高壓噴射灌漿在鋼壩閘防滲工程中的應(yīng)用

閆 義

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030012）

修建水利基礎(chǔ)設(shè)施是維持國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要措施之一，水庫在水資源調(diào)度和防洪等方面有著重要作用，其中大壩基礎(chǔ)防滲設(shè)計(jì)的合理性直接影響未來水庫高效運(yùn)行與管理。因此，有必要對(duì)水庫大壩滲漏處進(jìn)行加固防滲?，F(xiàn)以汾河二庫大壩為例，對(duì)鋼壩閘滲漏隱患處防滲處理進(jìn)行分析。

1 高壓噴射灌漿技術(shù)

1.1 常見防滲技術(shù)

我國土石壩防滲技術(shù)過去大多采用黏土鋪蓋等技術(shù)，隨著國外防滲技術(shù)的引進(jìn)，大量先進(jìn)技術(shù)如深層攪拌樁[1]、劈裂灌漿、高壓旋噴樁[2]等被經(jīng)常采用。通過試驗(yàn)和工程實(shí)踐，這些防滲技術(shù)有各自優(yōu)勢(shì)和不足以及適用條件，詳見表1。

表1 防滲技術(shù)分析

1.2 高壓噴射灌漿技術(shù)

高壓噴射灌漿法最初應(yīng)用于軟土地基的加固，后來逐漸用于大壩基礎(chǔ)防滲。其施工原理是通過機(jī)具鉆孔，將高壓漿液通過注漿管噴射到待防滲土層，破壞土體結(jié)構(gòu)并在壓力下與漿液混合重新排列凝固形成墻體，達(dá)到加固防滲作用[3]。由于技術(shù)應(yīng)用范圍廣、施工方便高效且形成的凝固體屬于逐漸過渡型，適合多數(shù)大壩生態(tài)治理工程，本工程采用該技術(shù)進(jìn)行大壩防滲處理。

2 工程基本情況

2.1 工程概況

汾河二庫是一座大（2）型水利樞紐，總庫容1.33億m3，主要服務(wù)于生活工業(yè)供水、水利發(fā)電及旅游養(yǎng)殖等。本項(xiàng)目為汾河二庫大壩下游河道生態(tài)治理一期工程，位于壩址下游至臥龍灣大橋，全長703 m，需在樁號(hào)Z0+455 處新建鋼壩閘1 座，壩高2.0 m、寬56 m。

2.2 地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

鋼壩閘壩基和壩肩地層為第四系全新統(tǒng)洪沖積物卵石混合土層，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，局部松散。卵礫石粒徑平均40 mm，以灰?guī)r為主，含少量的砂巖及變質(zhì)巖。細(xì)粒為中細(xì)沙，以石英、長石等為主，平均厚度26 m。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土樣進(jìn)行鉆孔注水試驗(yàn)，分析得出其土層滲透系數(shù)為32 m/d，滲透嚴(yán)重。其下基巖滲透系數(shù)較小，作為相對(duì)隔水層。經(jīng)計(jì)算，壩基和左右壩肩滲漏量約為3800和1430 m3/d，滲漏量較大，直接影響到鋼壩閘的蓄水安全，需采取防滲措施。

3 高壓旋噴防滲墻設(shè)計(jì)

根據(jù)常見防滲技術(shù)以及本工程地質(zhì)報(bào)告的建議，防滲體布置要求有：設(shè)計(jì)方案必須保證工程質(zhì)量；工程整體概算低，工程量小，易施工；防滲體施工時(shí)必須保證大壩整體安全性；防滲體施工期間，盡量協(xié)調(diào)各方面用水需求。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)論證，本工程采用高壓旋噴防滲墻方案進(jìn)行加固防滲處理。

3.1 灌漿孔布置

常見工程的鉆孔方式及布置孔距等，詳見表2[4]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，本工程防滲墻范圍處于卵石混合土地層，采用單排柱列型鉆孔方式，設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表3。

表2 常見鉆孔方式及布置

表3 灌漿孔設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 灌漿技術(shù)要求

高噴注漿材料采用水灰比為1∶0 的水泥漿，其中水泥為42.5 級(jí)以上普通硅酸鹽水泥；灌漿方法選擇三管法，分二序進(jìn)行，相應(yīng)配備專業(yè)施工人員如泵工、鉆工、噴灌工等[5]。

高壓旋噴技術(shù)是利用泵壓力和流量產(chǎn)生強(qiáng)破壞力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的主要技術(shù)參數(shù)詳見表4。

表4 高壓旋噴灌漿主要技術(shù)參數(shù)

4 高壓噴射灌漿施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備及工藝

施工單位開工前應(yīng)做好施工準(zhǔn)備如圖1 所示，施工工藝如圖2所示。

圖1 施工準(zhǔn)備

圖2 施工工藝

4.2 施工要求

4.2.1 鉆孔

采用SHL500X 沖擊鉆機(jī)分兩序鉆進(jìn)施工，首先選擇3 個(gè)不同方向的先導(dǎo)孔校對(duì)地層，然后進(jìn)行鉆孔。施工要求如下：①孔位與設(shè)計(jì)孔位相差大小≤50 mm，孔徑約146 mm；②孔深大于設(shè)計(jì)墻體深度0.3 m；③鉆機(jī)穩(wěn)定，鉆桿垂直度偏差≤0.5%，鉆孔偏斜度≤1%。施工過程中，應(yīng)及時(shí)記錄以上各種數(shù)據(jù)以及出現(xiàn)的特殊問題如漏漿、少鉆等。

4.2.2 制漿

采用集中制漿，制漿站配置1 套水泥攪拌系統(tǒng)，利用管路分別將制備好的漿液供應(yīng)到GP2000 型高噴臺(tái)車。

4.2.3 注漿

當(dāng)鉆孔數(shù)據(jù)滿足驗(yàn)收要求后開始分兩序灌漿施工。首先，采用熟料膠帶將噴頭的噴嘴部位包封密實(shí)，以防止噴嘴堵塞。然后，在地面進(jìn)行試噴，無問題后在灌漿孔位下噴管至設(shè)計(jì)深度。按照設(shè)計(jì)參數(shù)開始原位噴射，當(dāng)漿液返到孔口時(shí)再以8 cm/min 的速度提升噴射，噴射結(jié)束后進(jìn)行回灌直至孔口泥漿液面保持穩(wěn)定[6]。若灌漿過程中出現(xiàn)噴射管需拆除問題，應(yīng)設(shè)置長度≥20 cm 的搭接段，并進(jìn)行復(fù)噴。施工過程中，利用自動(dòng)記錄儀記錄以上各種數(shù)據(jù)如進(jìn)漿密度、回漿密度等以及出現(xiàn)的各種特殊情況。

5 質(zhì)量檢測(cè)

本工程委托山西省水利建筑工程局中心試驗(yàn)室有限公司對(duì)防滲墻質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容包括墻體鉆孔進(jìn)行注水試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)共鉆孔取芯3 孔，每孔14.5 m，分3 段進(jìn)行注水試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，結(jié)果詳見表5。

表5 檢測(cè)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知，鉆孔取芯的巖芯完整，滲透系數(shù)均滿足不大于A×10-6cm/s 的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)抗壓強(qiáng)度也滿足抗壓強(qiáng)度不小于3.0 MPa 的設(shè)計(jì)要求。因此，高壓噴射灌漿防滲技術(shù)滿足鋼壩閘加固防滲要求。

6 結(jié)語

本文通過地質(zhì)條件的深入剖析，采用高噴防滲墻作為水庫鋼壩閘的主要防滲手段。經(jīng)方案設(shè)計(jì)和質(zhì)量檢測(cè)，高壓旋噴防滲墻砂卵石地基的防滲得到有效保障。高壓旋噴樁施工簡(jiǎn)單、造價(jià)成本低、防滲效果好、應(yīng)用范圍廣，為類似工程的大壩設(shè)計(jì)提供了借鑒。