高壓擺噴灌漿在白砂埔水庫大壩防滲加固中的應(yīng)用

藍(lán)茂秋

(福建省上杭縣水利局，福建上杭364200)

1 工程概況

白砂埔水庫位于上杭縣稔田鎮(zhèn)連四村，處于黃潭河支流上斜溪上游，距杭永公路約500 m，交通便利。是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的水庫，水庫樞紐由大壩、泄洪隧洞、輸水隧洞、水電站廠房等組成。壩址以上流域面積14.3 km2，大壩為黏土心墻壩，最大壩高40 m，壩頂寬6.0 m，壩頂長109 m，水庫總庫容514萬 m3，興利庫容433.1萬m3，為多年調(diào)節(jié)水庫，設(shè)計灌溉面積800 hm2，保灌面積555.8 hm2，現(xiàn)有實際灌溉面積206.67 hm2，壩后電站裝機(含渠道電站)共620 kW。

該水庫于1977年9月開始修建，1985年4月開始蓄水。2007年3月，經(jīng)大壩安全鑒定，水庫大壩被評定為三類壩。存在的主要問題:該水庫建設(shè)時采用就地取材，部分筑壩土料質(zhì)量低，如含砂量、透水性等較大;再加上施工時局部碾壓不夠密實，導(dǎo)致大壩建成運行后出現(xiàn)壩體背水坡右端高程260～268 m附近有3股集中滲流，背水坡中部經(jīng)常性的大面積濕潤、滲漏等，急需進(jìn)行除險加固［1］。

2 除險加固方案比選

根據(jù)水庫大壩存在的問題及工程實際情況，擬定3種大壩防滲加固方案進(jìn)行比較，詳見表1。

表1 大壩防滲加固方案比較表

1)方案一劈裂灌漿雖適合解決土壩壩體滲漏和壩體疏松問題，但主要適用于處理壩體存在壓實質(zhì)量差、有裂縫、洞穴、水平夾砂層等隱患的土壩，而白砂埔水庫背水坡出現(xiàn)集中滲流、大面積濕潤、滲漏主要是由于工程建設(shè)時就地取材，部分筑壩土料質(zhì)量低，如含砂量、透水性較大等原因造成。并且劈裂灌漿是用一定的灌漿壓力，將壩體沿壩軸線方向劈裂成兩半，通過漿、壩互壓和濕陷，使壩體內(nèi)部應(yīng)力重分布，對于較高的壩，壩體應(yīng)力分布復(fù)雜，劈裂灌漿期間會產(chǎn)生大量沉降變形和裂縫，因此不采用此方案［2］。

2)方案二振動沉模防滲墻雖然具有工效高，單價較低等優(yōu)點，但目前，造墻深度尚不能超過25 m。而該水庫最大壩高40 m，因此，也不采用此方案。

3)方案三高壓擺噴防滲墻是通過高壓泵使注入劑(如水泥漿、水)形成高壓噴射流，通過噴射裝置高速噴入壩體，利用高壓噴射流對大壩進(jìn)行沖擊、切割，同時噴射管做一定角度的擺動和提升運動，使水泥漿與土體形成新的混合體，最終凝結(jié)成板墻狀凝結(jié)體來提高壩體的防滲能力。

具有可灌性、可控性好，連接可靠，防滲效果好，施工條件要求低等優(yōu)點。因此從水庫運行管理、施工條件和防滲效果等方面綜合比較分析，本次除險加固設(shè)計推薦采用方案三，即高壓擺噴防滲墻方案。

3 高壓擺噴灌漿技術(shù)簡介

3.1 設(shè)計

3.1.1 施工布置設(shè)計

灌漿孔布置沿壩軸線單排布孔，終孔間距1.3 m，為減少串孔和確保板墻的有效連接，本工程分Ⅱ序孔進(jìn)行施灌，一序孔間距2.6 m，一、二序孔間距1.3 m。高噴墻的結(jié)構(gòu)形式采用折線搭接式板墻結(jié)構(gòu)，見下圖1。

圖1 灌漿孔布置示意圖

3.1.2 施工技術(shù)參數(shù)

施工技術(shù)參數(shù)設(shè)計見表2。

表2 施工技術(shù)設(shè)計參數(shù)指標(biāo)

防滲墻厚度驗算表明，本工程采用＜20 cm厚的防滲墻施工技術(shù)可滿足要求。

3.2 施工

高壓擺噴灌漿主要施工流程如圖2。

圖2 高壓噴射灌漿工藝流程

3.1.3 墻體技術(shù)指標(biāo)

墻體28 d抗壓強度≥2 MPa、滲透系數(shù)≤9×10-6cm/s、破壞坡降≥500，允許坡降［J］取100。

3.1.4 厚度驗算

3.2.1 布孔

采用一次性放線定孔位，每隔5個孔在不會影響施工的地方設(shè)置控制樁，以便在施工中能迅速準(zhǔn)確地找出所需的孔位。

3.2.2 鉆孔

開始鉆孔前應(yīng)核對鉆機主軸垂直度，確保立軸與地面水平線垂直。鉆進(jìn)過程要確保鉆孔鉛直，孔斜控制在≤1.0%。鉆進(jìn)過程每隔10 m測孔斜1次，發(fā)現(xiàn)孔斜及時糾正。同時，地質(zhì)人員應(yīng)跟班對巖芯進(jìn)行分層描述。

3.2.3 下噴射管

鉆孔完成后，撥出鉆桿，放入噴射管至設(shè)計深度。下噴管前要在地面上進(jìn)行低壓射水試驗，檢查噴嘴是否暢通。為防止噴嘴堵塞，可采用邊低壓送水、氣、漿，邊下管的方法。

3.2.4 制漿

高壓擺噴灌漿漿液為水泥漿。采用水泥為42.5R 普通硅酸鹽水泥，水灰比為1.2∶1 ～0.8∶1，漿液密度為1.50～1.7 g/cm3。水泥漿采用二級攪拌，二級過濾。一級攪拌時間≥90 s，經(jīng)過濾落后入二級攪拌機，邊攪拌邊過濾邊應(yīng)用，過濾篩網(wǎng)眼尺寸為2 mm。

3.2.5 噴射灌漿

當(dāng)噴射管下到設(shè)計深度后，送入合乎要求的水、氣、漿，噴射1～3 min;待注入的漿液冒出后，按預(yù)定的提升、擺動速度自下而上邊噴射邊擺動，邊提升直到設(shè)計高度，停送水、氣、漿，提出噴射管。

噴射灌漿開始后，值班技術(shù)人員必須時刻注意檢查注漿的流量、氣量、壓力以及擺動、提升速度等參數(shù)是否符合設(shè)計要求，并且隨時做好記錄。

3.2.6 清洗

噴射完畢后應(yīng)及時把灌漿管等機具沖洗干凈，不得殘留水泥漿液。其做法是以水換漿，在地面上噴射，以便把灌漿泵和輸漿軟管內(nèi)的水泥漿全部排出。

3.2.7 靜壓灌漿

由于漿液沉淀作用，每當(dāng)噴射結(jié)束后，需及時對孔內(nèi)進(jìn)行靜壓回填灌漿，直至孔口液面不再下沉為止。

4 質(zhì)量控制要點

1)灌漿施工前，要先由具有高壓噴射施工管理經(jīng)驗的總監(jiān)理工程師組織業(yè)主、設(shè)計人員、施工人員、監(jiān)理人員進(jìn)行設(shè)計技術(shù)交底，進(jìn)一步熟悉設(shè)計文件、施工圖紙、施工技術(shù)要求和施工方法，從而加強對施工質(zhì)量的管理和監(jiān)控。

2)灌漿前應(yīng)選擇有代表性的地層進(jìn)行高壓噴射灌漿現(xiàn)場試驗。試驗完成后，通過開挖檢查進(jìn)一步確定施工技術(shù)參數(shù)、適宜的孔距和排距、墻體防滲性能等。

3)現(xiàn)場監(jiān)理應(yīng)加強對高壓噴射灌漿的旁站監(jiān)控。著重控制以下幾個主要參數(shù)，并做好相應(yīng)的記錄:①灌漿管提升速度。每隔30 min左右檢測1次;②水壓力。不定時進(jìn)行抽檢;③漿液密度。每隔30 min左右檢測1次進(jìn)漿密度和返漿密度;④漿液流量;⑤氣壓力。每隔30 min左右檢查1次壓縮空氣的壓力和流量。

5 質(zhì)量及效果檢查

白砂埔水庫除險加固大壩灌漿工程，自2010年5月6日開工，于2010年7月16日順利結(jié)束，歷時2個多月，共完成噴射灌漿孔95個，總進(jìn)尺2 778 m，防滲面積2 337 m2，共用水泥1 695 t。遵照甲方及監(jiān)理的意見，于2010年9月24日—2010年9月28日對高壓噴射灌漿防滲板墻進(jìn)行了質(zhì)量檢查。

1)開挖檢查。根據(jù)甲方意見，分別在22#～23#、60#～61#、80#～81#孔位間進(jìn)行了開挖檢查。從開挖結(jié)果看，板墻連續(xù)，板墻厚度0.2～0.3 m，單孔板墻有效長度2.0 m，板墻側(cè)面平整，質(zhì)地堅硬。

2)板墻取芯檢查。施工結(jié)束后，由甲方指定位置在孔號 10#～ 11#、28#～29#、50#～51#、68#～ 69#、90#～91#孔位處進(jìn)行鉆孔檢查。從鉆孔取芯情況看，高壓噴射灌漿防滲墻體連續(xù)完整。經(jīng)鉆孔取樣室內(nèi)芯樣抗壓、抗?jié)B試驗，高壓擺噴防滲墻10#～11#孔間混凝土芯樣試件抗壓強度代表值為2.7 MPa，滲透系數(shù)為8.58×10-7cm/s，28#～29#孔間混凝土芯樣試件抗壓強度代表值為2.4 MPa，滲透系數(shù)為7.81×10-7cm/s，50#～51#孔間混凝土芯樣試件抗壓強度代表值為2.6 MPa，滲透系數(shù)為8.91 ×10-7cm/s，68#～69#孔間混凝土芯樣試件抗壓強度代表值為2.5 MPa，滲透系數(shù)為 6.09 ×10-7cm/s，90#～91#孔間混凝土芯樣試件抗壓強度代表值為2.3 MPa，滲透系數(shù)為7.17×10-7cm/s，滿足設(shè)計要求。在歷年的防汛檢查中，壩體背水坡右端高程260～268 m附近未發(fā)現(xiàn)集中滲流，背水坡滲漏濕潤的現(xiàn)象基本消失，灌漿效果明顯，達(dá)到了防滲加固的目的。

［1］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T5200—2004水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國電力出版社，2005.

［2］白永年，等.中國堤壩防滲加固新技術(shù)［M］.北京:中國水利水電出版社，2001:37-40.