高壓擺噴灌漿技術(shù)在新立城水庫(kù)壩基砂礫層段處理工程中的應(yīng)用與效果分析

王立民

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

0 引言

高壓擺噴灌漿技術(shù)是利用高壓射流作用切割摻攪地層，改變地層的結(jié)構(gòu)和組成，同時(shí)灌入水泥漿或復(fù)合漿形成凝結(jié)體，借以達(dá)到加固地基和防滲的目的。具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、質(zhì)量可靠、速度快、成本低以及應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。主要適用于砂類土、粘土、人工填土、淤泥等軟基加固。本文以新立城水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工為例，對(duì)高壓擺噴灌漿在砂礫層中的使用進(jìn)行分析及研究，闡述了該工藝的設(shè)計(jì)、施工及效果分析，證實(shí)了設(shè)計(jì)方案和施工方法的可行性。

1 工程概況

新立城水庫(kù)位于伊通河中上游，距長(zhǎng)春市區(qū)16Km，為伊通河流域控制性水利樞紐工程，水庫(kù)庫(kù)容5.506×108m3，控制流域面積1970Km2；工程是以長(zhǎng)春市防洪，供水為主，結(jié)合天然漁業(yè)和旅游的大型水利樞紐工程；工程等別為Ⅱ等，主要建筑物有土壩、溢洪道和輸水洞，建筑物級(jí)別為2 級(jí)。新立城水庫(kù)壩體為粘土均質(zhì)土壩，壩頂高程224.00m 左右，寬8.0m，長(zhǎng)2626m，最大壩高18.15m。根據(jù)新立城水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)報(bào)告勘察結(jié)論，壩基存在滲透穩(wěn)定和地基液化問題，因此本次除險(xiǎn)加固的重要內(nèi)容之一是為解決壩基滲透穩(wěn)定問題和地基液化問題對(duì)壩基進(jìn)行高壓噴射灌漿處理。

2 設(shè)計(jì)概況

2.1 新立城水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程（一標(biāo)段）設(shè)計(jì)大體上分為兩個(gè)階段

第一階段：2004 年11 月，設(shè)計(jì)單位編制了《吉林省新立城水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)報(bào)告》，2007 年11 月，水利部大壩安全管理中心以壩函[2007]2703 號(hào)《關(guān)于新立城等十四座水庫(kù)三類壩安全鑒定成果的核查意見》文件中將大壩安全類別綜合評(píng)定Ⅲ類，建議進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理，吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院于2008 年完成了《新立城水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)報(bào)告》，2009 年2 月水利部松遼水利委員會(huì)以(松遼規(guī)計(jì)[2008]243 號(hào))文件《關(guān)于吉林省新立城水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告復(fù)核意見的函》對(duì)設(shè)計(jì)報(bào)告進(jìn)行了批復(fù)。

第二階段：2009 年9 月根據(jù)施工單位高壓擺噴灌漿試驗(yàn)結(jié)果，由設(shè)計(jì)單位提出，經(jīng)建設(shè)單位同意并報(bào)上級(jí)主管機(jī)關(guān)批準(zhǔn)，長(zhǎng)春市水利局對(duì)《新立城水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)變更申請(qǐng)報(bào)告》進(jìn)行了批復(fù)，同意了變更申請(qǐng)，原設(shè)計(jì)及變更申請(qǐng)報(bào)告的主要內(nèi)容有：

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

高壓擺噴灌漿鉆孔為一排，孔距1.3m，分二序灌漿，采用折線形布置，擺角30 度，噴射軸線與防滲墻軸線夾角為25 度。一序孔施工與二序孔施工的間隔時(shí)間不小于48 小時(shí)，灌漿全孔連續(xù)作業(yè)，中途拆卸噴射管時(shí)，搭接段進(jìn)行復(fù)噴，復(fù)噴長(zhǎng)度不小于0.2m。

2.3 灌漿材料

灌漿所需的水泥、外加劑等材料均符合有關(guān)的材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并附有生產(chǎn)廠家的質(zhì)量合格證明，每批材料使用前均按規(guī)定進(jìn)行了檢查驗(yàn)收。

2.4 灌漿方法

高壓灌漿采用三管法施工，施工時(shí)水漿氣同軸噴射。

2.5 封孔

封孔用直徑1.5～2.5 厘米的粘土泥球,粘土泥球所用的粘土，為壩體填筑所用粘土，粘粒含量大于30%，塑性指數(shù)大于17.0（干容重不小于1.4g/cm3）。對(duì)用泥漿固壁的鉆孔，采用自下而上分層填筑粘土球分層搗實(shí)逐步抬高封孔層面直至設(shè)計(jì)高程，其具體方法見吉林省水利水電測(cè)設(shè)計(jì)研究院2009 年6 月《吉林省新立城水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程壩基高壓噴射灌漿施工技術(shù)要求》。

3 主要項(xiàng)目施工

新立城水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程（一標(biāo)段）按施工時(shí)間順序分為高壓擺噴灌漿試驗(yàn)和主體工程灌漿施工，按工序可分為鉆孔、高噴灌漿和封孔，具體施工情況如下：

3.1 高壓擺噴灌漿試驗(yàn)

具體施工情況參見吉林省新立城水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程（一標(biāo)段）高壓擺噴灌漿試驗(yàn)報(bào)告。

3.2 主體工程高噴灌漿施工

3.2.1 鉆孔

鉆孔直徑在Φ110mm～Φ130mm。施工時(shí)為了保護(hù)壩體的安全與穩(wěn)定壩體部分采用無(wú)水干鉆，對(duì)壩基部分粘性土、淤泥質(zhì)粘土、礫質(zhì)粗砂和細(xì)礫可使用泥漿鉆進(jìn)。

鉆孔過程中全孔采取巖心，導(dǎo)孔巖心移交建設(shè)單位保留，其它孔巖心保留至高噴灌漿完成并照相后棄掉。鉆孔入巖深度為1.0m，經(jīng)監(jiān)理批準(zhǔn)建設(shè)單位同意巖石中鉆進(jìn)遇有花崗巖較硬巖體時(shí)可以提前終孔。終孔后進(jìn)行鉆孔測(cè)斜，全部鉆孔進(jìn)行三次孔深、方位角、頂角測(cè)量；出現(xiàn)鉆孔坍塌時(shí)進(jìn)行掃孔和清孔，保證高噴噴射裝置順利下入孔底。

3.2.2 高噴灌漿

高噴管下入孔底后應(yīng)保證水、氣、漿口通暢，不堵塞。①施工初期由于鉆孔完成后不能及時(shí)灌漿導(dǎo)致的鉆孔坍塌不允許帶水、帶漿振動(dòng)強(qiáng)行下管，非上述原因?qū)е碌你@孔短時(shí)間坍塌經(jīng)監(jiān)理和建設(shè)單位同意可以降低水壓、低流量振動(dòng)下管。②嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行高噴灌漿，因事故、拆卸高噴管導(dǎo)致灌漿中斷，恢復(fù)灌漿時(shí)保證搭接長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)值允許值以內(nèi)。③高噴灌漿過程中鉆孔串漿時(shí)及時(shí)進(jìn)行掃孔，掃孔后進(jìn)行復(fù)噴。④經(jīng)常測(cè)試水泥漿液密度和回漿密度，保證漿液密度在1.5g/cm3～1.7g/cm3，回漿密度≥1.2g/cm3。灌漿完畢后及時(shí)進(jìn)行回灌至208.0m 高程。⑤樁號(hào)1+600.0m～1+800.0m 區(qū)域因地質(zhì)條件復(fù)雜深厚礫質(zhì)粗砂（2-3）層、細(xì)礫（2-4）層（最深厚度達(dá)到14.0m）高噴灌漿采用以下工藝措施：

下高噴管遇到鉆孔坍塌時(shí)，即在鉆孔坍塌位置開始自下而上高噴灌漿至208.0m 高程；第二次掃孔至終孔深度如果再次遇到鉆孔坍塌時(shí)即在坍塌位置開始高噴灌漿至第一次坍塌之上0.5m；重復(fù)以上過程直至整個(gè)鉆孔處理完畢。遇到上述情況時(shí)在高壓水中加入一定比例的水玻璃加速水泥漿液的凝固，加入水玻璃的數(shù)量通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

4 達(dá)到效果

高噴灌漿施工中使用的原材料（水泥）和速凝劑（水玻璃）經(jīng)出廠、抽樣檢驗(yàn)合格；原始記錄真實(shí)、準(zhǔn)確、完整，工序質(zhì)量、單孔灌漿質(zhì)量?jī)?yōu)良；圍井檢查結(jié)果表明單元工程質(zhì)量?jī)?yōu)良；根據(jù)壩后減壓井滲流量觀測(cè)和高噴墻無(wú)損檢測(cè)結(jié)果，壩基高噴板墻滲透性較小，搭接及連續(xù)性較好，滿足設(shè)計(jì)、合同文件及相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求。

5 經(jīng)驗(yàn)與建議

通觀新立城水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程（一標(biāo)段）高壓擺噴灌漿試驗(yàn)、主體工程施工全過程，我們得出如下經(jīng)驗(yàn)：

5.1 準(zhǔn)確把握地質(zhì)條件是做好高噴灌漿設(shè)計(jì)和施工的前提和基礎(chǔ)，要尊重客觀事實(shí)，理論結(jié)合實(shí)際高噴灌漿質(zhì)量才能夠得到保證，才會(huì)收到較好的防滲效果。

5.2 水庫(kù)高水頭運(yùn)行在一定程度上增加了高噴灌漿施工難度。

5.3 采用化學(xué)高噴灌漿是我們今后進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)研究的重點(diǎn)和努力的方向。

5.4 壩后減壓井的滲流量與大氣降雨量、匯水面積、減壓井濾水管的埋藏深度、壩基含水層的滲透性等多種參數(shù)有關(guān)。

6 結(jié)語(yǔ)

高壓擺噴灌漿施工在建設(shè)單位的領(lǐng)導(dǎo)和大力支持下，在監(jiān)理單位的監(jiān)督指導(dǎo)下通過灌漿試驗(yàn)獲取最優(yōu)高噴灌漿參數(shù)，施工中嚴(yán)格按照經(jīng)設(shè)計(jì)單位調(diào)整后的高噴灌漿參數(shù)進(jìn)行施工，對(duì)各工序、各高噴灌漿孔、單元工程以及整個(gè)分部工程質(zhì)量進(jìn)行控制，保證了整個(gè)高噴灌漿工程質(zhì)量，施工后所形成的高噴板墻防滲性能、整體性能和連續(xù)性能均滿足設(shè)計(jì)要求和相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求。

［1］池毓笑.高壓旋噴防滲墻施工工藝探究[J].內(nèi)蒙古水利,2012(03).

［2］鄭光順.高壓旋噴墻在土壩防滲加固工程中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技,2013(08).