单管高压旋喷防渗墙在布坑水库除险加固中的应用

2015-12-16朱平火

水利建设与管理 2015年8期

朱平火

(芗城区水利工程建设管理站，福建芗城 363000)

1 工程概况

布坑水库位于漳州市芗城区浦南镇布坑村西北方向约1km处，水库所在流域为九龙江北溪流域。坝址以上集雨面积0.75km2，库外引水面积3.80km2，河道全长1.18km，河道平均坡降34.80‰。水库总库容154万m3，是一座以灌溉为主、兼有供水、防洪等综合效益的小(一)型水库。

水库设计洪水标准为30年一遇。设计洪水位51.04m，相应库容150.2万m3，校核洪水标准300年一遇，校核洪水位51.24m，相应库容154万m3，正常蓄水位48.2m，相应库容110万m3，死水位36.71m，相应库容8万m3。大坝为碾压式均质土坝，坝顶高程52.5m，坝顶长度134m，坝顶宽度4m，最大坝高25.5m。

2 工程存在的主要问题及原因分析

2.1 主要问题

布坑水库于1964年10月动工，1969年8月竣工投入运行，1977年组织坝身、坝肩红土灌浆及红土—水泥灌浆，坝后坡增设人字形砌石反滤排渗，至今已运行40多年，存在一些安全隐患，如:坝顶不均匀沉陷，最大高差达0.72m;迎水坡在高程42.8～47.0m之间干砌块石护坡部分塌陷，塌陷面积约150m2;背水坡贴坡反滤层以上在高程29.0～34.0m坡段大面积渗水。

2.2 原因分析

根据布坑水库大坝工程地质勘察报告，现有大坝填土不均匀、压实度不够，大坝碾压质量较差，坝体填筑土经现场标准贯入试验及室内土工试验，坝体填筑土的干密度ρd值为1.34～1.4g/cm3，平均值为1.39g/cm3，坝体填筑土的最大干密度ρdmax为1.62g/cm3，坝体填筑土的压实度(ρd范围值与 ρdmax比值)为 82.72% ～91.36%，ρd平均值与 ρdmax比值为85.80%，低于现行《碾压式土石坝设计规范》(SL274—2001)规定。现场对坝体填筑土进行6段注水试验，根据试验成果，坝体填筑土平均渗透系数k=1.49×10－4cm/s，属中等透水，坝体防渗性能差。

根据工程地质勘探，坝基主要为全风化花岗闪长岩，坝基上下游、迎水坡及背水坡填筑土层下部分布少量粉砂层，由于大坝填筑施工质量较差，水库高水位运行时，易由该处薄弱带与坝基上下游分布的粉砂形成渗漏通道，存在渗漏问题。坝基沿坝轴线设有黏土截水槽，为倒梯形结构，深3m，底宽3m，边坡1∶1。坝基未进行帷幕灌浆，截水墙底部未按要求全部伸入相对不透水层内，未能有效地起到延长渗径的作用。

3 大坝防渗加固设计

大坝防渗采取全坝段布置，防渗墙总长154m，桩号0-010～144，防渗墙顶部高程51.3m，底部深入到相对不透水层内。防渗墙设计指标:渗透系数k≤1×10－6cm/s，渗透破坏比降大于90，28d抗压强度2.0MPa。

4 大坝防渗加固方案选择

方案一振动沉模防渗墙+单管高压旋喷防渗墙

振动沉模混凝土防渗墙是利用强力振动原理，将空腹钢板沉入土中，向空腹内灌注混凝土，边振动边提升模板，浆液留在孔中形成单块板墙，将单板连接起来，从而形成连续的防渗板墙帷幕，有效地保证防渗墙体连续、完整、均匀、质量可靠，防渗效果较好。

由于两岸坝端岸坡较陡，施工场地窄小，振动沉模防渗墙无法施工，且不能打入坝基，所以大坝部分采用振动沉模防渗墙，两岸坝端及坝基采用单管高压旋喷防渗墙。

方案二单管高压旋喷防渗墙

单管高压旋喷防渗墙技术是利用钻机造孔，并用高压泵将预制好的水泥浆经过高压软管输送到喷头，从喷嘴中喷射出来，冲击和切割土体，使水泥浆和土体混合，同时以一定的转速提升钻杆，从而形成防渗构筑物(旋喷呈圆柱状)。当上述个体的构筑物相邻连接胶合时即组成一道地下连续防渗墙。

两个防渗方案均能满足本工程防渗要求。方案一施工设备体积较大，施工工艺较复杂，现有的上坝道路宽度不能满足设备进场要求，需要扩宽道路，且大坝坝顶宽度4m，不能满足施工要求，须开挖坝顶0.5m，待防渗墙施工完后再回填;方案二施工方便，无需修筑施工平台，无需扩宽上坝道路，施工工艺较简单。因此，推荐方案二，即大坝采用单管高压旋喷防渗墙。

5 单管高压旋喷防渗墙施工

大坝采用单管高压旋喷桩防渗，防渗墙布设在坝轴线上游0.5m处，单排布孔，孔距0.45m，桩径0.6m，墙顶高程51.3m，墙底深入相对隔水层1m，防渗墙从左岸桩号0－0.10至右岸0+0.144总长154m，共布设342孔，最大孔深28.32m，钻孔总进尺5979m。

5.1 主要施工参数和设计要求

桩径600mm，桩距450mm，最大桩长27.15m，钻杆垂直度小于0.5%，钻孔偏斜率小于1%，浆液比重1.4g/cm3，输浆压力25～30MPa，输浆率75 ～85L/min，提升速度14～16cm/min。

5.2 主要施工机械配置

主要施工机械配置包括高压泵、钻机、钻杆和水泥搅拌机等，主要施工机械配置见表1。

表1 高压旋喷主要施工机械配置

5.3 施工程序与工艺

a.场地平整:将施工场地加以平整，确保钻机正常行走，同时挖好排浆沟。

b.测量放样:按设计要求放出各桩的中心位置，并用石灰标出桩位。

c.钻机就位钻孔:按照测放的桩位，将钻机移至桩位上，钻头对准桩位，调平机台，以线垂调整机身垂直度，垂直误差小于0.5%。

d.接注浆管:钻孔达到设计孔深后，检查各部位密封圈是否封闭，各管安装是否正常，确保正常施工。

e.喷射:喷射注浆参数达到规定值后，即可开始旋喷，喷射的水泥浆与桩端土充分搅拌后，边喷浆边反向匀速旋转提升注浆管，直到距桩顶1m时，放慢搅拌速度和提升速度，保证桩顶密实均匀，同时做好旋喷时间、用浆量、冒浆情况、压力变化等的记录。

f.冲洗:喷射施工完成后，将卸下的注浆管等机具用清水冲洗干净，防止凝固堵塞。管内、机内不得残留水泥浆，把浆液换成清水在地面上喷射，以便泥浆泵和喷射管内的浆液全部排除。

g.移机:成桩后，关闭送浆泵，移机至下一桩位进行施工。

主要施工工艺流程见下图。

旋喷施工工艺流程图

6 大坝防渗加固效果

6.1 钻孔取芯及压水试验

布坑水库大坝防渗处理后，委托检测中心对坝体进行钻孔取芯及压水试验，现场压水试验共3孔，检查12个试验段，其渗透系数试验值(3.09～6.66)×10－7cm/s，均满足不大于1×10－6cm/s的设计要求。压水试验成果见表2。

表2 大坝高压旋喷灌浆防渗墙墙体现场钻孔压水试验成果

根据芯样抗压、抗渗试验结果，高压旋喷防渗墙第89～90号孔搭接处桩号0+39.8混凝土芯样抗压强度代表值 2.9MPa，渗透系数为 3.65×10－7cm/s;第162～163号孔搭接处桩号0+072.7混凝土芯样抗压强度代表值3.0MPa，渗透系数为5.44×10－7cm/s;第229～23号孔搭接处桩号0+102.8混凝土芯样抗压强度代表值2.9MPa，渗透系数为4.71×10－7cm/s，均满足设计要求。