高压摆喷灌浆技术在新立城水库坝基砂砾层段处理工程中的应用与效果分析

王立民

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130012）

0 引言

高压摆喷灌浆技术是利用高压射流作用切割掺搅地层，改变地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。具有设备简单、操作方便、质量可靠、速度快、成本低以及应用广泛等优点。主要适用于砂类土、粘土、人工填土、淤泥等软基加固。本文以新立城水库除险加固工程施工为例，对高压摆喷灌浆在砂砾层中的使用进行分析及研究，阐述了该工艺的设计、施工及效果分析，证实了设计方案和施工方法的可行性。

1 工程概况

新立城水库位于伊通河中上游，距长春市区16Km，为伊通河流域控制性水利枢纽工程，水库库容5.506×108m3，控制流域面积1970Km2；工程是以长春市防洪，供水为主，结合天然渔业和旅游的大型水利枢纽工程；工程等别为Ⅱ等，主要建筑物有土坝、溢洪道和输水洞，建筑物级别为2 级。新立城水库坝体为粘土均质土坝，坝顶高程224.00m 左右，宽8.0m，长2626m，最大坝高18.15m。根据新立城水库除险加固工程设计报告勘察结论，坝基存在渗透稳定和地基液化问题，因此本次除险加固的重要内容之一是为解决坝基渗透稳定问题和地基液化问题对坝基进行高压喷射灌浆处理。

2 设计概况

2.1 新立城水库除险加固工程（一标段）设计大体上分为两个阶段

第一阶段：2004 年11 月，设计单位编制了《吉林省新立城水库大坝安全评价报告》，2007 年11 月，水利部大坝安全管理中心以坝函[2007]2703 号《关于新立城等十四座水库三类坝安全鉴定成果的核查意见》文件中将大坝安全类别综合评定Ⅲ类，建议进行除险加固处理，吉林省水利水电勘测设计研究院于2008 年完成了《新立城水库进行除险加固工程设计报告》，2009 年2 月水利部松辽水利委员会以(松辽规计[2008]243 号)文件《关于吉林省新立城水库除险加固工程初步设计报告复核意见的函》对设计报告进行了批复。

第二阶段：2009 年9 月根据施工单位高压摆喷灌浆试验结果，由设计单位提出，经建设单位同意并报上级主管机关批准，长春市水利局对《新立城水库进行除险加固工程设计变更申请报告》进行了批复，同意了变更申请，原设计及变更申请报告的主要内容有：

2.2 设计参数

高压摆喷灌浆钻孔为一排，孔距1.3m，分二序灌浆，采用折线形布置，摆角30 度，喷射轴线与防渗墙轴线夹角为25 度。一序孔施工与二序孔施工的间隔时间不小于48 小时，灌浆全孔连续作业，中途拆卸喷射管时，搭接段进行复喷，复喷长度不小于0.2m。

2.3 灌浆材料

灌浆所需的水泥、外加剂等材料均符合有关的材料质量标准，并附有生产厂家的质量合格证明，每批材料使用前均按规定进行了检查验收。

2.4 灌浆方法

高压灌浆采用三管法施工，施工时水浆气同轴喷射。

2.5 封孔

封孔用直径1.5～2.5 厘米的粘土泥球,粘土泥球所用的粘土，为坝体填筑所用粘土，粘粒含量大于30%，塑性指数大于17.0（干容重不小于1.4g/cm3）。对用泥浆固壁的钻孔，采用自下而上分层填筑粘土球分层捣实逐步抬高封孔层面直至设计高程，其具体方法见吉林省水利水电测设计研究院2009 年6 月《吉林省新立城水库除险加固工程坝基高压喷射灌浆施工技术要求》。

3 主要项目施工

新立城水库除险加固工程（一标段）按施工时间顺序分为高压摆喷灌浆试验和主体工程灌浆施工，按工序可分为钻孔、高喷灌浆和封孔，具体施工情况如下：

3.1 高压摆喷灌浆试验

具体施工情况参见吉林省新立城水库除险加固工程（一标段）高压摆喷灌浆试验报告。

3.2 主体工程高喷灌浆施工

3.2.1 钻孔

钻孔直径在Φ110mm～Φ130mm。施工时为了保护坝体的安全与稳定坝体部分采用无水干钻，对坝基部分粘性土、淤泥质粘土、砾质粗砂和细砾可使用泥浆钻进。

钻孔过程中全孔采取岩心，导孔岩心移交建设单位保留，其它孔岩心保留至高喷灌浆完成并照相后弃掉。钻孔入岩深度为1.0m，经监理批准建设单位同意岩石中钻进遇有花岗岩较硬岩体时可以提前终孔。终孔后进行钻孔测斜，全部钻孔进行三次孔深、方位角、顶角测量；出现钻孔坍塌时进行扫孔和清孔，保证高喷喷射装置顺利下入孔底。

3.2.2 高喷灌浆

高喷管下入孔底后应保证水、气、浆口通畅，不堵塞。①施工初期由于钻孔完成后不能及时灌浆导致的钻孔坍塌不允许带水、带浆振动强行下管，非上述原因导致的钻孔短时间坍塌经监理和建设单位同意可以降低水压、低流量振动下管。②严格按照设计参数进行高喷灌浆，因事故、拆卸高喷管导致灌浆中断，恢复灌浆时保证搭接长度在设计值允许值以内。③高喷灌浆过程中钻孔串浆时及时进行扫孔，扫孔后进行复喷。④经常测试水泥浆液密度和回浆密度，保证浆液密度在1.5g/cm3～1.7g/cm3，回浆密度≥1.2g/cm3。灌浆完毕后及时进行回灌至208.0m 高程。⑤桩号1+600.0m～1+800.0m 区域因地质条件复杂深厚砾质粗砂（2-3）层、细砾（2-4）层（最深厚度达到14.0m）高喷灌浆采用以下工艺措施：

下高喷管遇到钻孔坍塌时，即在钻孔坍塌位置开始自下而上高喷灌浆至208.0m 高程；第二次扫孔至终孔深度如果再次遇到钻孔坍塌时即在坍塌位置开始高喷灌浆至第一次坍塌之上0.5m；重复以上过程直至整个钻孔处理完毕。遇到上述情况时在高压水中加入一定比例的水玻璃加速水泥浆液的凝固，加入水玻璃的数量通过现场试验确定。

4 达到效果

高喷灌浆施工中使用的原材料（水泥）和速凝剂（水玻璃）经出厂、抽样检验合格；原始记录真实、准确、完整，工序质量、单孔灌浆质量优良；围井检查结果表明单元工程质量优良；根据坝后减压井渗流量观测和高喷墙无损检测结果，坝基高喷板墙渗透性较小，搭接及连续性较好，满足设计、合同文件及相关规程规范要求。

5 经验与建议

通观新立城水库除险加固工程（一标段）高压摆喷灌浆试验、主体工程施工全过程，我们得出如下经验：

5.1 准确把握地质条件是做好高喷灌浆设计和施工的前提和基础，要尊重客观事实，理论结合实际高喷灌浆质量才能够得到保证，才会收到较好的防渗效果。

5.2 水库高水头运行在一定程度上增加了高喷灌浆施工难度。

5.3 采用化学高喷灌浆是我们今后进行生产试验研究的重点和努力的方向。

5.4 坝后减压井的渗流量与大气降雨量、汇水面积、减压井滤水管的埋藏深度、坝基含水层的渗透性等多种参数有关。

6 结语

高压摆喷灌浆施工在建设单位的领导和大力支持下，在监理单位的监督指导下通过灌浆试验获取最优高喷灌浆参数，施工中严格按照经设计单位调整后的高喷灌浆参数进行施工，对各工序、各高喷灌浆孔、单元工程以及整个分部工程质量进行控制，保证了整个高喷灌浆工程质量，施工后所形成的高喷板墙防渗性能、整体性能和连续性能均满足设计要求和相关规程规范要求。

［1］池毓笑.高压旋喷防渗墙施工工艺探究[J].内蒙古水利,2012(03).

［2］郑光顺.高压旋喷墙在土坝防渗加固工程中的应用[J].黑龙江水利科技,2013(08).