高壓擺噴灌漿在凈水嶺足水庫大壩防滲中的應(yīng)用

朱萬濤

（杭州水利水電勘測設(shè)計(jì)院有限公司麗水分公司，浙江 麗水 323000）

1 工程概況

凈水嶺足水庫位于浙江省麗水市蓮都區(qū)紫金街道水東村，處于浙江省西南部。水庫大壩為黏土心墻壩，壩長60.00 m，最大壩高23.00 m，壩頂寬4.60 m。

凈水嶺足水庫始建于1966年，受當(dāng)時(shí)技術(shù)、施工條件限制，大壩心墻黏土防滲系數(shù)不滿足規(guī)范要求。2000年6月，大壩壩腳漏水嚴(yán)重，2002年，對凈水嶺足水庫大壩采用直徑1.10 m、孔距0.90 m的1排套井回填黏土防滲處理，處理后滲漏情況有所減小，仍不能滿足規(guī)范要求。2014年7月，蓮都區(qū)水利局組織對凈水嶺足水庫進(jìn)行大壩安全技術(shù)認(rèn)定，認(rèn)定凈水嶺足水庫大壩為“三類壩”，水庫為危險(xiǎn)水庫，主要存在滲漏問題，需采用相應(yīng)的防滲措施。

2 大壩工程地質(zhì)條件

凈水嶺足水庫大壩為黏土心墻壩，兩側(cè)設(shè)反濾層和壩殼料，迎水坡壩面為干砌塊石護(hù)坡，經(jīng)地質(zhì)勘察，大壩各巖土層參數(shù)指標(biāo)見表1。

表1 大壩各巖土層參數(shù)指標(biāo)表

3 大壩防滲設(shè)計(jì)

3.1 大壩防滲方案比較

凈水嶺足水庫大壩心墻滲透系數(shù)不滿足規(guī)范規(guī)定的不大于1×10-5cm/s的要求，需對大壩心墻進(jìn)行防滲處理。參照以往類似工程的處理方案，心墻防滲補(bǔ)強(qiáng)處理主要有混凝土防滲墻、沖抓套井回填黏土、劈裂灌漿等方法。

混凝土防滲墻工藝復(fù)雜，施工速度慢，不適用于小型水庫除險(xiǎn)加固。沖抓套井回填黏土防滲方案適用于低壩，壩高一旦過高則容易造成偏孔，下部易行成集中滲漏。劈裂灌漿需要施工隊(duì)伍有豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，如處理不當(dāng)會留下新的隱患。高壓擺噴灌漿通過高壓漿液與壩體黏土充分?jǐn)嚢杌旌?，形成中央厚約20 cm的漿體防滲墻，兩側(cè)形成漿體 — 黏土漸變銜接，漿體防滲墻與黏土心墻良好結(jié)合，防滲效果可靠。高壓擺噴灌漿然施工、技術(shù)難度雖較套井回填黏土防滲墻略高，但近些年來高壓擺噴灌漿已在各類水利工程中廣泛應(yīng)用，具備高壓擺噴灌漿施工能力的施工隊(duì)伍普遍。因此，本次除險(xiǎn)加固防滲補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方案選用高壓擺噴灌漿防滲墻方案，孔距1.20 m，一序孔施工。

3.2 高壓擺噴灌漿設(shè)計(jì)

高壓擺噴灌漿技術(shù)采用三管法，噴射介質(zhì)為水、水泥基質(zhì)漿液和壓縮空氣，使噴射管做一定角度的擺動和提升運(yùn)動，利用高壓水形成高速噴射流束，沖擊、切割、破碎地層土體，并以水泥基質(zhì)漿液充填、摻混其中，形成扇形斷面板墻狀的凝結(jié)體，以提高壩體防滲能力的施工技術(shù)。

3.2.1 高壓擺噴灌漿施工工序

（1）高壓擺噴灌漿施工工序和設(shè)備。工序?yàn)椋翰伎?、鉆孔（套管跟進(jìn)）、制漿、高壓灌漿、靜壓回灌。主要施工設(shè)備有：鉆機(jī)、高噴臺車、制漿機(jī)、高壓水泵、空壓機(jī)、灌漿泵。

（2）布孔與鉆孔。擺噴采用直線搭接型式，沿防滲墻軸線方向每1.20 m左右布置1個(gè)灌漿孔，共布50個(gè)灌漿孔，灌漿孔鉆入弱風(fēng)化巖0.50 m，先導(dǎo)孔可作為灌漿孔之一。

（3）制漿。高壓擺噴灌漿漿液為水泥漿。使用水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比為（0.8 ～ 1.0）∶1，漿液密度為1.55 ～ 1.70 g/cm3[1]。水泥漿采用二級攪拌，二級過濾。一級攪拌時(shí)間不少于90 s，經(jīng)過濾后進(jìn)入二級攪拌機(jī)，邊攪拌邊過濾邊使用，過濾篩網(wǎng)眼尺寸為2 mm。

（4）高壓灌漿。高壓擺噴灌漿在鉆孔施工完成并檢驗(yàn)合格后進(jìn)行，采用一序施工，孔距1.20 m。注漿前先進(jìn)行地面試噴，檢查機(jī)械及管路情況，如水、氣、漿是否暢通，各種參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求，并調(diào)準(zhǔn)噴射方向和擺動角度。一切正常后，垂直下入噴管至設(shè)計(jì)深度，先送水和氣，后送水泥漿液，按規(guī)定參數(shù)進(jìn)行原位噴射，待孔口返出漿液密度達(dá)到1.20 g/cm3后再按設(shè)計(jì)的提升速度由下至上進(jìn)行連續(xù)擺噴作業(yè)，如果中途因故中斷后恢復(fù)施工時(shí)，應(yīng)對中斷孔段進(jìn)行復(fù)噴，復(fù)噴搭接長度不小于0.50 m。

（5）靜壓回灌。當(dāng)噴桿提升至距地面40 cm高度時(shí)，先停止水和氣，再停水泥漿，由于孔內(nèi)漿液會發(fā)生析水、沉淀和凝固收縮，高噴墻體的頂部會產(chǎn)生凹穴，需用水泥漿及時(shí)進(jìn)行靜壓回灌填補(bǔ)。靜壓回灌要間斷進(jìn)行，直至填筑到孔口，漿液不再下沉?xí)r為止。每孔完成高噴灌漿后，要對水泥漿管道系統(tǒng)進(jìn)行沖洗，防止管道堵塞。

3.2.2 高壓擺噴灌漿工藝參數(shù)

施工平臺寬度不小于4.00 m最小作業(yè)寬度，再進(jìn)行灌漿高壓擺噴灌漿。沿施工軸線布孔，孔距1.20 m，一序孔施工。鉆孔直徑為φ110，孔深嵌入弱風(fēng)化巖以下0.50 m；孔位偏差不得大于5 cm，孔斜率不大于1%[2]。漿體防滲墻厚度不小于20 cm[3]；漿體防滲墻28 d抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa；漿體防滲墻滲透系數(shù)≤1.00×10-6cm/s；提升速度10 ～ 20 cm/min；擺速8 ～ 10次/min；擺角30°[4]。高壓擺噴灌漿施工工藝參數(shù)見表2。

表2 高壓擺噴灌漿施工工藝參數(shù)表[5]

4 大壩防滲施工

高壓擺噴灌漿設(shè)備施工架底座4.00 m×8.00 m，塔吊高30.00 m，塔吊可拆卸為2.50 m一節(jié)，施工設(shè)備可拆卸運(yùn)輸，運(yùn)至壩頂再行組裝，所需道路寬度不小于4.00 m。根據(jù)歷史資料，設(shè)計(jì)確定壩頂灌漿軸線，實(shí)際施工中，尚需剝離壩頂表土，確定原套井黏土具體位置，以保證高壓擺噴灌漿與原套井黏土結(jié)合。施工初始階段，按照先鉆孔、再灌漿的工序施工，但實(shí)際施工中，因灌漿噴射壓力較大，造成臨近孔位擊穿堵塞，導(dǎo)致重新鉆孔，故改為鉆一孔灌一漿的施工方案，漿液與黏土結(jié)合良好，施工順利。2015年12月，完成大壩高壓擺噴灌漿施工，施工記錄見表3。

表3 2015年12月高壓擺噴灌漿施工記錄表

續(xù)表3

5 結(jié) 語

高壓擺噴灌漿技術(shù)成熟，施工可靠，變形協(xié)調(diào)性略好，適用性廣，是良好的土石壩心墻防滲方案。采用高壓擺噴灌漿方案時(shí)，設(shè)計(jì)階段應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，查明水庫黏土心墻所在位置，摸清大壩建設(shè)及加固情況，是否進(jìn)行過套井回填黏土防滲等，以保證高壓擺噴灌漿布孔軸線與大壩原有防滲體搭接結(jié)合，形成統(tǒng)一的防滲體；施工階段應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整灌漿壓力，深孔灌漿時(shí)，保證灌漿壓力，以起到防滲效果，淺孔灌漿時(shí)，嚴(yán)格控制灌漿壓力，防止灌漿噴射壓力過大將壩體擊穿。

凈水嶺足水庫大壩在通過高壓擺噴灌漿防滲施工后運(yùn)行良好，2016年4月19日，對高壓擺噴灌漿效果進(jìn)行現(xiàn)場踏勘檢查，水位為正常蓄水位143.50 m（1985國家高程基準(zhǔn)），大壩背水坡排水溝有微量滲流匯出，在高壓擺噴灌漿正常允許滲流范圍內(nèi)，防滲效果良好，水庫加固至今已有1 a，滲流量平穩(wěn)，整體運(yùn)行良好。

凈水嶺足水庫作為浙江省較早采用該防滲方案的水庫，施工順利，防滲效果良好，可進(jìn)一步在本省推廣到同類工程之中。

[1] 游萍.高壓擺噴灌漿技術(shù)在大壩防滲加固中的應(yīng)用[J].四川水利，2009(2)：2 - 4.

[2] 中華人民共和國水利部.土壩灌漿技術(shù)規(guī)范：SL 564 — 2014[S].北京：中國水利水電出版社，2014.

[3] 李小利.高壓擺噴灌漿防滲技術(shù)在水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].陜西水利，2008(S3)：29 - 30.

[4] 中華人民共和國水利部.水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范：SL 62 — 2014 [S].北京：中國水利水電出版社，2014.

[5] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范：DL/T 5200—2004[S].北京：中國電力出版社，2005.