高壓噴射灌漿在土石壩防滲加固中的應(yīng)用

涂小明，余建杰

(1.南昌市灣里區(qū)農(nóng)水局，江西 南昌 330004；2.南昌航空大學(xué)土建學(xué)院，江西 南昌 330063)

1 概述

高壓噴射灌漿法[1-2]是采用鉆孔，將裝有特制噴嘴的注漿管下到預(yù)定位置，然后用高壓水泵或高壓泥漿泵將水或漿液通過噴嘴噴射出來，沖擊破壞土體，使土粒在噴射流束的沖擊力、離心力和重力等綜合作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小，有規(guī)律地重新排列。待漿液凝固后，在土內(nèi)形成一定形狀的固結(jié)體(樁柱或板狀墻)，用以提高基礎(chǔ)防滲或承載能力的施工方法。高壓噴射灌漿的基本方法有單管法、二管法、三管法等。陳巧威[3]比較分析了采用綜合截水墻抗?jié)B系數(shù)的量水堰流量計算方法進行大壩滲流量的觀測及黏土心墻測壓管水位進行心墻滲流量的計算。單良玉、劉巖松[4]對土石壩的幾種防滲技術(shù)的特點和適用范圍進行闡述、歸納和總結(jié)。陳東俊[5]對主圍堰基床采用2排高壓旋噴樁、土石壩圍堰采用1排高壓旋噴樁的帷幕灌漿止水施工工藝進行簡要敘述，對施工過程質(zhì)量控制和成果，以及工程中出現(xiàn)的幾個問題進行了分析。羅居劍[6]論述了垂直防滲技術(shù)的設(shè)計要點和設(shè)計優(yōu)化的基本方法。徐英姿[7]介紹了摻配全強風化防滲土料在土石壩中的應(yīng)用。安元、唐雷彬[8]、紀偉[9]基于數(shù)值模擬對土石壩滲流進行計算。李偉[10]提出聚氨酯低壓注漿技術(shù)在大壩滲漏處理中的應(yīng)用。

江西省南昌市灣里城區(qū)某水庫高噴灌漿采用了單管法和三管法相結(jié)合施工方法，總進尺擺噴2204.5m，旋噴3373.6m，最大旋噴深度45.6m，形成了一道擺噴墻厚0.25m，旋噴墻厚0.7m的混凝土防滲連續(xù)心墻。

2 水庫工程特性、地質(zhì)條件及病險情況

2.1 水庫工程特性

水庫位于灣里城區(qū)北面高山上，水庫總庫容448萬m3，最大壩高45m，壩頂高程192.5m。大壩為均質(zhì)土壩，溢洪道為開敞式實用堰型，壩下涵管位于大壩中底部，鋼筋混凝土管內(nèi)套Φ0.4m鑄鐵鋼管。工程等別為IV等，主要建筑物為4級，次要建筑物5級，水庫按30年一遇洪水設(shè)計、1000年一遇洪水校核。

2.2 地質(zhì)條件及病險情況

壩區(qū)出露地層有混合花崗巖和第四系松散堆積層，壩址區(qū)構(gòu)造線方向主要呈NE向，巖體的片麻理構(gòu)造較清晰，產(chǎn)狀也比較穩(wěn)定，主要呈NE45°～55°，傾SE傾角40°～62°。壩區(qū)斷裂構(gòu)造主要呈陡傾角閉合狀。壩區(qū)斷層不很發(fā)育，僅見5條裂隙狀斷層。壩址區(qū)裂隙中等發(fā)育，發(fā)育比較明顯的裂隙有4條。工程區(qū)無活動性斷裂及區(qū)域大構(gòu)造通過，區(qū)域構(gòu)造相對穩(wěn)定。基巖裂隙潛水存于壩基混合花崗巖體節(jié)理裂隙中，接受大氣降水和區(qū)域地下水補給，排泄于河谷低洼處。壩體土體不均一，填筑質(zhì)量大部分較好，總體呈稍密-中密狀，土體含粉、黏粒偏少。壩基為全-強風化混合花崗巖；右岸壩肩巖體單薄，裂隙較發(fā)育；左岸山體為強風化山梁。壩基及兩岸壩肩均具中等透水性，存在壩基、壩肩滲漏及繞壩滲漏問題。壩體最大水平滲透坡降及壩體逸出坡降均大于允許滲透坡降，滲透性態(tài)不安全。

3 大壩防滲處理

3.1 防滲設(shè)計方案

高壓噴射防滲心墻工程實施范圍：壩軸線0+030～0+194段，墻頂高程190.5m，全長224m。采用旋噴與擺噴相結(jié)合的方式，單排布孔，兩壩肩及壩身172.5m以下均采用旋噴，鉆孔孔距為0.7m；壩身172.5m以上采用擺噴，孔距為1.4m。0+030～0+012.6左岸風化山梁段采用單管法施工；0+012.6～0+194采用三管法施工。鉆孔入弱風化巖1m，擺噴角度60°。旋噴套接、擺噴對接方式的高噴墻結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高噴墻結(jié)構(gòu)圖

3.2 施工工藝

(1)圍井試驗

該工程高噴墻深度大，選擇有代表性的孔位進行圍井試驗，確定施工參數(shù)，見表1，選定施工機具設(shè)備，見表2。

表1 施工參數(shù)

表2 機具設(shè)備

(2)分序布孔

采用三序布孔法施工：按先第一序，再第二序，最后第三序孔的施工順序進行噴射灌漿。布孔方式為隔孔布設(shè)，三序布孔如圖2所示。

圖2 三序布孔圖

(3)噴射施工

放樣鉆機就位，水平調(diào)校，使鉆桿軸線垂直對準鉆孔中心。膨潤土護壁，鉆孔達設(shè)計深度后移開鉆機，移入高噴臺車，安裝好噴射管，對中、調(diào)平，同時確定擺噴角度。

下注漿管：將三重噴射灌漿管插入孔內(nèi)預(yù)定深度，為防止泥沙堵塞噴嘴，使用低壓水和少量壓縮空氣，邊射水邊插管。孔底沉渣較多時，先噴泥漿和用旋提擺裝置配合掃孔，直至噴射管完全到達孔底。

旋擺提升：噴射管達到設(shè)計深度后，送空氣、高壓水，送水泥漿(P.O32.5普通硅酸鹽水泥漿)靜噴5min，待孔口回漿的比重>1.3g/cm3后開始提升噴射，控制好提升速度自下而上邊噴射邊轉(zhuǎn)動邊提升，直到設(shè)計高度?？紤]到漿液凝固收縮，停漿位置提高0.5～1.0m；在發(fā)現(xiàn)孔口漿下降后進行回灌補漿或二次注漿。

回灌：頂部2m空樁，進行普通注漿后，在鄰近孔施工前應(yīng)進行回灌。

施工流程如圖3所示。

3.3 質(zhì)量控制

嚴格控制孔的間距不得大于設(shè)計間距，鉆機就位后調(diào)整好噴射角度，確保成墻厚在設(shè)計誤差允許范圍內(nèi)。下管時控制好水壓和氣壓，既要防止堵口，又要防止壓力過大導(dǎo)致塌孔，下管深度一定要達到孔底?？刂坪盟酀{用量，水泥漿用量對成樁質(zhì)量有直接的影響。對回漿進行監(jiān)測，控制提升速度，調(diào)整注漿量和噴射壓力，回漿必須大于等于1.3g/cm3才能正常提升。若孔口回漿的比重小于1.3g/cm3時，應(yīng)降低提速或停止提升。

圖3 施工流程圖

3.4 特殊情況控制

施工中在179、181、186號孔灌漿時靜噴5分鐘后孔口不返漿，處理措施為持續(xù)靜噴，待返漿后按正常施工流程噴射灌漿。

4 防滲效果

抽芯取樣檢測：三個防滲墻抽芯取樣孔，均未采集到自上而下連續(xù)分布的混凝土巖芯。鉆孔注水試驗：3個鉆孔均采用降水頭注水試驗法，鉆孔中所揭露到的混凝土巖芯孔段，滲透系數(shù)為4.5×10-8～4.0×10-7cm/s，具微透水性。從抽檢情況看，防滲墻滲透系數(shù)符合設(shè)計要求(小于1.0×10-6cm/s)，質(zhì)量合格。挖開察看：現(xiàn)場開挖了2處觀測，擺噴成墻明顯，泥結(jié)厚度31～78cm。實際觀測滲流量：工程實施后，2014—2018年五年間對壩后量水堰滲水量觀測，與灌漿前相比，滲水量大為減少。加固前正常蓄水位190m，滲水量為825.4m3/d，加固后實測滲水量168.7m3/d(設(shè)計滲水量152.9m3/d)，壩內(nèi)最大水平滲透坡降及浸潤線出逸坡降均在規(guī)范要求之內(nèi)。

5 壩體運行觀測

2012年3月高壓噴射灌漿完畢，同年5月份工程完工，6月份初始蓄水，水庫正常運行。2015年底，壩頂混凝土公路出現(xiàn)縱向微裂縫，隨著時間推移，裂縫寬度逐漸發(fā)展。2018年開始對該裂縫進行開度監(jiān)測，因監(jiān)測時間短，數(shù)據(jù)少，同溫度下開度數(shù)據(jù)更少。缺少數(shù)量的同條件下數(shù)據(jù)比較，裂縫開度有左右偏移情況，無足夠的數(shù)據(jù)表明裂縫繼續(xù)發(fā)展或已穩(wěn)定，需繼續(xù)進行觀測。

6 結(jié)語

在中低壩防滲處理時，采用單排高噴灌漿提高壩體防滲的方案可行；針對大壩不同部位，采用不同的施工工藝進行噴射灌漿能達到整體設(shè)計防滲效果。

施工中出現(xiàn)一些回漿濃度不足，孔口不返漿等情況時，需嚴格按照施工工藝，控制施工參數(shù)，不會影響施工質(zhì)量；大壩防滲墻抽芯檢測時成墻不明顯情況下，可開挖一定深度的防滲墻直接觀測成墻情況，結(jié)合壩后量水堰滲水量，綜合分析防滲設(shè)計效果可行。

大壩高噴灌漿防滲設(shè)計應(yīng)進行灌漿后的壩體穩(wěn)定性計算，高噴灌漿固結(jié)后，大壩內(nèi)部被重新分成了前后土體和中間泥結(jié)墻三塊，剛度不一，沉降不一，有不穩(wěn)定的可能性，應(yīng)進行壩體穩(wěn)定性復(fù)核，完工后應(yīng)對壩體進行穩(wěn)定性觀測。

防滲設(shè)計方案受限于工程自身的地質(zhì)參數(shù)，不具普遍性。高噴的施工工藝、施工參數(shù)、質(zhì)量控制、防滲檢測方案以及工程竣工運行后發(fā)現(xiàn)的問題，能給予其他病險水庫的高噴防滲設(shè)計、施工參考借鑒。