高壓噴射灌漿在雙城水庫壩基處理中的應(yīng)用

劉兵正 （內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

摘要 雙城水庫為一座已建水庫，壩基為砂卵礫石層，壩基在工程除險加固以前存在滲透穩(wěn)定問題，有較大安全隱患。通過方案比選，宜采用高壓噴射灌漿對壩基處理。處理時須按照設(shè)計初擬參數(shù)，進行現(xiàn)場試驗，采用圍井對設(shè)計參數(shù)進行復(fù)核；須嚴格控制參數(shù)，采取可靠的觀測措施防止壓力過高將壩體劈裂，破壞原壩體。

關(guān)鍵詞 水庫；壩基；滲漏；高壓噴射灌漿

中圖分類號 S28 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2015）15-336-03

Application of Highpressure Jet Grouting in Dam Foundation Treatment in Shuangcheng Reservoir

LIU Bingzheng （Inner Mongolia Autonomous Region Water Resources & Hydropower Survey Designing Institute， Hohhot， Inner Mongolia 010020）

Abstract Shuangcheng Reservoir is a reservoir that has been completed， its dam foundation is made of sand gravel， and the dam foundation has seepage stability problem before reinforcement project.Through comparison， it was decided to use high pressure jet grouting in dam foundation treatment.The processing must in accordance with the design parameters， and use the enclosed well to review design parameters； and must control parameters strictly， use reliable observation steps in order to prevent it from destroying dams body with pressure highly， and destroying the original dam.

Key words Reservoir； Dam foundation； Seepage； Highpressure jet grouting

水利工程是我國公共工程之中極其重要的一個構(gòu)成部分，在施工過程中必須要大量的應(yīng)用先進技術(shù)作為重要的支撐，而高壓噴射灌漿技術(shù)作為一項先進施工技術(shù)能夠在水利工程的施工過程中發(fā)揮出較為重要的作用。所謂高壓噴射灌漿就是利用鉆機造孔，然后將帶有噴頭的灌漿管下到土層的預(yù)定位置，以高壓噴射漿液或水沖擊破壞土層，使土粒從土體上剝落后一部分細小土粒隨漿液冒出地面，其余則與灌入的漿液混合摻攪，在土體中形成凝結(jié)體，以提高地基防滲或承載能力的施工技術(shù)[1]。高壓噴射灌漿具有良好的可灌性、可控性、可靠地連接性、靈活的機動性，適用范圍廣、使用成本低等優(yōu)點，其最大的優(yōu)點就是不需對地基進行開挖，即可在地基的某一深度建造符合設(shè)計要求的防滲體[2-3]。因此，此技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水庫除險加固中[1-8]，例如用于防滲墻，圍堰防滲，對壩基和壩體的防滲處理等。

基于以上優(yōu)點和作用，筆者對高壓噴射灌漿技術(shù)在雙城水庫壩基處理中的應(yīng)用作簡要分析。

1 工程概況

雙城水庫位于嫩江水系洮兒河一級支流蛟流河上游，內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟突泉縣寶石鄉(xiāng)雙城屯以北2.5 km處。工程任務(wù)是以防洪、灌溉為主，兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用。

雙城水庫于1959年建成并蓄水。工程規(guī)模屬中型，攔河壩為3級建筑物，壩址以上控制流域面積910 km2，占全流域面積6 170 km2的15%。水庫正常蓄水位為462.00 m，設(shè)計洪水位為462.00 m，校核洪水位463.00 m，水庫總庫容2 500×104 m3。主要建筑物包括擋水建筑物均質(zhì)土壩、泄水建筑物溢洪道和供水建筑物輸水洞。

工程經(jīng)40年運行，主要建筑物出現(xiàn)若干影響工程安全運行的問題。主要是擋水建筑物土壩建于未經(jīng)防滲處理的強透水砂礫石地基上，水庫滲漏嚴重，庫水位達不到興利水位，不能發(fā)揮其應(yīng)有效益。因此，必須進行除險加固。

2 壩基工程地質(zhì)條件

壩基地面高程448.58～452.20 m，組成壩基的巖層主要為第四系松散沉積物及侏羅系中統(tǒng)火山沉積巖。壩基松散層物理力學性質(zhì)指標見表1。根據(jù)第四系松散沉積物及基巖全風化層的物理力學性質(zhì)及滲透性，其主要的工程地質(zhì)問題為壩基沉陷及滑動和壩基滲漏與壩基滲透穩(wěn)定性。

前期工作及本次對谷底段壩基松散巖層對壩基基巖進行了12段壓水試驗，試驗結(jié)果見表2。

從表2中可以看出，下部侏羅系中統(tǒng)火山沉積巖強風化層及弱風化層實驗的鉆孔深度范圍為13.50～47.00 m，鉆孔高程為411.50～446.60 m，透水率為5.35～105 Lu，屬弱透水及中等透水。

3 防滲設(shè)計

3.1 防滲方案選擇 土壩壩基防滲處理方案通常有兩種，即水平鋪蓋防滲處理和垂直防滲處理。水平鋪蓋防滲處理可解決滲透安全問題，但對水庫滲漏量防滲效果較差。因此參照有關(guān)資料及國內(nèi)外工程實例及工程所在壩址的地質(zhì)特征，工程的防滲宜采用高壓噴射灌漿、混凝土地下防滲墻兩種垂直防滲型式。

3.2 方案比較

3.2.1 高壓噴射灌漿防滲墻。高壓噴射灌漿防滲墻是利用能量高度集中的水射流沖切摻攪地層，并將隨之帶入的水泥漿液與地層顆?；旌闲纬赡Y(jié)體，從而達到防滲加固地基的目的。

高壓噴射灌漿的五種作用機理：沖切摻攪、升揚置換、充填擠壓、滲透凝結(jié)和位移袱裹，已在工程實踐中逐漸得到承認，并有效地指導(dǎo)了工程實踐。

優(yōu)點：

（1）施工簡單、進度快。

（2）適用范圍廣泛。

（3）固結(jié)體的形狀可以控制。

（4）既可垂直噴射亦可水平、傾斜噴射。

（5）有較好的耐久性。

（6）料源廣闊價格低廉。

（7）設(shè)備簡單，管理方便。

（8）安全生產(chǎn)，無公害。

缺點：

（1）缺少快速可靠的檢查方法，來檢查高噴帷幕體質(zhì)量和防滲效果。

（2）對滲透系數(shù)大于700 m/d的地基，施工難度大，工藝復(fù)雜。

（3）水泥浪費嚴重，在施工過程中，易產(chǎn)生串漿、塌孔埋具的情況。

3.2.2 混凝土地下防滲墻?；炷恋叵路罎B墻是用鉆機或各種挖槽機械設(shè)備，借助于泥漿的護壁作用，在地層中造圓孔槽孔或挖出窄而深的溝槽，并在其中澆注混凝土而形成一道具有防滲、承受豎向和水平荷載功能的地下墻體。

這種方法20世紀50年代以來有了很大的發(fā)展，特別是從20世紀90年代以來，隨著機械制造業(yè)方面的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了一大批先進的挖槽設(shè)備，使地下混凝土防滲墻對地基條件適應(yīng)性更強、生產(chǎn)效率更高、成槽質(zhì)量更好。已經(jīng)成為沖積層防滲的一種經(jīng)濟可靠的防滲措施。

優(yōu)點：

（1）防滲性能好。隨著墻體接頭形式和施工方法的改進，使地下防滲墻幾乎不透水。

（2）施工方法成熟。檢側(cè)手段比其他隱蔽工程成熟，可以確保達到預(yù)期的目標。

（3）適用于多種地基、地層條件。從軟弱的沖積地層到中硬的地層、密實的砂礫石層、各種軟巖和硬巖等所有的地基都可以建造地下防滲墻。

缺點：

（1）在一些特殊地質(zhì)條件下，如很軟的淤泥質(zhì)土和超硬巖石等，施工難度很大。

（2）工程造價相對高。

3.2.3 方案的選定。根據(jù)雙城水庫土壩基礎(chǔ)地質(zhì)特點從工程進度、防滲效果、施工難易、工程造價等方面進行綜合比較。

（1）從《雙城水庫除險加固工程工程地質(zhì)報告》知，土壩壩基地層為砂礫石、礫石層，礫石直徑一般力0.5～2.0 cm，卵石直徑為10 cm，未見大的弧石、漂石，無論是高噴灌漿，還是地下連續(xù)墻，對此種地基均比較造應(yīng)。

（2）從防滲效果來看，高壓噴射是在地下進行施工成墻，成墻質(zhì)量無法控制，地下防滲墻是成槽后再進行混凝土澆筑，混凝土澆筑質(zhì)量易控制，且成墻后為一連續(xù)的整體，防滲效果好于高噴。

（3）從工程造價分析，按常規(guī)情況，高壓噴射灌漿防滲墻比砼連續(xù)墻的工程造價低一半。

（4）從施工方面分析，高壓噴射灌漿施工機械設(shè)備少，占地面積小，地下防滲墻施工機械設(shè)備較多，占地較大，比高噴施工復(fù)雜，所以從施工的難易程度分析，地下防滲墻要難于高噴防滲墻施工。

綜上所述為確保雙城水庫土壩壩基的防滲效果，并結(jié)合工程實際，此次除險加固設(shè)計土壩壩基防滲推薦采用高壓噴射灌漿墻方案。

3.3 高壓噴射灌漿墻設(shè)計

3.3.1 墻體主要設(shè)計指標。參照國內(nèi)外已建和類似工程，壩基中板墻的厚度取為20 mm；滲透系數(shù)k≤i×10-6cm/s，R28≥3 MPa。

3.3.2 高壓噴射灌漿墻體深入基巖的深度。參考有關(guān)資料、已建工程，并結(jié)合《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL274—2001，第6.2.12條帷幕的底部伸入基巖1.50 m。

3.3.3 孔距、排距的確定?？拙嗟拇笮≈苯雨P(guān)系到防滲的效果和防滲墻的造價，參考有關(guān)資料、已建工程和現(xiàn)場圍井試驗最終確定高噴灌漿的孔距1.2 m，采用單排。

3.3.4 高壓噴射灌漿墻主要技術(shù)指標。工程高壓噴射灌漿墻的連接方式采用折線連接方式，噴灌角度采用20°，噴管提升速度6～8 m/s，高噴壓力30～40 MPa。

3.3.5 工藝參數(shù)。

高壓噴射灌漿工藝參數(shù)

水壓∥kg/cm2 250～400

水排量∥L/min75

氣壓∥kg/cm24.5～8.0

氣排量∥L/min600～1 300

漿水壓力∥kg/cm23.0～6.0

排量∥L/min60～90

噴嘴直徑∥mm2～4

提升速度∥cm/s6～5

3.3.6 灌漿材料。高壓噴射灌漿材料采用新鮮425號普通硅酸鹽水泥，漿液配比：水泥：水：1～1.5。

4 防滲效果

雙城水庫工程除險加固工程于2002年完成除險加固，2002年冬天進行了蓄水，水庫運行水位已達正常蓄水位，經(jīng)過10年運行未發(fā)現(xiàn)異常，保護了下游21×104人口，2.13×104hm2耕地的防洪安全，將保護對象的防洪標準由20年一遇提高到30年一遇。每年為灌區(qū)供水1 728.25×104m3，滿足灌區(qū)用水要求。取得了良好社會經(jīng)濟效益。

5 結(jié)論

（1）雙城水庫大壩為壤土均質(zhì)壩，壩基為砂卵礫石層，建壩初期未對壩基采取防滲處理，水庫運行初期未能真正發(fā)揮應(yīng)有效益，所以水庫防滲處理必須在建壩蓄水前進行，確保工程正常運行。

（2）對雙城水庫大壩壩基防滲處理采用高壓噴射灌漿，其對已建工程較經(jīng)濟、適用，是已建工程一種較好的防滲處理方案。

（3）壩基采用高壓噴射灌漿處理時必須按照設(shè)計初擬參數(shù)，進行現(xiàn)場試驗，并采用圍井對設(shè)計參數(shù)進行復(fù)核。

（4）對從壩頂鉆進的高壓噴射灌漿墻，必須嚴格控制參數(shù)，采取可靠的觀測措施防止壓力過高將壩體劈裂，破壞原壩體。

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