經(jīng)過工程地質(zhì)勘察及安全鑒定，該水庫(kù)滲漏現(xiàn)象及原因是：河槽段 (樁號(hào)0+054~0+114)壩基巖性上部為礫砂，厚1.90~3.10m，滲透系數(shù)為1.04×10-1cm/s，強(qiáng)透水；下部為花崗巖，5.76~6.81 Lu，弱透水。壩基存在強(qiáng)透水的礫砂層，存在滲漏問題。

水庫(kù)下游保護(hù)對(duì)象為回車鎮(zhèn)4個(gè)村莊及南陽(yáng)漢冶鋼鐵有限公司，10000人、333.33 hm2耕地，以及312國(guó)道、歐亞光纜等交通、通訊設(shè)施，地理位置十分重要，水庫(kù)一旦失事，將對(duì)下游重要設(shè)施造成較大威脅，對(duì)水庫(kù)除險(xiǎn)加固非常必要。

3 防滲處理方案比較及工程設(shè)計(jì)

3.1 方案比較

根據(jù)林溝水庫(kù)實(shí)際情況，結(jié)合各種防滲措施適用范圍，選擇混凝土防滲墻、高壓旋噴灌漿兩種方案進(jìn)行對(duì)比，擇優(yōu)確定防滲處理方案。

方案一：混凝土防滲墻

混凝土防滲墻的施工技術(shù)容易掌握，施工質(zhì)量可靠，墻厚均勻，對(duì)各種地層適應(yīng)性強(qiáng)，主要適用于均質(zhì)土壩、粘土心墻壩等，目前混凝土防滲墻已經(jīng)在土石壩壩體、壩基防滲加固處理中得到廣泛應(yīng)用。該方案對(duì)大壩樁號(hào)0+050~0+117段在壩軸線利用沖擊鉆機(jī)配合液壓抓斗式開槽機(jī)造槽，新建混凝土防滲墻處理壩基滲漏問題，墻厚0.50m，防滲墻向下進(jìn)入基巖以下1m，向上穿過礫砂層進(jìn)入壩體3m。

方案二：高壓旋噴灌漿

該方案擬采用高壓旋噴灌漿，即噴嘴一面旋轉(zhuǎn)，一面提升，形成連續(xù)的柱狀凝結(jié)體。在樁號(hào)0+050~0+117段壩軸線處布設(shè)一排灌漿孔，終孔間距0.60m，灌漿向下進(jìn)入基巖以下1m，向上穿過礫砂層進(jìn)入壩體3m。

兩種方案投資比較見表1。

表1 壩基礫砂層防滲處理方案投資比較表

由表1可以看出，方案一(混凝土防滲墻)施工質(zhì)量可靠，成墻均勻，防滲效果好，但該方案需在壩頂造槽，營(yíng)造施工臨時(shí)平臺(tái)，工程量較大，投資較多，且對(duì)壩體擾動(dòng)較大，另外混凝土防滲墻施工設(shè)備較大，需要較寬的進(jìn)場(chǎng)道路和施工場(chǎng)地，進(jìn)場(chǎng)困難。方案二(高壓旋噴灌漿)可灌性、可控性好，整體性和連續(xù)性均較好，且機(jī)動(dòng)靈活，設(shè)備簡(jiǎn)單，對(duì)場(chǎng)地要求不高，施工效率高，且投資較少。因此對(duì)該段壩基滲漏處理采取方案二，即大壩樁號(hào)0+051~0+117段采用高壓旋噴灌漿處理壩基滲漏問題。

3.2 工程設(shè)計(jì)

林溝水庫(kù)高壓旋噴灌漿采用雙管法施工工藝。雙管法是指使用能輸送漿液和壓縮空氣的2個(gè)通道的噴射管，從噴嘴中射出高速噴射流束，沖擊、切割、破碎土體，并以水泥基質(zhì)漿液充填、摻混其中，在處理部位形成直徑較大、強(qiáng)度較高的固結(jié)體，起到防滲作用。

3.2.1 灌漿處理范圍

大壩樁號(hào)0+051~0+117段進(jìn)行高壓旋噴灌漿處理，灌漿向下進(jìn)入基巖以下1m，向上穿過礫砂層進(jìn)入壩體3m。

3.2.2 灌漿孔布置

為確保高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量，降低造價(jià)，結(jié)合高壓旋噴灌漿施工參數(shù)的確定，選取合理而適宜的孔距與布置型式。參考有關(guān)文獻(xiàn)和該水庫(kù)的特殊水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件，確定該工程采用二序施工，一序孔間距1.20m，二序孔間距1.20m，終孔間距0.60m。

3.2.3 灌漿材料

灌漿材料為強(qiáng)度等級(jí)為42.50的普通硅酸鹽水泥，漿液密度為1.40~1.50 g/cm3，可根據(jù)實(shí)際需要在水泥漿中加入摻合料（粘性土、砂等）及外加劑（速凝劑、減水劑等）。

3.2.4 漿液拌制

水泥漿使用普通攪拌機(jī)拌制，攪拌時(shí)間≥90 s，過篩后方可使用，漿液自拌制完畢至用完時(shí)間不超過4 h，且穩(wěn)定應(yīng)保持在5~40℃。

3.2.5 灌漿參數(shù)

①灌漿壓力：漿液壓力25~40MPa，流量70~100 L/min；空氣壓力0.60~0.80MPa，流量0.80~1.20m3/min。施工時(shí)孔口返漿量較大時(shí)保持孔口壓力不變并適當(dāng)加快提升速度，返漿量少時(shí)適當(dāng)提高灌漿壓力并減小提升速度，孔口不返漿時(shí)應(yīng)停止灌漿，查明原因后再繼續(xù)灌漿。②水灰比：根據(jù)《水利水電高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T5200-2004)，高噴灌漿漿液水灰比1.50:1~0.60:1，施工時(shí)根據(jù)灌漿實(shí)驗(yàn)和施工實(shí)際情況在此范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整。③提升速度：壩體土中提升速度為10~20 cm/min，壩基礫砂層中提升速度為8~15 cm/min。④防滲指標(biāo)：壩體土中滲透系數(shù)≤i×10-6cm/s，礫砂層中≤i×10-5cm/s。⑤抗壓強(qiáng)度：壩體土中噴射體抗壓強(qiáng)度R28=0.50~3MPa，壩基礫砂層中噴射體抗壓強(qiáng)度R28=3~10MPa。

3.2.6 灌漿方法

高壓旋噴灌漿施工采用自下而上逐步提升的灌漿方法。

3.2.7 灌漿實(shí)驗(yàn)

大規(guī)模施工前，必須進(jìn)行高壓旋噴灌漿試驗(yàn)，以便提供更為準(zhǔn)確的灌漿技術(shù)參數(shù)。

3.2.8 質(zhì)量檢查

①檢查孔孔位：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，對(duì)可能存在質(zhì)量問題的部位布設(shè)檢查孔，且檢查孔數(shù)量不少于灌漿孔的2%。②注水試驗(yàn)：按照每個(gè)檢查孔做一個(gè)注水試驗(yàn)。③室內(nèi)試驗(yàn)：利用檢查孔所取巖芯做抗壓、抗?jié)B兩項(xiàng)指標(biāo)的室內(nèi)試驗(yàn)，要求在礫砂層中成樁部分每個(gè)檢查孔做一組試驗(yàn)。