高压旋喷灌浆技术在林沟水库除险加固工程中的应用

□齐延伟（河南灵捷水利勘测设计研究有限公司）

□邓 丽（南阳市水利建筑勘测设计院）

□张定华（河南灵捷水利勘测设计研究有限公司）

1 工程概况

林沟水库位于西峡县回车镇油坊村古庄河上，为长江流域老灌河支流，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、水产养殖等综合利用的小(2)型水利工程，水库坝址以上控制流域2.80 km2。水库包含大坝、输水洞、溢洪道等工程，工程等别为V等，主要建筑物为5级。水库于1959年11月动工兴建，1972年7月竣工。

大坝为均质土坝，原规划坝顶高程101.50m，坝顶宽3m、长157m。实测坝顶高程100.60~101.67m，坝顶宽2.30~3.50m。此次除险加固设计坝顶高程101.30m，防浪墙顶部高程102.00m，坝顶宽3.00m。

2 存在的问题及原因

林沟水库1972年8月首次蓄水后，坝基即有少量渗漏，后逐步增加渗漏量。渗漏主要原因为：坝基只清除上层洪积物，截水槽局部未嵌入岩石，施工时填筑质量差，垫层过厚，碾压不均匀，导致河槽段出现渗流且形成沼泽，坝基存在渗漏问题。

经过工程地质勘察及安全鉴定，该水库渗漏现象及原因是：河槽段 (桩号0+054~0+114)坝基岩性上部为砾砂，厚1.90~3.10m，渗透系数为1.04×10-1cm/s，强透水；下部为花岗岩，5.76~6.81 Lu，弱透水。坝基存在强透水的砾砂层，存在渗漏问题。

水库下游保护对象为回车镇4个村庄及南阳汉冶钢铁有限公司，10000人、333.33 hm2耕地，以及312国道、欧亚光缆等交通、通讯设施，地理位置十分重要，水库一旦失事，将对下游重要设施造成较大威胁，对水库除险加固非常必要。

3 防渗处理方案比较及工程设计

3.1 方案比较

根据林沟水库实际情况，结合各种防渗措施适用范围，选择混凝土防渗墙、高压旋喷灌浆两种方案进行对比，择优确定防渗处理方案。

方案一：混凝土防渗墙

混凝土防渗墙的施工技术容易掌握，施工质量可靠，墙厚均匀，对各种地层适应性强，主要适用于均质土坝、粘土心墙坝等，目前混凝土防渗墙已经在土石坝坝体、坝基防渗加固处理中得到广泛应用。该方案对大坝桩号0+050~0+117段在坝轴线利用冲击钻机配合液压抓斗式开槽机造槽，新建混凝土防渗墙处理坝基渗漏问题，墙厚0.50m，防渗墙向下进入基岩以下1m，向上穿过砾砂层进入坝体3m。

方案二：高压旋喷灌浆

该方案拟采用高压旋喷灌浆，即喷嘴一面旋转，一面提升，形成连续的柱状凝结体。在桩号0+050~0+117段坝轴线处布设一排灌浆孔，终孔间距0.60m，灌浆向下进入基岩以下1m，向上穿过砾砂层进入坝体3m。

两种方案投资比较见表1。

表1 坝基砾砂层防渗处理方案投资比较表

由表1可以看出，方案一(混凝土防渗墙)施工质量可靠，成墙均匀，防渗效果好，但该方案需在坝顶造槽，营造施工临时平台，工程量较大，投资较多，且对坝体扰动较大，另外混凝土防渗墙施工设备较大，需要较宽的进场道路和施工场地，进场困难。方案二(高压旋喷灌浆)可灌性、可控性好，整体性和连续性均较好，且机动灵活，设备简单，对场地要求不高，施工效率高，且投资较少。因此对该段坝基渗漏处理采取方案二，即大坝桩号0+051~0+117段采用高压旋喷灌浆处理坝基渗漏问题。

3.2 工程设计

林沟水库高压旋喷灌浆采用双管法施工工艺。双管法是指使用能输送浆液和压缩空气的2个通道的喷射管，从喷嘴中射出高速喷射流束，冲击、切割、破碎土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，在处理部位形成直径较大、强度较高的固结体，起到防渗作用。

3.2.1 灌浆处理范围

大坝桩号0+051~0+117段进行高压旋喷灌浆处理，灌浆向下进入基岩以下1m，向上穿过砾砂层进入坝体3m。

3.2.2 灌浆孔布置

为确保高压旋喷灌浆施工质量，降低造价，结合高压旋喷灌浆施工参数的确定，选取合理而适宜的孔距与布置型式。参考有关文献和该水库的特殊水文地质、工程地质条件，确定该工程采用二序施工，一序孔间距1.20m，二序孔间距1.20m，终孔间距0.60m。

3.2.3 灌浆材料

灌浆材料为强度等级为42.50的普通硅酸盐水泥，浆液密度为1.40~1.50 g/cm3，可根据实际需要在水泥浆中加入掺合料（粘性土、砂等）及外加剂（速凝剂、减水剂等）。

3.2.4 浆液拌制

水泥浆使用普通搅拌机拌制，搅拌时间≥90 s，过筛后方可使用，浆液自拌制完毕至用完时间不超过4 h，且稳定应保持在5~40℃。

3.2.5 灌浆参数

①灌浆压力：浆液压力25~40MPa，流量70~100 L/min；空气压力0.60~0.80MPa，流量0.80~1.20m3/min。施工时孔口返浆量较大时保持孔口压力不变并适当加快提升速度，返浆量少时适当提高灌浆压力并减小提升速度，孔口不返浆时应停止灌浆，查明原因后再继续灌浆。②水灰比：根据《水利水电高压喷射灌浆技术规范》(DL/T5200-2004)，高喷灌浆浆液水灰比1.50:1~0.60:1，施工时根据灌浆实验和施工实际情况在此范围内适当调整。③提升速度：坝体土中提升速度为10~20 cm/min，坝基砾砂层中提升速度为8~15 cm/min。④防渗指标：坝体土中渗透系数≤i×10-6cm/s，砾砂层中≤i×10-5cm/s。⑤抗压强度：坝体土中喷射体抗压强度R28=0.50~3MPa，坝基砾砂层中喷射体抗压强度R28=3~10MPa。

3.2.6 灌浆方法

高压旋喷灌浆施工采用自下而上逐步提升的灌浆方法。

3.2.7 灌浆实验

大规模施工前，必须进行高压旋喷灌浆试验，以便提供更为准确的灌浆技术参数。

3.2.8 质量检查

①检查孔孔位：根据现场施工情况，对可能存在质量问题的部位布设检查孔，且检查孔数量不少于灌浆孔的2%。②注水试验：按照每个检查孔做一个注水试验。③室内试验：利用检查孔所取岩芯做抗压、抗渗两项指标的室内试验，要求在砾砂层中成桩部分每个检查孔做一组试验。