高压喷射灌浆在水库大坝除险加固中的应用探讨

蒋礼节，蒋 菲

(1.安徽省怀宁县水利局，安徽怀宁246121;2.南昌大学，南昌330031)

高压喷射灌浆在水库大坝除险加固中的应用探讨

蒋礼节1，蒋 菲2

(1.安徽省怀宁县水利局，安徽怀宁246121;2.南昌大学，南昌330031)

结合牛头岭水库大坝现状、病险情、调洪计算成果，通过分析和核算，拟定牛头岭水库大坝坝身采取高压喷射灌浆除险加固处理。文章介绍了该水库大坝采用高压定喷灌浆法形成防渗帷幕进行防渗处理的具体施工工艺，为同类工程提供参考。

水库工程;除险加固;高压喷射;防渗帷幕

1 工程概况

怀宁县牛头岭水库枢纽工程由大坝、溢洪道、放水隧洞等组成。大坝为均质土坝，坝顶长度约94.0 m，坝顶宽度约4.0 m，现有坝顶高程42.40 m，最大坝高约11.2 m，大坝迎水坡坡比1∶2.4～1∶2.8，坡面为块石护砌，大坝背水坡在高程37.75～38.09 m位置设一平台。水库大坝为均质土坝，坝身填土主要为黄色砾质壤土、砂砾石，土体呈松散状态，具有中等透水性。大坝背水坡进行了培土加固，增设了排水明沟和草皮护坡;对溢洪道左侧浆砌石挡墙采用了挂网喷浆防渗处理;在左侧山体新建放水隧洞。洞身进出口采用钢筋混凝土衬砌，衬砌长度各10 m;对老涵进行探井开挖封堵。根据牛头岭水库大坝安全鉴定报告书的结论，结合本工程现状、病险情、调洪计算成果，通过分析和核算，拟定牛头岭水库大坝坝身采取高压喷射灌浆除险加固处理，灌浆总长为94 m。

2 施工方案选取

鉴于本工程大坝坝身填土成份主要为黄色砾质壤土、砂砾石，土体一般呈松散状态，野外圆锥重型动力触探击数一般2～4击，平均3击。根据室内颗分试验成果，砾质壤土土体中细砾含量19% ～37%，砂粒含量28% ～36%，粉粒含量17% ～24%，黏粒含量18%～21%。根据野外注水试验成果，坝身填土渗透系数 3.14 ×10－4～6.14 ×10－3cm/s，平均 2.14×10－3cm/s，大坝坝身填土具有中等透水性。大坝坝基表层岩体一般呈强风化状态，厚度0.5～1.0 m，裂隙较发育，岩心呈碎块状，采取率约30～50%;下部为弱风化岩体，岩心呈碎块状或短柱状，部分岩心长度＞10 cm，采取率约70% ～80%，裂隙不发育。根据野外压水试验成果，弱风化岩体透水率0.9～6.6 Lu，平均3.7 Lu，具有弱透水性。针对大坝防渗系统存在的问题，参照同类工程经验，拟定以下两个防渗加固方案:

2.1 复合土工膜方案

坝体上游坝坡铺设复合土工膜，坝脚开挖截水槽。大坝上游面进行清基及平整，铺筑二布一膜，膜厚0.6 mm，再在土工膜上覆盖0.3 m厚保护层。土工膜下端锚固于坝脚混凝土截水槽内，上端锚固于坝顶高程42.4 m处［1］。

2.2 高喷防渗墙方案

坝体高压喷射灌浆，防渗墙沿坝顶中心平行布置，单排摆喷，孔距1.2 m，孔底进入坝基基岩1.0 m。

通过经济方案比较，土工膜方案工程投资略大且水下工程工期长;而高喷防渗墙方案投资小且处理效果好，施工场地小，施工速度快，与坝下建筑物结合好。故本次防渗加固推荐高喷防渗墙方案。

3 高压喷射灌浆施工

3.1 导流方式

施工期洪水设计标准采用5 a一遇。根据计算相应的来水量对应的最高库水位为33.58 m，比死水位28.6 m高出4.98 m。椐据本次除险加固工程施工特点，大坝施工无水下工程，仅高压摆喷工程及老涵封堵工程施工时要求水库低水位运行，施工期内洪水对工程不够成影响，无需做挡水围堰。

表1 施工方案经济比较表

3.2 施工实施

本工程对大坝坝身采用三管法或二管法施工，施工初期对初拟排距、孔距、各种地基有效喷射范围、水、浆、气的压力及流量等高喷施工技术参数进行试验，以确定施工选用参数。施工质量检查选用围井及钻孔方法，钻孔个数≥15个，围井注水或抽水检查试验≥5个。

3.2.1 钻机就位

钻机安放在设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允许倾斜度≤1.5%。

3.2.2 钻孔

单管旋喷常使用76型旋转标动钻机，钻进深度可达30 m以上，适用于林难贯入击数＜40的砂土和渤性土层。当遇到比较坚硬的地层时宜用地质钻机钻孔。一般在二重管和二重管旋喷法施工中都采用地质钻机钻孔。钻孔的份量与设计位置的偏差≤50 nm。本工程钻孔采用150型地质钻施工，泥浆固壁。三管法施工，由高喷台车配合WJG－80搅灌机、中压灌浆泵等进行摆喷，水、气分别采用离心泵及3 m3/min空压机供给。管道两侧相邻孔在竖直方向上管壁侧采用定喷与远方向墙体相接，以避免高压喷射流对管壁及保护层的破坏，管线上、下部仍采用摆喷连接成墙。为确保墙体厚度，施工时应对喷管提升速度、喷射压力及流量进行严格的控制。

开孔采用STE－1型液压钻机打垂直孔及斜孔，泥浆固壁，400 L灰浆搅拌机制浆，液压注浆泵注浆。为减少前期孔凝固浆液对压密区内地下水的包裹，要求施工时，在水平方向上以端进法施工，以利地下水挤出压密区。

3.2.3 插管

插管是将喷管插入地层预定的深度。使用76型振动钻机钻孔时，插管与钻孔两道工序合二为一，即钻孔完成时插管作业同时完成。在油管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴。可边射水、边插管，水压力一般不超过1 MPa。若压力过高，则易将孔壁射塌。

3.2.4 喷射作业

当喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业，技术人员必须时刻注意检登浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。当浆液韧凝时间超过20 h，应及时停止使用该水泥浆液。

3.2.5 冲洗

喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆把浆液校成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。

3.2.6 移动机具

将钻机等机具设备移到新孔位上。

3.3 施工注意事项

1)钻机或旋喷机就位时机座要平稳、立轴或转盘要与孔校对正，倾角与设计误差一般≤0.5°。

2)喷射注浆前要检查高压设备和管路系统。设备的压力和排量必须满足设计要求。管路系统的密封圈必须良好、各通道和喷嘴内不得有杂物。

3)喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般均有不同程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，所以应及时用水灰比为0.6的水泥浆进行补灌。

4)为了加大固结体尺寸，或为了对深层硬土避免固结体尺寸减小，可以来用提高喷射压力、泵星或降低回转与提升速度等措施，也可以来用复喷工艺。

5)在喷射注浆过程中，应观察冒浆的情况，及时了解土层情况，喷射注浆的大致效果和喷射参数是否合理。

4 结论

某病险水库坝体存在严重渗漏问题，通过结合该坝身的渗漏现状，提出采取高压喷射除险方案，探讨了高压喷射灌浆技术在大坝防渗加固中的应用。通过防渗处理后，坝体高水位时下游坝脚的渗水量也大幅减小，有效地改善了坝体防渗性能。

［1］李民孝，吴茂林.高压定喷灌浆工艺在张铁水库除险加固工程中的应［J］.科技致富向导，2005(11):30－31.

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1007－7596(2014)06－0185－02

2013－12－27

蒋礼节(1965－)，男，安徽怀宁人，工程师 ，从事水利工程建设管理工作;蒋菲(1993－)，女，安徽怀宁人，研究方向为建筑工程管理。