高压摆喷灌浆在水库加固工程中的应用

2017-11-22王全军

水利科学与寒区工程 2017年10期

关键词：防渗墙大坝灌浆

王全军

(广丰区水利局,江西上饶 334600)

高压摆喷灌浆在水库加固工程中的应用

王全军

(广丰区水利局,江西上饶 334600)

水库加固工程可以有效地保证水利设施的安全使用，同时也是延长水利工程寿命的重要措施，国内早期建成的一些小型水库基本上都是使用传统的加固技术，随着水库规模的不断扩大，传统的加固工艺已经不适合大型水库加固工程，高压摆喷灌浆技术作为国内水库加固工程中使用比较广泛的一种技术，和传统的加固工艺相比有绝对的优势，本文以广丰区四角畈水库为例，对高压摆喷灌浆技术在水库加固工程中的应用进行了重点分析。

高压摆喷灌浆；水库；加固工程

1 水库工程概况

1.1 基本情况

本文选择工程案例为四角畈水库，水库位于广丰区，该水库主要用于灌溉，灌区总耕地面积234.7 hm2，灌区内人口约有4380人。属于小(2)型的水库工程，控制流域总面积约为5 km2，水库总容量为14.9万m3，2009年3月，上饶市水务局对四角畈水库进行了复核鉴定，通过对四角畈水库的综合安全评价，最终将四角畈水库大坝渗流安全性评定为C级别、金属结构安全性评定为C级别，防洪标准和结构安全都被评定为C级别，第二年四角畈水库就被列入到国家病险水库加固计划中，加固工程到2012年中期竣工。

1.2 工程地质和渗漏问题

2009年进行的四角畈水库安全鉴定最终结论显示，按照国家水库防洪标准，经过最终的复核，确定四角畈水库溢洪道不能够保证安全泄洪，大坝的整体防洪能力评级为三类坝；大坝区域内地震动峰值加速度为0.05 g，地震基本烈度为6°；水库下游坝坡抗滑稳定性安全系数不能满足当前防洪规范要求，水库放水涵是圬土结构不能正常运行，也不能保证正常的泄洪；大坝坝脚还存在渗漏现象，通过渗漏分析，坝身土体干密度约为1.65 g/cm3，渗漏系数约为2.3×10-4cm/s，总体渗漏性能不安全，放水涵有明显的渗漏现象，严重地危及大坝的安全，并且放水涵的闸门埋件和启闭机出现明显老化现象，安全隐患较大。

四角畈水库大坝基层有两种结构组成，一种是砾质粉质壤土，一种是强-弱风化页岩，上部主要是第四系的砾质黏性土，并且是单一黏性结构，土层强度相对较高，下伏基岩是页岩，大坝两边和山坡相连接，都是强风化页岩结构。坝基截水槽进入到强风化页岩中，大坝两侧坝坡均开设有结合槽延伸至岩层中，并且大坝两侧坝肩都和山坡相连，经过初步设计对于大坝坝体的防渗漏做出了两种方案的对比，分别是混凝土防渗墙加固以及高压摆喷灌浆，从四角畈水库大坝的实际地质状况进行分析，最终选择高压摆喷灌浆对四角畈水库大坝进行除险加固，加固方案高压摆喷灌浆摆角为30°，桩径设计为60 cm，桩孔距离为1 m，均沿着大坝的轴线方向进行单排设置。

2 高压摆喷灌浆技术工程试验

本次高压摆喷灌浆技术工程试验主要是通过生产性工艺试验的方式，通过开挖检测，确定实际孔距、水压、气压、浆压、浆液比例、回浆浓度等技术工艺参数[1-2]。

工程试验现场的布置严格按照实际情况，在大坝左侧开展高压摆喷灌浆防渗漏试验，防渗漏墙顶至大坝顶部，高压摆喷角度为300°，一共设置四个孔，孔距分别为1.1 m、1.2 m、1.3 m，大坝顶部右边放置水泥，周围设置水泥浆搅拌站、空压机站和水泵站，本次试验使用的水泥规格为P·O42.5R的水泥。高压摆喷灌浆技术试验具体参数见表1。

表1 高压摆喷灌浆技术试验具体参数

3 高压摆喷灌浆技术施工

3.1 施工设备选择

本次试验由于是针对大坝防渗漏问题进行水库加固施工，根据施工技术和工程概况需要准备高压清水泵、空压机、高喷台车、灌浆泵、地质钻机、三缸柱塞泥浆泵以及搅拌机。

3.2 施工流程

具体施工流程如图1所示：

图1 高压摆喷灌浆施工流程

同时摆喷提升环节要使用高压水，使用高压清水泵来压缩空气，使用低压泵来搅拌制浆，摆喷提升之后还要经历回浆回收和废浆排放过程。

3.3 施工控制要点

本次工程根据上面的施工流程介绍主要有孔洞定位、钻孔、喷管下设、高压喷射以及成墙这几个重要环节，按照工程特点使用三重管法施工，大坝防渗漏施工设计使用折线来连接，分成两个序列孔开展施工，首先先开始第一序列孔的定位、钻孔和高压喷射灌浆施工，完工之后等待两周左右，再开始后续的序孔施工，第二序孔施工要求和第一序孔相同[3]。

(1)定点放线，确定孔位置。本次高压摆喷防渗漏试验将试验点放置在大坝左侧0+090～0+100段，孔洞确定在这个位置。

(2)钻孔施工。首先钻孔开始之前要做好设计规划，要求所有的孔位偏差都保持在2 cm以内，每个孔的斜率不能超过0.3%，任何孔的相关位置数值如果不满足这两个要求时要重新钻孔，及时的进行修补，保证每一个孔位、孔向的准确性，这样可以方便后期进行孔位纠偏，并且也可以在测量孔斜率的过程中得出其方位角；其次钻孔施工过程中，要对孔位、深度、大坝左侧的地层变动、漏浆现象、掉钻问题进行严格的记录，这样可以方便之后再使用高压摆喷的过程中针对不同的地层结构使用对应的施工技术，钻孔施工中，要求钻孔的有效深度必须超过设计墙底0.5 m以上；再者钻孔过程中，要求每一个序孔都要设置先导孔，针对不同位置的序孔采取先导孔芯样，明确划分地层结构，确定钻孔深度，施工过程中，如果停止钻进施工要及时的保护孔口，如果停工周期较长，要通过相应措施避免出现塌孔现象[4]。

(3)制浆环节。制浆环节要使用高速的搅拌设备来进行，针对本次工程需要自制特定的高速搅拌设备，将低速的搅拌轴安装在储浆桶中，这样可以避免出现泥浆沉淀。

(4)高压摆喷灌浆施工环节。高压摆喷角度为300°，高压摆喷灌浆相关设备要求：高压喷管选择规格为Φ91的钢管；高压喷射水泵规格3×b；空压机规格5 m3/min；高压摆喷台车型号泰山灌浆/GP50；其余各种参数按照表1的要求执行。

所有的钻孔经过检验合格之后才可以开始灌浆施工，灌浆过程要严格按照序孔来进行，相邻两个钻孔的灌浆间隔必须高于24 h；高压喷射灌浆施工不能中途停工，要连续施工，高压喷管每次卸下之后重新施工时都要进行复喷，一般要求复喷长度必须超过0.5 m；高压摆喷提升工艺结束之后要将其提升到设计高程，之后从顶高程之下1 m的位置开始，缓慢的提升到设计高程进行高压喷射，然后再缓慢的向上提升0.5 m左右，钻孔灌浆施工完成之后，使用回浆和水泥浆液及时进行回灌施工，直到浆面不再出现下沉即可结束[5]。

高压摆喷灌浆过程中对于各项参数以及变动情况都要做出严格的记录，同时还包括水泥浆液的使用情况、施工中出现的异常状况和处理结果都要做出记录，在摆喷灌浆过程中，要及时的检查灌浆效果，适时调整高压水泵和低压泥浆泵的压力，合理控制空压机风量和压力、提升速度以及灌浆流量等；喷射孔和高压水泵两者的间距不能超过50 m，所以在具体喷射施工过程中要及时的调整高压泵和钻机的位置，合理控制两者间距；钻孔口回填补浆以及封孔结束之后，可以使用剩余的浆液来填补凹穴[6]。

(5)施工中特殊状况的处理。如果高压摆喷施工过程中发生事故出现停喷现象，在复喷的时候一定要将高压喷头下降到停喷点以下0.5 m之后开始喷射提升。

4 高压摆喷灌浆工程竣工后的质量检测

竣工后的质量检测主要针对两个方面，一方面是墙体渗透系数检测，另一方面是防渗墙体无损检测。针对本次水库大坝加固工程选择的高压摆喷灌浆钻孔在竣工之后选择三个点位来检验渗透系数，试验方法是采用现场压水试验，通过检验得出三个检验点的渗透系数都满足防渗墙参数要求，同时按照高密度电法检测技术和检测结果显示防渗墙的均匀性良好，大坝墙体的连续性相对较好。对于大坝防渗墙的无损校测是按照高密度电法进行检测，最终检测防渗墙体都均匀良好，并且防渗墙墙体连续性非常好。