高喷灌浆在水库除险加固工程中的应用

2017-09-20郭珺

山西水利 2017年8期

关键词：板墙神山除险

郭珺

（阳武河水利管理处，山西原平 034100）

高喷灌浆在水库除险加固工程中的应用

郭珺

（阳武河水利管理处，山西原平 034100）

高喷灌浆防渗加固技术广泛应用于我国各水库除险加固工程中，这种技术对设备的要求比较简单，具有施工难度较低，工程效率高，成本低等特点。本文结合高喷灌浆技术在神山水库除险加固工程的实际应用，根据神山水库大坝的现状，对其施工设备、施工方法、施工工艺和质量控制进行分析研究，以证明高喷灌浆技术在水库除险加固中的应用合理有效。

高喷灌浆；除险加固；神山水库

1 工程概况

神山水库位于山西省原平市大牛店镇神山村西涧场沟，座落于海河流域子牙河水系滹沱河一级支流阳武河支流上，水库坝长683m，其中主坝长399m，副坝长284m，土坝为碾压均质坝，最大坝高34.3m，水库上游流域面积5km2，总库容1070万m3，系旁引水库，是一座以灌溉为主，兼顾供水、养殖的中型水库。大坝建在双层地基上，组成坝基土有亚砂土（轻粉质壤土），厚度不大，只有2.0m左右，为弱透水层。下部为碎石土层，为强透水层。目前神山水库主坝坝基透水层允许水力坡降小于水库在正常运行后产生的实际水力坡降，故会产生渗透稳定问题，坝基渗漏抬高了地下水位，已影响到神山村居民生活，造成菜窖积水等问题，应考虑工程措施。为了解决坝后渗漏问题，避免产生严重浸沉，急需对坝基采取防渗处理措施，经多方案比选决定采用高压摆喷灌浆技术。

神山水库除险加固工程所需建筑材料有砂料、石料、水泥、钢材、土料等，石料有西山石料场，运距约30km；砂料选用神山、代林和豆罗砂场等，运距约15km和65km；所需土料可就近选择土场，运距约2.0km，质地和储量均可满足工程要求。

2 施工方法

2.1 施工设备选择

钻孔设备选用地质专用XY-2型钻机，选用水冲岩芯钻具，钻孔孔径为150mm，三管泥浆喷射循环护壁，配备高压水系统、高压水泵系统、空压机、搅拌机、高喷台车、精密地质测斜仪等设备和装置。

2.2 高喷灌浆布孔

本次设计经过对神山水库的基础研究，多方案的论证比选，采取三管喷射装置进行高压摆喷灌浆，造孔沿水库轴线布置，孔距1.5m，按先密后疏，最后插补的孔序法进行布置灌浆孔，喷射轴线与大坝侧面平行，距轴线1.5m，目的是保护坝体结构，并让灌浆孔形成连续的防渗墙体，墙厚70cm～150cm，防渗系数达10-4.5-10-5.5cm/s，灌浆材料用52.5R普通硅酸盐水泥。

2.3 高喷灌浆施工程序

高喷灌浆施工工艺流程为：测量放线→确定孔位→钻机成孔→搅拌制浆→供气供浆→喷射灌浆→帽浆→摆动提升→成桩成墙→充填回灌→清洗结束。

按照上述流程，进行高喷灌浆摆射技术施工，下喷射管前，要先在地面进行试喷，并调整好喷射角度，下管时，要对喷嘴做好保护措施，以防地层泥沙堵塞喷孔。要对喷射设备的高压压力、喷嘴等各个部位进行详细检查，对管路，高压泵等系统进行检验，这是高喷灌浆的必要步骤之一。在喷射完成后，停止喷射的步骤为：先停水，再停止灌浆，再停风。灌浆完成后，对孔洞用水泥浆进行静压回填，直至浆面不积水，不下沉为止。在进行高喷灌浆时，宜对全孔洞进行连续灌浆，一次作业完成。

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3 高喷灌浆的成果及技术参数

神山水库坝基在经高喷灌浆之后，成果检验及技术参数如表1所示。

表1 高喷灌浆成果检验表

根据神山水库的地质条件情况，取孔深为5m～5.5m，其中土层厚2.0m，再往下为强透水层，经过多次试验，最终选择三列管喷灌浆技术，参数如下：水流量为73～84L·min-1、压力40～45Mpa；气流量0.9～1.7m3·min-1、压力0.6～0.8Mpa浆流量71～8271～82、压力0.2～0.8MPa；回浆密度不小于1.5g·cm-3；提升速度9cm·min-1；摆喷折角40°。定孔高喷结束14d后进行开挖检查，检查深度为3.5m，并进行局部细节处理。

对成型的各板墙进行参数检验，发现板墙成型稳定，构成完好，连接牢固。为了突出高喷灌浆的防渗效果，考虑到施工成本等问题，对不同的孔距采用不同长度的防渗墙塔接，对坝基软弱点进行重点加固，特别加大成墙厚度，确保神山水库坝基在经过高喷灌浆技术处理后，防渗效果能达到预期目标。

4 工程质量分析与评价

工程施工完毕后，板墙凝结成型，在工程自检之后再通过山西省水利科学研究院工程质量检测中心对其进行坝基防渗检测，采用围井注水对板墙进行防渗系数检测，通过抽水实验对板墙渗透系数进行检测。

围井中心部位进行注水测试，所打注水孔深距围井底部小于1.3m，之后在围井顶部下注水套管，套管高程与围井顶部持平，套管下到合理位置后，要先用高压水对注水孔进行清洗，将杂质洗干净，再对其充水，直至围井内部充满水，再进行下一步的注水试验。

向套管内持续注水，过程中要确保套管内水位与板墙顶部持平，注水过程中，要每5min记录一次数据，通过计量器来计量注水水量。注水试验后，通过测量的数据进行分析，所得数据最大值与最小值相减，与最后一次测量值比较，所得百分比不超过最后一次测量值的10%，则证明最后一次测量值便是此次注水试验的最终稳定结果。

检测的各项数据如表2所示。

表2 防渗板墙围井检测参数表

通过以上检测数据可知，渗透系数为1.11×10-7～4.83×10-7cm/s，抽水实验7.21×10-6～9.29×10-7cm/s，检测结果中各渗透系数均小于设计指标1.31.3×10-5cm/s，由此证明高喷灌浆技术满足神山水库的防渗要求。

5 结语

高喷灌浆技术在水库除险加固应用中，是一项综合条件较为合理的防渗技术。水库坝基存在渗漏问题一直是我国许多病险水坝存在的大问题，高喷灌浆技术是一种解决其渗漏问题的有效技术，且能运用于新建的大坝工程中，对各类型大坝的防渗透效果都比较乐观。但高喷灌浆防渗墙对施工的要求比较高，对工具的要求比较专业，对定孔的要求要根据不同地质条件来确定，施工参数的设计，是实施高喷灌浆工程的关键。

高喷灌浆技术施工速度快，墙体凝固效果好，水泥浆更不会破坏生态与地下水环境，因此在水库除险加固中可以广泛应用。在高喷灌浆施工时，必须要根据水库当地的地质条件来设计高喷灌浆的施工参数，针对不同的参数采用不同的施工设备、施工工艺等，这样才能确保施工质量，使防渗墙体连续性、可靠性都有所保障。当前高喷灌浆技术仍在不断地探讨研究中，还可以通过更多实践成果去验证和改进，使之在水库除险加固工程中应用起来更得心应手。