高噴灌漿截滲工程生產(chǎn)性試驗(yàn)探析

胡學(xué)玉，王志濱，牛加勝

（1.山東省水利工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東 濟(jì)南 250013；2.濟(jì)南市清源水務(wù)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

山東是建設(shè)平原水庫(kù)最早、最多的省份，從20 世紀(jì)70 年代開始，山東省平原水庫(kù)的建設(shè)基本沒(méi)有間斷。這些平原水庫(kù)絕大多數(shù)分布在黃河沖積平原，壩基土多為新近沉積的欠固結(jié)軟土地基，地基土結(jié)構(gòu)松散、強(qiáng)度低、易液化、抗?jié)B和抗沖刷能力差，透水性較強(qiáng)。初期由于對(duì)這些工程地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)不足，工程措施不當(dāng)造成運(yùn)行中出現(xiàn)了一些病險(xiǎn)隱患，甚至危及大壩運(yùn)行安全，如壩體填筑過(guò)程中的不均勻沉降、建筑物墻體沉降開裂、壩基滲漏、滲透變形破壞、壩后浸沒(méi)鹽漬化等。對(duì)這些問(wèn)題，通過(guò)40 多年來(lái)的探索研究，加上新工藝、新材料的應(yīng)用，基本形成了一套對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)有效的除險(xiǎn)加固處理方案。本文以濟(jì)南市玉清湖水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程高壓噴射（以下簡(jiǎn)稱高噴）灌漿截滲生產(chǎn)性工藝試驗(yàn)為例，對(duì)其生產(chǎn)性工藝試驗(yàn)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，為類似高噴灌漿截滲工程提供借鑒。

1 工程概況

玉清湖水庫(kù)坐落于黃河沖積平原與山前沖洪積平原交互處，庫(kù)下有30 多條古河道，地質(zhì)條件復(fù)雜。水庫(kù)圍壩長(zhǎng)9 639.5 m，最大壩高12.4 m，蓄水深10 m，總庫(kù)容4 850 萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容3 630 萬(wàn)m3，年供水量14 600 億m3。水庫(kù)自2001 年投入運(yùn)行后，供水效益和社會(huì)效益顯著，但由于壩基滲漏，存在滲流安全隱患，水庫(kù)未能發(fā)揮其最大效益。在當(dāng)今水資源短缺的形勢(shì)下，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固，消除安全隱患，最大程度地發(fā)揮其供水效益非常必要。

2 生產(chǎn)性試驗(yàn)方案

生產(chǎn)性試驗(yàn)施工前，施工單位應(yīng)組織技術(shù)管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、安全管理等人員編制試驗(yàn)方案，必要時(shí)可組織專家評(píng)審，經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人審核后報(bào)監(jiān)理機(jī)構(gòu)審批。

按照玉清湖水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)要求，本次加固壩基防滲采用高噴灌漿防滲墻，防滲墻采用高噴灌漿“一旋一擺搭接”和“旋噴搭接”兩種形式，第（11）層黏土層作為相對(duì)不透水層，“一旋一擺搭接”孔間距為1.0 m，“旋噴搭接”孔間距為0.85 m。高噴灌漿防滲墻軸線距壩軸線1.5 m，防滲墻深入相對(duì)不透水層不小于1 m，墻頂深入壩體不小于1.0 m，平均深度41.63 m。

按設(shè)計(jì)要求，高噴灌漿防滲墻施工前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)單孔、圍井兩個(gè)試驗(yàn)，設(shè)置3 個(gè)單孔旋噴樁、3 個(gè)單孔擺噴樁進(jìn)行單孔試驗(yàn)，在取得符合設(shè)計(jì)要求的旋噴有效直徑和擺噴半幅有效噴射長(zhǎng)度后，采用相應(yīng)施工參數(shù)進(jìn)行圍井試驗(yàn)。圍井試驗(yàn)設(shè)置“一旋一擺搭接”和“旋噴搭接”兩個(gè)圍井。

2.1 試驗(yàn)樁布置形式及布置情況

2.1.1 單樁試驗(yàn)樁布置形式

共設(shè)置3 個(gè)單孔旋噴樁如圖1，3 個(gè)單孔擺噴樁進(jìn)行單孔試驗(yàn)，如圖2 所示。

圖1 旋噴試驗(yàn)樁示意圖 mm

圖2 擺噴試驗(yàn)樁示意圖 mm

2.1.2 圍井試驗(yàn)布置形式

圍井采用“一旋一擺搭接”和“旋噴搭接”兩個(gè)圍井。

對(duì)年級(jí)效應(yīng)進(jìn)行事后檢驗(yàn)，結(jié)果表明：一、二年級(jí)之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［t（256）＝ －0．186，P＝0．852］；二、三年級(jí)之間差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［t（241）＝4．029，P＜0．001］；三、四年級(jí)之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［t（253）＝0．161，P＝0．872］；四、五年級(jí)之間差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［t（266）＝3．139，P＝0．002］；五、六年級(jí)之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［t（269）＝－0．087，P＝0．931］。以兩個(gè)年級(jí)為單位，社會(huì)期望處于穩(wěn)定的水平，而三年級(jí)和五年級(jí)時(shí)出現(xiàn)了社會(huì)期望水平的顯著降低。

1）設(shè)計(jì)旋噴搭接孔間距0.85 m，圍井孔位布置如圖3 所示。

圖3 旋噴搭接圍井布置示意圖 mm

2）設(shè)計(jì)一旋一擺搭接孔間距1.0 m，檢查圍井孔位布置如圖4 所示。

圖4 一旋一擺搭接圍井布置示意圖 mm

2.2 試驗(yàn)參數(shù)的擬定

1）旋噴單樁試驗(yàn)參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)擬定的參數(shù)：水灰比1∶1、水泥漿漿壓36～38 MPa、氣壓0.8～1.0 MPa、轉(zhuǎn)速10 r/min、水泥漿流量≥80 L/min、氣流量1.2～1.5 m3/min，通過(guò)8 cm/min、10 cm/min、12 cm/min 三組不同的提升速度進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)擬定的參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，從中選取滿足設(shè)計(jì)要求的試驗(yàn)參數(shù)作為施工參數(shù)。

2）擺噴單樁試驗(yàn)參數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)擬定參數(shù)：擺角60°、水灰比1∶1、水泥漿漿壓36～38 MPa、氣壓0.8～1.0 MPa、擺速8 次/min、水泥漿流量≥80 L/min、氣流量1.2～1.5 m3/min，通過(guò)8 cm/min、10 cm/min、12 cm/min 三組不同的提升速度進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)擬定的參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，從中選取滿足設(shè)計(jì)要求的實(shí)驗(yàn)參數(shù)作為施工參數(shù)，設(shè)計(jì)擬定的單樁試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)擬定的單樁試驗(yàn)參數(shù)表

3）圍井試驗(yàn)。在取得符合設(shè)計(jì)要求的單樁旋噴有效直徑和單樁擺噴有效噴射長(zhǎng)度后，采用相應(yīng)施工參數(shù)進(jìn)行圍井試驗(yàn)，通過(guò)圍井試驗(yàn)檢查旋噴樁和擺噴樁的連接情況。

2.3 施工資源配備

1）人員配置。項(xiàng)目經(jīng)理、技術(shù)負(fù)責(zé)人、安全員、試驗(yàn)員、質(zhì)檢員、施工員、材料員、資料員個(gè)1人；機(jī)長(zhǎng)2 人、機(jī)械操作工6 人、技術(shù)工人4 人、普通工人3 人。

2）設(shè)備配置。施工機(jī)械設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 施工機(jī)械設(shè)備表

2.4 施工工藝流程（如圖5、圖6 所示）

圖5 擺噴和旋噴單樁試驗(yàn)施工工藝流程圖

圖6 二重管旋噴注漿示意圖

3 生產(chǎn)性試驗(yàn)質(zhì)量控制

3.1 鉆孔前準(zhǔn)備工作

1）要每孔準(zhǔn)確就位調(diào)水平，墊牢機(jī)架，使立軸垂直，才能開始鉆孔作業(yè)。

2）應(yīng)對(duì)參加人員全面進(jìn)行技術(shù)交底、安全交底；技術(shù)人員把該孔號(hào)的編號(hào)、鉆孔深度、下管深度、提升速度、漿液比重、漿液流量、灌漿壓力等參數(shù)以書面形式通知操作人員，懸掛現(xiàn)場(chǎng)，并報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證孔位后方可正式鉆孔、噴射灌漿。

3.2 鉆孔質(zhì)量控制

1）開始鉆進(jìn)時(shí)，采用低速吊打，每鉆進(jìn)4～5 m，進(jìn)行一次鉆機(jī)塔架垂直度測(cè)量。鉆孔結(jié)束后利用測(cè)斜儀對(duì)每個(gè)孔進(jìn)行孔斜率測(cè)量，孔斜率不大于0.5%，滿足設(shè)計(jì)要求。

2）每孔鉆進(jìn)結(jié)束前由質(zhì)檢員檢測(cè)鉆孔深度，合格后方可終止。

3.3 灌漿質(zhì)量控制

1）灌漿過(guò)程中對(duì)附近地面的標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。

2）高壓水泥漿液壓力要達(dá)到試驗(yàn)方案要求，鉆進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常檢查灌漿壓力、漿液流量、漿液比重、提升速度等，并及時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)記錄。若出現(xiàn)壓力驟然下降、上升或冒漿異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即停鉆檢查，問(wèn)題排除后方可開鉆。

3）漿液配比符合試驗(yàn)方案要求。

4）嚴(yán)格控制提升速度、旋轉(zhuǎn)速度和擺速。

5）檢查擺噴角度，每次更換鉆桿，要提出噴口檢查噴射角度是否偏斜，若偏斜應(yīng)及時(shí)進(jìn)行校正。

6）高噴噴射灌漿過(guò)程中，由于灌漿壓力較大，應(yīng)專人檢查灌漿段周圍壩頂和邊坡情況，同時(shí)在壩頂上下游及下游排水溝邊設(shè)置壩體變形觀測(cè)點(diǎn)，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)壩頂或邊坡有起鼓或局部裂縫現(xiàn)象，應(yīng)立即停止灌漿，將鉆桿上下活動(dòng)，反復(fù)2～3 次，待起鼓漿氣排通或等起鼓部位恢復(fù)，方可按監(jiān)理指示搭接恢復(fù)灌漿。

4 生產(chǎn)性試驗(yàn)成果

試驗(yàn)樁灌漿完成14 d 后，按設(shè)計(jì)要求對(duì)完成單樁旋噴1#、2#、3#孔和擺噴4#、5#、6#孔的單樁樁頂開挖檢查，測(cè)取旋噴有效直徑和擺噴有效噴射長(zhǎng)度；28 d 后進(jìn)行鉆孔取芯，并通過(guò)試驗(yàn)測(cè)取抗壓強(qiáng)度、進(jìn)行靜水頭壓水試驗(yàn)測(cè)得滲透系數(shù)，通過(guò)鉆孔取芯檢測(cè)和開挖檢測(cè)，選擇合適的提升速度。

4.1 旋噴單樁工藝試驗(yàn)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)記錄、樁頭開挖、鉆孔取芯對(duì)比分析，形成以下施工參數(shù)：氣壓力1.0 MPa，1.4 m3/min；注漿壓力36 MPa；供漿量不少于80 L/min；提升速度8 cm/min；水泥采用P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，經(jīng)抽樣送檢，原材料質(zhì)量全部合格。

4.2 擺噴單樁工藝試驗(yàn)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)記錄、樁頭開挖、鉆孔取芯，形成以下施工參數(shù)：氣壓力1.0 MPa，1.4 m3/min；注漿壓力36 MPa，供漿量不少于80 L/min；提升速度8 cm/min；水泥采用P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，經(jīng)抽樣送檢，原材料質(zhì)量全部合格。擺角60°。

5 結(jié) 語(yǔ)

分析試驗(yàn)成果，通過(guò)單樁樁頂開挖檢查、鉆孔、取芯、室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)等幾方面對(duì)比得出結(jié)論：

1）單樁旋噴灌漿效果優(yōu)于擺噴，但旋噴有成墻厚度大、鉆孔間距小，水泥用量多，造價(jià)高，施工效率低等缺點(diǎn)。

2）單樁深層擺噴灌漿整體效果差，特別是孔深30 m 以下壤土夾姜石或黏土等特殊地質(zhì)條件，受地下水位產(chǎn)生的壓力損失等影響，灌漿效果較差?？蛇m當(dāng)降低提升速度，提高質(zhì)量效果。

3）提升速度對(duì)灌漿質(zhì)量影響較大，提升速度慢則質(zhì)量好，成樁連續(xù)，均勻密實(shí)；速度快則質(zhì)量相對(duì)較差。

4）旋轉(zhuǎn)速度對(duì)旋噴成樁有效半徑影響較大，轉(zhuǎn)速快則半徑小，轉(zhuǎn)速慢則半徑大；同理，擺速對(duì)擺噴成樁半幅有效長(zhǎng)度影響較大，擺速快則長(zhǎng)度小，擺速慢則長(zhǎng)度大。

5）孔斜對(duì)樁間搭接影響很大，特別是超深（30 m 以下孔段），要嚴(yán)格控制孔斜率。