高压摆喷灌浆在白砂埔水库大坝防渗加固中的应用

蓝茂秋

(福建省上杭县水利局，福建上杭364200)

1 工程概况

白砂埔水库位于上杭县稔田镇连四村，处于黄潭河支流上斜溪上游，距杭永公路约500 m，交通便利。是一座以农业灌溉为主，兼顾发电、防洪、养殖等综合利用的水库，水库枢纽由大坝、泄洪隧洞、输水隧洞、水电站厂房等组成。坝址以上流域面积14.3 km2，大坝为黏土心墙坝，最大坝高40 m，坝顶宽6.0 m，坝顶长109 m，水库总库容514万 m3，兴利库容433.1万m3，为多年调节水库，设计灌溉面积800 hm2，保灌面积555.8 hm2，现有实际灌溉面积206.67 hm2，坝后电站装机(含渠道电站)共620 kW。

该水库于1977年9月开始修建，1985年4月开始蓄水。2007年3月，经大坝安全鉴定，水库大坝被评定为三类坝。存在的主要问题:该水库建设时采用就地取材，部分筑坝土料质量低，如含砂量、透水性等较大;再加上施工时局部碾压不够密实，导致大坝建成运行后出现坝体背水坡右端高程260～268 m附近有3股集中渗流，背水坡中部经常性的大面积湿润、渗漏等，急需进行除险加固［1］。

2 除险加固方案比选

根据水库大坝存在的问题及工程实际情况，拟定3种大坝防渗加固方案进行比较，详见表1。

表1 大坝防渗加固方案比较表

1)方案一劈裂灌浆虽适合解决土坝坝体渗漏和坝体疏松问题，但主要适用于处理坝体存在压实质量差、有裂缝、洞穴、水平夹砂层等隐患的土坝，而白砂埔水库背水坡出现集中渗流、大面积湿润、渗漏主要是由于工程建设时就地取材，部分筑坝土料质量低，如含砂量、透水性较大等原因造成。并且劈裂灌浆是用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈裂成两半，通过浆、坝互压和湿陷，使坝体内部应力重分布，对于较高的坝，坝体应力分布复杂，劈裂灌浆期间会产生大量沉降变形和裂缝，因此不采用此方案［2］。

2)方案二振动沉模防渗墙虽然具有工效高，单价较低等优点，但目前，造墙深度尚不能超过25 m。而该水库最大坝高40 m，因此，也不采用此方案。

3)方案三高压摆喷防渗墙是通过高压泵使注入剂(如水泥浆、水)形成高压喷射流，通过喷射装置高速喷入坝体，利用高压喷射流对大坝进行冲击、切割，同时喷射管做一定角度的摆动和提升运动，使水泥浆与土体形成新的混合体，最终凝结成板墙状凝结体来提高坝体的防渗能力。

具有可灌性、可控性好，连接可靠，防渗效果好，施工条件要求低等优点。因此从水库运行管理、施工条件和防渗效果等方面综合比较分析，本次除险加固设计推荐采用方案三，即高压摆喷防渗墙方案。

3 高压摆喷灌浆技术简介

3.1 设计

3.1.1 施工布置设计

灌浆孔布置沿坝轴线单排布孔，终孔间距1.3 m，为减少串孔和确保板墙的有效连接，本工程分Ⅱ序孔进行施灌，一序孔间距2.6 m，一、二序孔间距1.3 m。高喷墙的结构形式采用折线搭接式板墙结构，见下图1。

图1 灌浆孔布置示意图

3.1.2 施工技术参数

施工技术参数设计见表2。

表2 施工技术设计参数指标

防渗墙厚度验算表明，本工程采用＜20 cm厚的防渗墙施工技术可满足要求。

3.2 施工

高压摆喷灌浆主要施工流程如图2。

图2 高压喷射灌浆工艺流程

3.1.3 墙体技术指标

墙体28 d抗压强度≥2 MPa、渗透系数≤9×10-6cm/s、破坏坡降≥500，允许坡降［J］取100。

3.1.4 厚度验算

3.2.1 布孔

采用一次性放线定孔位，每隔5个孔在不会影响施工的地方设置控制桩，以便在施工中能迅速准确地找出所需的孔位。

3.2.2 钻孔

开始钻孔前应核对钻机主轴垂直度，确保立轴与地面水平线垂直。钻进过程要确保钻孔铅直，孔斜控制在≤1.0%。钻进过程每隔10 m测孔斜1次，发现孔斜及时纠正。同时，地质人员应跟班对岩芯进行分层描述。

3.2.3 下喷射管

钻孔完成后，拨出钻杆，放入喷射管至设计深度。下喷管前要在地面上进行低压射水试验，检查喷嘴是否畅通。为防止喷嘴堵塞，可采用边低压送水、气、浆，边下管的方法。

3.2.4 制浆

高压摆喷灌浆浆液为水泥浆。采用水泥为42.5R 普通硅酸盐水泥，水灰比为1.2∶1 ～0.8∶1，浆液密度为1.50～1.7 g/cm3。水泥浆采用二级搅拌，二级过滤。一级搅拌时间≥90 s，经过滤落后入二级搅拌机，边搅拌边过滤边应用，过滤筛网眼尺寸为2 mm。

3.2.5 喷射灌浆

当喷射管下到设计深度后，送入合乎要求的水、气、浆，喷射1～3 min;待注入的浆液冒出后，按预定的提升、摆动速度自下而上边喷射边摆动，边提升直到设计高度，停送水、气、浆，提出喷射管。

喷射灌浆开始后，值班技术人员必须时刻注意检查注浆的流量、气量、压力以及摆动、提升速度等参数是否符合设计要求，并且随时做好记录。

3.2.6 清洗

喷射完毕后应及时把灌浆管等机具冲洗干净，不得残留水泥浆液。其做法是以水换浆，在地面上喷射，以便把灌浆泵和输浆软管内的水泥浆全部排出。

3.2.7 静压灌浆

由于浆液沉淀作用，每当喷射结束后，需及时对孔内进行静压回填灌浆，直至孔口液面不再下沉为止。

4 质量控制要点

1)灌浆施工前，要先由具有高压喷射施工管理经验的总监理工程师组织业主、设计人员、施工人员、监理人员进行设计技术交底，进一步熟悉设计文件、施工图纸、施工技术要求和施工方法，从而加强对施工质量的管理和监控。

2)灌浆前应选择有代表性的地层进行高压喷射灌浆现场试验。试验完成后，通过开挖检查进一步确定施工技术参数、适宜的孔距和排距、墙体防渗性能等。

3)现场监理应加强对高压喷射灌浆的旁站监控。着重控制以下几个主要参数，并做好相应的记录:①灌浆管提升速度。每隔30 min左右检测1次;②水压力。不定时进行抽检;③浆液密度。每隔30 min左右检测1次进浆密度和返浆密度;④浆液流量;⑤气压力。每隔30 min左右检查1次压缩空气的压力和流量。

5 质量及效果检查

白砂埔水库除险加固大坝灌浆工程，自2010年5月6日开工，于2010年7月16日顺利结束，历时2个多月，共完成喷射灌浆孔95个，总进尺2 778 m，防渗面积2 337 m2，共用水泥1 695 t。遵照甲方及监理的意见，于2010年9月24日—2010年9月28日对高压喷射灌浆防渗板墙进行了质量检查。

1)开挖检查。根据甲方意见，分别在22#～23#、60#～61#、80#～81#孔位间进行了开挖检查。从开挖结果看，板墙连续，板墙厚度0.2～0.3 m，单孔板墙有效长度2.0 m，板墙侧面平整，质地坚硬。

2)板墙取芯检查。施工结束后，由甲方指定位置在孔号 10#～ 11#、28#～29#、50#～51#、68#～ 69#、90#～91#孔位处进行钻孔检查。从钻孔取芯情况看，高压喷射灌浆防渗墙体连续完整。经钻孔取样室内芯样抗压、抗渗试验，高压摆喷防渗墙10#～11#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.7 MPa，渗透系数为8.58×10-7cm/s，28#～29#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.4 MPa，渗透系数为7.81×10-7cm/s，50#～51#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.6 MPa，渗透系数为8.91 ×10-7cm/s，68#～69#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.5 MPa，渗透系数为 6.09 ×10-7cm/s，90#～91#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.3 MPa，渗透系数为7.17×10-7cm/s，满足设计要求。在历年的防汛检查中，坝体背水坡右端高程260～268 m附近未发现集中渗流，背水坡渗漏湿润的现象基本消失，灌浆效果明显，达到了防渗加固的目的。

［1］中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T5200—2004水利水电工程高压喷射灌浆技术规范［S］.北京:中国电力出版社，2005.

［2］白永年，等.中国堤坝防渗加固新技术［M］.北京:中国水利水电出版社，2001:37-40.