高压摆喷灌浆技术在孟州顺涧水库除险加固工程中的应用

2010-01-18河南省水利第二工程局

河南水利与南水北调 2010年7期

关键词：浆液灌浆注浆

□薛波（河南省水利第二工程局）

□薛波（河南省水利第二工程局）

近几年来，河南省一些病险水库除险加固施工中采用高压摆喷灌浆技术，取得了良好的防渗效果。本文将高压摆喷灌浆技术的施工过程和质量检测办法加以总结，分别就施工准备、过程控制、技术参数和工艺要求检测等方面进行了初步探讨。

高压摆喷灌浆；防渗处理；应用

一、工程概况

孟州市顺涧水库位于孟州市西虢镇东北，黄河支流汉水河上，控制流域面积31.26km2。水库大坝为均质土坝，坝高30.5m。水库始建于1957年，大坝两端岸坡未做彻底处理，致使坝两端产生不均匀沉陷，并出现横向裂缝，坝体渗漏严重。

此次除险加固的一项主要任务，就是采用高压摆喷灌浆技术对大坝进行防渗处理，在主坝桩号0+032～0+210段，坝上游坡152.8m平台处进行高压摆喷灌浆。设计灌浆孔平行于坝轴线单排布置，孔距为1m。高压摆喷深入相对不透水层0.5m。

二、施工过程

（一）主要施工设备

地质回转钻机、液压钻机，泥浆泵，高压清水泵，空压机，高压摆喷灌浆台车，灰浆搅拌机。

（二）施工准备工作

高压摆喷灌浆的质量受地层的种类和密实度、地下水质、土颗粒的物理化学性质影响较大。因此在施工前应全面了解地质情况和设计要求。灌浆施工前需在设计灌浆部位先布设先导孔，本工程沿设计灌浆轴线每50m布置一个先导孔，利用钻孔采取芯样，了解各坝段土质类别、地层变化及分部深度、渗漏程度、基岩深度等情况。

高喷灌浆的施工质量，还取决于施工技术参数的合理选用。本工程采用二管法施工，主要是选好气、浆的压力及其流量，喷嘴大小及数量，喷嘴摆动和提升的速度，浆液配比、相对密度等。上述各种工艺参数，在理论上虽可做些计算和分析，但在工程中实际运用往往比较复杂，因此应依据现场试验和实践经验采取合理的工艺参数。

提升速度和旋转是喷射流相对性移动的速度，它是决定喷射流冲击切割土层时间长短的两个主要因素，因此提升速度和旋转速度的相互配合是至关重要的。旋喷或摆喷时，提升速度过慢影响工效，增加耗浆量；旋转速度过快桩径太小，影响施工质量。一般控制在每旋转一转，提升0.5～1.25cm，这样可使土体破坏，且土颗粒破坏得较为细而均匀。

表1 目前国内高压摆喷灌浆施工常采用的技术参数表

顺涧水库高喷灌浆开工前，在现场选一处地质情况具有代表性的场地，先进行高压摆喷灌浆试验，以获取合适的施工技术参数。试验共布设10个孔，单排布置，灌浆采用二管法。钻孔孔深定为7.3m，灌浆深度1～7m，最终选定的技术参数见表2。

表2 灌浆技术参数表

防渗体龄期到期后，对防渗体进行开挖检查，并做围井注水试验。开挖后防渗体板墙主要量测数据为：单孔喷射半径0.48～0.72m，单孔喷射直径0.95～1.42m，单孔防渗体厚度0.18～0.24m。注水试验结果见表3。试验结果表明，试验灌浆防渗体抗渗性及整体性满足设计及规范要求。

表3 注水试验结果表

（三）施工程序和工艺

施工工艺流程主要有：钻机定位→钻孔→制浆→下喷射管→供压缩空气、高压水、水泥浆→摆动、提升→喷射完成→孔内静压充填灌浆→高压摆喷灌浆完成→移机。

1.制浆

本工程浆液为纯水泥浆，采用普通硅酸盐32.5＃水泥，水灰比为1：1～1.5：1。水泥浆液应严格过滤，防止发生堵塞事故。当环境温度≤10℃时，浆液存储时间≤5h；当环境温度≥10℃时，存储时间≤3h。

2.钻孔

采用回转式地质钻机成孔，φ110mm硬质合金钻头钻进。首先把钻机对准孔位，用水平尺掌握机身水平，垫稳、垫平机架，控制孔位偏差≤1～2cm。钻孔深度应深入基岩或相对不透水层0.5～1m，且超设计孔深0.3m后停止钻进，单孔钻孔任务结束。

钻孔严格控制孔斜，以保证两孔间所形成的防渗凝结体结合，不留孔隙。每钻进3～5m，用测斜仪量测1次，发现孔斜率超过规定应随时纠正。

3.下喷射管

喷射管下入前，先送水、气进行试喷，把各喷射参数调至符合要求的参数。试喷正常后用胶布包扎喷嘴，将注浆管下到预定孔深，下管时采取低压送水、气、浆方法，防止喷嘴的堵塞。在准确确定喷射方向和摆动角度，确保喷嘴不偏斜后才可进行喷射施工。

4.摆喷灌浆

当喷射管下到设计深度后，送入浆、气，摆喷1～3min；待注入的浆液冒出后，按预定的提升、旋转、摆动速度自下而上边喷射边转动、摆动，边提升直到设计高度，停送气、浆，提出喷射管。

摆喷灌浆开始后，值班技术人员必须时刻注意检查注浆的流量、气量、压力以及旋、摆、提升速度等参数是否符合要求，做好记录。

5.压浆回灌

喷射灌浆后，由于重力作用和浆液本身的特性，喷射灌浆形成的浆、气、土混合液，在逐渐凝结硬化的前期，其表面因析水沉淀而出现一定程度下陷形成所谓凹穴。为解决凝结体顶部因浆液析水、凝固收缩而出现的凹陷现象，每当喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，回灌时间不应少于30min，直至孔口液面不再下沉为止。

6.施工中特殊情况的处理

漏浆处理：高喷时孔口返浆是确保板墙质量的重要措施之一，如地层漏浆过大，出现不返浆时应立即停止喷浆，采取下列措施：净喷，不提升喷射管，待孔口恢复返浆后，再继续进行提升喷灌；降低浆压，增大返浆浓度和浆量，恢复返浆后，将浆压调至规定值再进行高喷；降低提升速度，上下重复喷灌；对于漏浆严重地段，可向孔内回填砂土或其它颗粒材料进行堵漏，同时加大水泥浆比重和掺加速凝剂。

中断喷浆的处理：在喷射注浆中，突然停电、高压泵压力不够、供浆量不足等原因，会造成注浆中断。当恢复喷浆时，必须复喷0.5m，以保证桩的连续性和可靠性。

冒浆的处理：在高喷过程中，通过对冒浆的观察，可以及时了解高喷的大致效果与高喷参数的合理性。冒浆量不正常时，应及时查明原因，采取措施处理。若地层中有较大空隙而不冒浆，可在浆液中加入适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定时间内凝固，也可增大注浆量。如果冒浆过大，说明有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量大大超过高喷固结所需的浆量，可采取提高喷射压力或减少注浆量、适当缩小喷嘴孔径、加快提升和摆动速度等措施。

三、质量检测措施

高压摆喷灌浆工程是用于防渗加固为目的的隐蔽性工程，其施工质量的好坏，一般不易直接观察，而须采取必要的方法和手段进行检查。根据凝结体本身的性能、形状、作用，主要检查以下几个项目：力学特性包括密度、相对密度、抗压、抗折和抗剪强度、弹性模量、溶蚀性等；抗渗性（渗透系数）；形状和尺寸；整体性（连续性）和均匀性。

本工程的墙体连接形式为摆喷折接，宜采用围井检查法。依据《水利水电高压摆喷灌浆技术规范》（DL/T5200-2004）的要求，灌浆结束后，分别在坝左右岸坡处及主坝段等地层结构不同的、渗漏严重的部位，布置围井5处，分别在围井中心钻孔进行了注水试验。通过注水检验，5处渗透系数均达到或超过设计及规范的要求，最高值为3.3×10-7，最低值为2.2×10-7。原坝体渗漏处未见管涌渗流等现象，防渗效果良好。