高压摆喷在东风水库除险加固工程中的运用

2011-03-20陈治平

黑龙江水利科技 2011年1期

陈治平

(宣城市宣州区水务局，安徽宣城242000)

1 工程概况

东风水库位于宣城市宣州区狸桥镇东阳村境内，距狸桥镇3.5 km，属长江流域水阳江水系。水库集水面积7.32 km2，总库容545万m3，是一座具有防洪、供水、灌溉、养殖等综合利用效益的小(Ⅰ)型水库。工程等别Ⅳ等，永久性主要建筑物级别4级。

东风水库坝长533 m，主坝长381 m，副坝长152 m。其中主坝坝脚渗漏严重，多处出现散浸。地质勘探资料显示，主坝坝体主要为含卵砾石和中、重粉质壤土，部分为土混卵碎石土，填土渗透系数为1.15×10－3cm/s～6.44×10－5cm/s;坝基主河床处存在砂卵石层，左段坝基为含砾石粉质壤土，表层含砾石，下伏基岩为辉长岩。

2 防渗加固方案

由于东风水库坝前淤积严重，为满足狸桥镇供水需求不能空库运行，且坝长较长，水平铺盖防渗代价较高;坝基辉长岩强度较高，防渗性好，可作为坝基不透水层，因此坝体防渗优先选择垂直防渗方案。

2.1 一般处理方案

一般水库除险加固防渗处理方案为:坝踵建截水墙，周围设齿墙，坝肩及坝基进行帷幕灌浆，坝坡铺设土工布防渗。该方案的缺点为:土方开挖及填筑量大，施工导流与排水困难，工期紧，施工质量难以保证;基坑坡面容易失稳，弃渣及淤泥外运量大。该方案不适宜用于本工程，东风水库坝长较长，不能空库运行，围堰工程量大，导流排水困难，工期历时较长。

2.2 混凝土防渗墙方案

混凝土防渗墙技术是利用专门的凿孔设备凿孔，泥浆护臂，在其中注入混凝土浆液置换出泥浆，固结形成混凝土墙的防渗技术。该技术可以适用于黏性、砂性土层和砂砾石层，是一种有效的防渗处理措施，防渗处理深度可达到50 m。该技术研究成熟，应用广泛，质量易于控制，防渗可靠，墙体连续性好，耐久性能高，与原状填筑土结合好。但该技术方案造价高，需大型施工设备及至少10 m宽的施工平台，不适合东风水库除险加固。

2.3 多头小直径深层搅拌防渗墙方案

多头小直径深层搅拌防渗墙是近几年在提防加固、堤坝防渗处理等工程中被逐渐推广的新技术，该工程技术措施具有工效高、造价低、成墙质量好、施工简便等优点，并取得了很好的社会效益。该方法利用水泥作为固化剂，通过特制的多头小直径深层搅拌桩机，经钻头旋转、喷浆、搅拌，使一定比例的水泥浆液与原土充分拌合，水泥和软土将产生一系列物理化学反应，使软土固结改性，桩体与桩体连续相割、搭接排成一列，形成一道连续、完整、密实，又具一定强度和水稳定性的水泥土深层搅拌防渗墙。该方案可以就地取材，减少工序，快速高效，受库水位影响较小，适用于软弱地基，却不适合用于本工程含砾石等障碍物较多，土层容重较大的大坝土体加固。

2.4 高压摆喷防渗墙方案

高压摆喷防渗墙方案采用高压喷射注浆法，是一种最早由日本发明、利用高压水力喷射切割机理，将土、化学药品或水泥浆液搅拌一起以加固地基的方法。主要工作原理为:先利用钻机造孔，然后把带有喷头的注浆管沿孔下至土层的预定位置，以高压把浆液(或高压水流、空气射流)从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。土粒从土体上剥落下来后，一部分细小土粒随浆液冒出地面，其余部分与注入的浆液混合摻搅，在土体中形成水泥土的凝结体(高喷防渗墙)，从而达到防渗的目的。

高压摆喷防渗墙方法具有地层适应面广、工艺成熟等优点，在复杂地质条件和施工环境恶劣的地段，具有广阔的应用前景。

2.5 方案确定

东风水库除险加固工程防渗处理方案比较见表1，高压摆喷防渗墙方案具有工艺成熟、工效较高、造价较低等优点，尤其是在工期紧、施工干扰大的情况下，具有不开挖不打围堰的优势，坝顶宽度满足施工要求，设备简单易操作。因此风水库除险加固工程防渗处理采用高压摆喷防渗墙方案。

表1 东风水库除险加固工程设计防渗处理方案比选

3 高压摆喷方案设计

3.1 高压摆喷施工参数确定

东风水库除险加固设计高压摆喷墙体长度共计381 m，设计抗压强度5 MPa，渗透系数i×10－6cm/s(i=1～9)，渗透破坏比降500。为了达到设计的防渗效果，还需在正式加固处理前进行高压摆喷现场试验确定适合该水库特殊土质要求的控制参数，包括孔间距、摆喷角度、水压、气压、浆液流量与浓度、提升速度与摆速。

防渗处理前，因地质勘探钻孔间距过大，首先确定坝体与坝下基岩接触面即高压摆喷防渗墙的墙底面高程;其次，相隔1.2 m平行于拟灌浆轴线使用表2所示设备根据表3所列设计推荐参数分组进行试喷，开挖检查成墙情况，并作注水试验检查防渗效果。

表2 东风水库除险加固工程防渗处理设备一览表

表3 东风水库除险加固工程高压摆喷技术参数表

根据试喷结果并参照相关工程经验［1－6］，本工程选用技术参数如下:钻孔间距1.2 m，摆喷角度20°，水压30 MPa，气压0.7 MPa，浆液浓度1.6 g/cm3，提升速度10 cm/min左右。

3.2 高压摆喷施工

东风水库除险加固工程高压摆喷防渗墙施工采用单排布孔，三管法，二序施工，如图1所示。钻机造孔后，将高喷台车移至孔口处，经检查系统正常后下喷射管至设计深度(入基岩0.5 m)，静喷3～5 min，待孔口返浆，再按确定提升速度提升，边喷射边提升至设计高度停喷，喷射结束后及时冲洗管路，不留残渣。喷灌结束后注意及时往孔内补充浆液进行回灌至孔口液面不再下沉为止。

图1 高压摆喷二序施工布孔图

4 高压摆喷防渗效果检测

高压摆喷防渗墙属隐蔽性工程，检测其施工质量需采用一些专门的工具和方法。本工程委托有资质单位对防渗墙质量进行了检测，包括现场开挖探坑检查墙体搭接情况，材料抗压试验检查墙体抗压强度，钻孔注水试验检测渗透性(注水试验结果如图2，3)，工程探物方法测定墙体连续性均匀性等。

东风水库高压摆喷防渗墙工程检测结果表明，探坑内墙体完整无蜂窝孔洞，搭接较好;现场0+211和0+233处防渗墙顶部布置两钻孔注水试验点，测试墙体渗透系数k值为1.48×10－7cm/s和2.08×10－7cm/s;室内渗透试验得渗透系数 k 值在 8.26×10－8cm/s ～2.12×10－7cm/s;墙体无侧限抗压强度0+011/0+087/0 +211/0+233平均值分别为12.2 MPa、19.7 MPa、15.2 MPa、15.6 MPa，满足设计要求;现场探地雷达全段检测表明防渗墙均匀性和连续性较好。