水庫堤壩高壓旋噴施工技術(shù)及其工程應(yīng)用

鞏轉(zhuǎn)定

摘 要：2012年3月13日某水庫發(fā)生的大壩塌坑險情事件，已嚴(yán)重影響了水庫安全運行，一旦發(fā)生潰壩事故，將會給下游人民生命、財產(chǎn)安全帶來巨大損失，除險加固刻不容緩。采用高壓噴射灌漿進(jìn)行堤壩防滲處理應(yīng)用較為廣泛，近幾年來，我公司在多項水利工程項目施工中歸納了一些技術(shù)參數(shù)，取得了一些經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：水庫；高噴灌漿；除險加固；防滲墻

中圖分類號：TV543 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0078-02

高壓噴射注漿就是利用鉆機鉆孔，把帶有噴嘴的注漿管插至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液成為20Mpa以上的高壓射流，從噴嘴中噴射出來沖擊破壞土體。部分細(xì)小的土料隨著漿液冒出水面，其余土粒在噴射流的沖擊力，離心力和重力等作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例有規(guī)律地重新排列。漿液凝固后，便在土中形成一個固結(jié)體與樁間土一起構(gòu)成復(fù)合地基，從而提高地基承載力，減少地基的變形，達(dá)到地基加固的目的。

崔雙利[1]在某擋墻的開挖施工中，選擇了高壓旋噴樁對基坑邊坡進(jìn)行支護(hù)取得了良好的效果。武玲[2]以某建筑工程的地基加固為例，研究了高壓旋噴樁加固回填土的有效性。張彤[3]通過廣西賓陽縣露紆鎮(zhèn)急水壩的高壓旋噴灌漿施工，探討了該技術(shù)在土壩防滲加固工程中的應(yīng)用前景。

通過以上研究的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)高壓旋噴灌漿技術(shù)在防滲加固工程中均取得不錯的施工效果，雖然如此但仍然對該項技術(shù)缺乏實際的數(shù)據(jù)支撐，因此本文章主要是通過結(jié)合李橋水庫的實際情況進(jìn)行高壓旋噴實驗，為今后類似的工程提供一定的參考依據(jù)。

1 高壓旋噴施工方案

該實驗主要是驗證高壓旋噴灌漿是否滿足李橋水庫除險加固防滲設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；可以提前進(jìn)行試驗可極大的縮短施工工期，節(jié)省投資；為正常施工提前做好準(zhǔn)備；同時驗證高壓旋噴灌漿的方法及其適用性。通過試驗驗證設(shè)計確定的有效樁徑、噴射介質(zhì)的合理性。并論證高壓旋噴灌漿孔孔距、孔序的合理性及質(zhì)量的可靠性。又能夠確定技術(shù)參數(shù)：水壓和水量、氣壓和氣量、漿壓和漿量、漿液配合比、噴管提升及旋轉(zhuǎn)速度。驗證所取參數(shù)的合理性，為工程施工提供指導(dǎo)意見和合理參數(shù)。

1.1 設(shè)計要求

高壓旋噴防滲墻設(shè)計技術(shù)指標(biāo)如下：

西壩段壩體高壓旋噴防滲墻（-0+050～0+350）；

東壩段壩體高壓旋噴防滲墻（1+137～1+285）；

高壓噴射灌漿孔孔距1.00m，樁徑1.20m，每30m設(shè)1先導(dǎo)孔。

1.2 試驗段的選擇

正確地選擇灌漿試驗地段，可以正確指導(dǎo)高壓旋噴灌漿施工有著重要的意義。選擇試驗地段時，一般應(yīng)考慮下面幾個條件：

試驗地段的地質(zhì)情況應(yīng)具有代表性。高壓旋噴灌漿試驗段應(yīng)選在高壓旋噴灌漿施工防滲線相同地質(zhì)的區(qū)域或中等偏劣的地質(zhì)條件的地段。根據(jù)設(shè)計提供的地質(zhì)情況，將高壓旋噴灌漿試驗選擇在以下兩個區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，試驗一區(qū)選擇在樁號0+309～0+315處（壩基壤土心墻），試驗二區(qū)選擇在樁號0+008～0+011.8處（砂礫石壩殼）。

高壓旋噴灌漿試驗鉆孔數(shù)目由于灌漿試驗?zāi)康牟煌?。試驗一區(qū)布設(shè)試驗孔7個，孔位布置由單排孔組成，其中Ⅰ序孔4個，Ⅱ序孔3個；試驗二區(qū)布設(shè)試驗孔5個，孔位布置由單排孔組成，其中Ⅰ序孔3個，Ⅱ序孔2個。

1.3 工藝流程

壓噴射灌漿試驗主要工藝流程為：鉆孔→高噴臺車就位→地面試噴→下入噴射管→提升噴射→漿液回灌→管路沖洗→高噴臺車遷移。

高噴臺車就位：高噴臺車就位過程中，應(yīng)檢查提升、制動、管路、電路、旋擺狀況、轉(zhuǎn)向等系統(tǒng)是否正常。

地面試噴：地面試噴前檢查管路是否暢通、連接情況是否正常，檢查機械及管路運行情況。無誤后進(jìn)入下一步工序。

下入噴射管：噴射管下入前，應(yīng)先送水、氣試噴，把各種壓力加到噴射要求的壓力和流量。通過試噴可以了解各種管路是否暢通、水嘴和風(fēng)嘴的加工質(zhì)量。水射流過早離散、霧化或過小的水嘴不宜使用，待各項參數(shù)符合要求后才能下管。為防止水、氣噴嘴堵塞，下管前，可用膠布包扎。當(dāng)遇有噴射管下不到位或下不去現(xiàn)象時，視不同的情況采取不同方法處理，一般采用以下方法：

（1）用高噴臺車自帶無巖芯鉆頭鉆進(jìn)；（2）用高壓泥漿泵送水邊轉(zhuǎn)邊下；（3）送風(fēng)邊轉(zhuǎn)邊下；（4）送風(fēng)、送水邊轉(zhuǎn)邊下。

后三種方法的關(guān)鍵在于掌握介質(zhì)的壓力及流量，一般都不宜過大，如果各種方法都不成功，則用鉆機處理。

提升噴射：將噴射管下到預(yù)定位置后，依次送水、送氣、送漿，待水壓、風(fēng)壓和漿壓升至設(shè)計值，待孔口返漿密度≥1.20g/m3后開始提升。水泥漿密度控制在1.51～1.60g/m3。高噴過程中，每隔30min進(jìn)行一次進(jìn)漿和回漿密度測試，當(dāng)其達(dá)不到設(shè)計要求時，立即暫停噴漿作業(yè)并立即調(diào)整水灰比，盡快恢復(fù)噴漿作業(yè)。

漿液回灌：高噴灌漿結(jié)束后，利用回漿或水泥漿及時回灌，回灌時間不少于30min，直至孔口漿面不下降為止。

2 高壓旋噴灌漿實驗過程

2.1 實驗工程概況及其地質(zhì)情況分析

實驗開始前首先確定其工程概況及其地質(zhì)詳情，甘肅省張掖市山丹縣李橋水庫是一座以灌溉為主的年調(diào)節(jié)中型水庫，主要建筑物按3級設(shè)計，設(shè)計抗震設(shè)防烈度7度。水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水設(shè)計，1000年一遇洪水校核。水庫壩址以上控制流域面積1143km2。水庫總庫容1540萬m3，有效庫容1416萬m3。工程區(qū)位于“祁、呂、賀”山字型構(gòu)造西翼反射弧中的永昌南山古凸起帶內(nèi)。根據(jù)資料記載[4]，地震動峰值加速度為0.10g，地震動反映譜特征周圍期0.45s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。工程區(qū)位于“祁、呂、賀”山字型構(gòu)造西翼反射弧中的永昌南山古凸起帶內(nèi)。新構(gòu)造運動主要表現(xiàn)為差異性的升降運動，并且水庫壩身壤土心墻填土總體密實性差，松散、不均勻、裂隙較多。endprint

2.2 對實驗區(qū)域進(jìn)行高噴灌漿實驗

為了驗證設(shè)計方案，向建設(shè)單位提供決策依據(jù)，為李橋水庫除險加固工程高壓旋噴防滲墻施工提供最佳技術(shù)參數(shù)，我公司于2012年6月18日至7月20日在樁號0+309～0+315處（壩基壤土心墻）和樁號0+008～0+011.8處（砂礫石地層）進(jìn)行了高壓旋噴灌漿試驗。

在高壓噴射灌漿試驗過程中，我單位嚴(yán)格控制既定技術(shù)參數(shù)，遵循有關(guān)條款[3]規(guī)定，認(rèn)真負(fù)責(zé)地完成了各孔段高壓旋噴灌漿試驗。

試驗一區(qū)YS1、YS3、YS4、YS5和YS7號孔因施工供水不足或機械故障出現(xiàn)了不同時長地中斷，故障排除后恢復(fù)試驗時，對中斷孔段進(jìn)行了復(fù)噴，搭接長度均大于0.50m。

YS3號孔高噴試驗過程中，提升至距地面1.18m處因施工供水中斷，天氣降雨等原因終止，造成防滲墻墻頂出現(xiàn)深度1.10m的凹坑。

試驗一區(qū)實施高壓旋噴灌漿試驗孔7個，其中一序孔4個，二序孔3個，平均孔深11.03m，各孔段實際工程量及試驗參數(shù)詳見附表：《高噴灌漿工程綜合成果表》。

試驗二區(qū)ES1、ES3和ES4號孔因施工供水短缺或機械故障出現(xiàn)了不同時長地中斷，故障排除后恢復(fù)試驗時，對中斷孔段進(jìn)行了復(fù)噴，搭接長度均大于0.50m。

ES4號孔高噴試驗過程中，提升至距地面1.20m處因機械故障，短時間內(nèi)無法恢復(fù)試驗被迫終止，造成防滲墻墻頂出現(xiàn)深度1.20m的凹坑。

因該試驗區(qū)域地層為砂礫石，存在粒徑較大的礫石，在鉆孔過程中出現(xiàn)塌孔等情況；各孔段下入噴射管過程中較困難。各孔段實際試驗參數(shù)及工程量詳見附表：《高噴灌漿工程綜合成果表》

2.3 高壓旋噴灌漿質(zhì)量控制

（1）為了保證墻體連續(xù)性，確?？孜黄睢?cm，其次要確保鉆孔垂直，施工中采取控制方法：1）鉆機用水平尺調(diào)平；2）鉆桿采用粗徑鉆桿盡量滿眼鉆進(jìn)；3）鉆桿用鉛垂調(diào)直；4）防滲墻采旋噴套接。采用普硅P042.5級水泥。（2）認(rèn)真記錄鉆孔鉆探班報表，為高噴灌漿提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。（3）進(jìn)行現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗，進(jìn)一步明確各種參數(shù)并報監(jiān)理審批。（4）施工中采取跳打法，先進(jìn)行Ⅰ序孔試驗，再進(jìn)行Ⅱ序孔試驗，相鄰樁孔間隔施工時間12～72小時。（5）樁底應(yīng)按設(shè)計要求進(jìn)行不提升高壓旋噴。（6）嚴(yán)格控制進(jìn)漿、回漿密度，進(jìn)漿密度控制在1.5～1.7g/m3。

3 實驗結(jié)論及其分析

3.1 實驗結(jié)果

（1）2012年7月3日對高壓旋噴灌漿試驗區(qū)域進(jìn)行了開挖檢查，從開挖出的高壓旋噴防滲墻凝結(jié)體搭接較好，墻體表面平整，不存在空洞及夾渣現(xiàn)象，樁徑及搭接厚度均可以滿足設(shè)計要求及規(guī)范規(guī)定（具體詳見表1《高壓旋噴防滲墻凝結(jié)體實測表》）。

試驗一區(qū)高壓旋噴防滲墻凝結(jié)體單樁直徑最大145cm，最小125cm，搭接厚度最大100cm，最小89cm。

試驗二區(qū)高壓旋噴防滲墻凝結(jié)體單樁直徑最大130cm，最小120cm，搭接厚度最大71cm，最小62cm。

（2）2012年7月4日進(jìn)行了試驗區(qū)開挖檢查；從開挖斷面查看發(fā)現(xiàn)高壓旋噴墻墻體搭接較好，表面光滑，不存在空洞及加渣現(xiàn)象；高噴旋噴墻墻體有效厚度最大145cm，最小120cm，搭接厚度最大100cm，最小62cm。滿足設(shè)計要求及規(guī)范規(guī)定。

（3）通過對試驗區(qū)域開挖檢查，YS4、ES2號孔高噴凝結(jié)體樁徑、搭接厚度最大，根據(jù)施工記錄表記錄的試驗參數(shù)，推薦在壤土心墻采用YS4號孔參數(shù)，砂礫石及基巖采用ES2號孔參數(shù)。

（4）針對本次試驗二區(qū)（砂礫石地層）高壓旋噴防滲墻厚度不均勻的情況，為保證工程施工質(zhì)量，我單位于2012年7月7日至8日采用ES2號孔參數(shù)進(jìn)行了砂礫石地層驗證試驗，通過開挖檢查發(fā)現(xiàn)高壓旋噴墻樁徑均在1.30m以上，可以滿足設(shè)計要求。

（5）為了確保工程質(zhì)量建議在試驗參數(shù)的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高施工標(biāo)準(zhǔn)，我單位推薦采用如下參數(shù)：

水壓力38～40MPa流量80L/min，壓縮空氣壓力0.70MPa流量1.00m3/min，水泥漿液壓力0.80～1.20MPa流量60～80L/min，漿液密度≥1.51g/cm3回漿密度≥1.2g/cm3，漿液配比0.8：1、0.6：1，噴射管提升速度：基巖及砂礫石地層5～6cm/min，壤土心墻8～10cm/min，轉(zhuǎn)動速度10r/min。

（6）鑒于本次試驗在砂礫石上部進(jìn)行，下部地層情況未完全揭示，施工中若遇漂石或塊石地層，根據(jù)實際情況處理。

3.2 實驗總結(jié)

從建設(shè)過程中的多次現(xiàn)場檢查，竣工后的驗收以及近兩年的蓄水檢驗來看，高壓旋噴灌漿施工技術(shù)具有工藝簡單，質(zhì)量保證，適應(yīng)性強，廢漿量大的特點。該項技術(shù)在水利工程中為土壩防滲加固處理樹立了典范，具有較好的借鑒和指導(dǎo)意義，為今后土壩防滲中，值得結(jié)合實際來推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]崔雙利.高壓旋噴注漿技術(shù)在基坑擋土墻工程中的應(yīng)用[J].探礦工程，2011，38（2）：48-49.

[2]武玲.高壓旋噴樁在某建筑地基加固中的應(yīng)用[J].山西建筑，2014，（34）：79-80.

[3]張彤.高壓旋噴灌漿技術(shù)在急水壩防滲加固的應(yīng)用廣西水利水電[J].2010：39-42.

[4]中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖GBl8306—2001[S].endprint