水库堤坝高压旋喷施工技术及其工程应用

巩转定

摘 要：2012年3月13日某水库发生的大坝塌坑险情事件，已严重影响了水库安全运行，一旦发生溃坝事故，将会给下游人民生命、财产安全带来巨大损失，除险加固刻不容缓。采用高压喷射灌浆进行堤坝防渗处理应用较为广泛，近几年来，我公司在多項水利工程项目施工中归纳了一些技术参数，取得了一些经验。

关键词：水库；高喷灌浆；除险加固；防渗墙

中图分类号：TV543 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）21-0078-02

高压喷射注浆就是利用钻机钻孔，把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为20Mpa以上的高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。部分细小的土料随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力，离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基的变形，达到地基加固的目的。

崔双利[1]在某挡墙的开挖施工中，选择了高压旋喷桩对基坑边坡进行支护取得了良好的效果。武玲[2]以某建筑工程的地基加固为例，研究了高压旋喷桩加固回填土的有效性。张彤[3]通过广西宾阳县露纡镇急水坝的高压旋喷灌浆施工，探讨了该技术在土坝防渗加固工程中的应用前景。

通过以上研究的总结，发现高压旋喷灌浆技术在防渗加固工程中均取得不错的施工效果，虽然如此但仍然对该项技术缺乏实际的数据支撑，因此本文章主要是通过结合李桥水库的实际情况进行高压旋喷实验，为今后类似的工程提供一定的参考依据。

1 高压旋喷施工方案

该实验主要是验证高压旋喷灌浆是否满足李桥水库除险加固防渗设计标准；可以提前进行试验可极大的缩短施工工期，节省投资；为正常施工提前做好准备；同时验证高压旋喷灌浆的方法及其适用性。通过试验验证设计确定的有效桩径、喷射介质的合理性。并论证高压旋喷灌浆孔孔距、孔序的合理性及质量的可靠性。又能够确定技术参数：水压和水量、气压和气量、浆压和浆量、浆液配合比、喷管提升及旋转速度。验证所取参数的合理性，为工程施工提供指导意见和合理参数。

1.1 设计要求

高压旋喷防渗墙设计技术指标如下：

西坝段坝体高压旋喷防渗墙（-0+050～0+350）；

东坝段坝体高压旋喷防渗墙（1+137～1+285）；

高压喷射灌浆孔孔距1.00m，桩径1.20m，每30m设1先导孔。

1.2 试验段的选择

正确地选择灌浆试验地段，可以正确指导高压旋喷灌浆施工有着重要的意义。选择试验地段时，一般应考虑下面几个条件：

试验地段的地质情况应具有代表性。高压旋喷灌浆试验段应选在高压旋喷灌浆施工防渗线相同地质的区域或中等偏劣的地质条件的地段。根据设计提供的地质情况，将高压旋喷灌浆试验选择在以下两个区域内进行，试验一区选择在桩号0+309～0+315处（坝基壤土心墙），试验二区选择在桩号0+008～0+011.8处（砂砾石坝壳）。

高压旋喷灌浆试验钻孔数目由于灌浆试验目的不同。试验一区布设试验孔7个，孔位布置由单排孔组成，其中Ⅰ序孔4个，Ⅱ序孔3个；试验二区布设试验孔5个，孔位布置由单排孔组成，其中Ⅰ序孔3个，Ⅱ序孔2个。

1.3 工艺流程

压喷射灌浆试验主要工艺流程为：钻孔→高喷台车就位→地面试喷→下入喷射管→提升喷射→浆液回灌→管路冲洗→高喷台车迁移。

高喷台车就位：高喷台车就位过程中，应检查提升、制动、管路、电路、旋摆状况、转向等系统是否正常。

地面试喷：地面试喷前检查管路是否畅通、连接情况是否正常，检查机械及管路运行情况。无误后进入下一步工序。

下入喷射管：喷射管下入前，应先送水、气试喷，把各种压力加到喷射要求的压力和流量。通过试喷可以了解各种管路是否畅通、水嘴和风嘴的加工质量。水射流过早离散、雾化或过小的水嘴不宜使用，待各项参数符合要求后才能下管。为防止水、气喷嘴堵塞，下管前，可用胶布包扎。当遇有喷射管下不到位或下不去现象时，视不同的情况采取不同方法处理，一般采用以下方法：

（1）用高喷台车自带无岩芯钻头钻进；（2）用高压泥浆泵送水边转边下；（3）送风边转边下；（4）送风、送水边转边下。

后三种方法的关键在于掌握介质的压力及流量，一般都不宜过大，如果各种方法都不成功，则用钻机处理。

提升喷射：将喷射管下到预定位置后，依次送水、送气、送浆，待水压、风压和浆压升至设计值，待孔口返浆密度≥1.20g/m3后开始提升。水泥浆密度控制在1.51～1.60g/m3。高喷过程中，每隔30min进行一次进浆和回浆密度测试，当其达不到设计要求时，立即暂停喷浆作业并立即调整水灰比，尽快恢复喷浆作业。

浆液回灌：高喷灌浆结束后，利用回浆或水泥浆及时回灌，回灌时间不少于30min，直至孔口浆面不下降为止。

2 高压旋喷灌浆实验过程

2.1 实验工程概况及其地质情况分析

实验开始前首先确定其工程概况及其地质详情，甘肃省张掖市山丹县李桥水库是一座以灌溉为主的年调节中型水库，主要建筑物按3级设计，设计抗震设防烈度7度。水库防洪标准为50年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。水库坝址以上控制流域面积1143km2。水库总库容1540万m3，有效库容1416万m3。工程区位于“祁、吕、贺”山字型构造西翼反射弧中的永昌南山古凸起带内。根据资料记载[4]，地震动峰值加速度为0.10g，地震动反映谱特征周围期0.45s，相应地震基本烈度为Ⅶ度。工程区位于“祁、吕、贺”山字型构造西翼反射弧中的永昌南山古凸起带内。新构造运动主要表现为差异性的升降运动，并且水库坝身壤土心墙填土总体密实性差，松散、不均匀、裂隙较多。endprint

2.2 对实验区域进行高喷灌浆实验

为了验证设计方案，向建设单位提供决策依据，为李桥水库除险加固工程高压旋喷防渗墙施工提供最佳技术参数，我公司于2012年6月18日至7月20日在桩号0+309～0+315处（坝基壤土心墙）和桩号0+008～0+011.8处（砂砾石地层）进行了高压旋喷灌浆试验。

在高压喷射灌浆试验过程中，我单位严格控制既定技术参数，遵循有关条款[3]规定，认真负责地完成了各孔段高压旋喷灌浆试验。

试验一区YS1、YS3、YS4、YS5和YS7号孔因施工供水不足或机械故障出现了不同时长地中断，故障排除后恢复试验时，对中断孔段进行了复喷，搭接长度均大于0.50m。

YS3号孔高喷试验过程中，提升至距地面1.18m处因施工供水中断，天气降雨等原因终止，造成防渗墙墙顶出现深度1.10m的凹坑。

试验一区实施高压旋喷灌浆试验孔7个，其中一序孔4个，二序孔3个，平均孔深11.03m，各孔段实际工程量及试验参数详见附表：《高喷灌浆工程综合成果表》。

试验二区ES1、ES3和ES4号孔因施工供水短缺或机械故障出现了不同时长地中断，故障排除后恢复试验时，对中断孔段进行了复喷，搭接长度均大于0.50m。

ES4号孔高喷试验过程中，提升至距地面1.20m处因机械故障，短时间内无法恢复试验被迫终止，造成防渗墙墙顶出现深度1.20m的凹坑。

因该试验区域地层为砂砾石，存在粒径较大的砾石，在钻孔过程中出现塌孔等情况；各孔段下入喷射管过程中较困难。各孔段实际试验参数及工程量详见附表：《高喷灌浆工程综合成果表》

2.3 高压旋喷灌浆质量控制

（1）为了保证墙体连续性，确保孔位偏差≤5cm，其次要确保钻孔垂直，施工中采取控制方法：1）钻机用水平尺调平；2）钻杆采用粗径钻杆尽量满眼钻进；3）钻杆用铅垂调直；4）防渗墙采旋喷套接。采用普硅P042.5级水泥。（2）认真记录钻孔钻探班报表，为高喷灌浆提供准确的数据。（3）进行现场生产性试验，进一步明确各种参数并报监理审批。（4）施工中采取跳打法，先进行Ⅰ序孔试驗，再进行Ⅱ序孔试验，相邻桩孔间隔施工时间12～72小时。（5）桩底应按设计要求进行不提升高压旋喷。（6）严格控制进浆、回浆密度，进浆密度控制在1.5～1.7g/m3。

3 实验结论及其分析

3.1 实验结果

（1）2012年7月3日对高压旋喷灌浆试验区域进行了开挖检查，从开挖出的高压旋喷防渗墙凝结体搭接较好，墙体表面平整，不存在空洞及夹渣现象，桩径及搭接厚度均可以满足设计要求及规范规定（具体详见表1《高压旋喷防渗墙凝结体实测表》）。

试验一区高压旋喷防渗墙凝结体单桩直径最大145cm，最小125cm，搭接厚度最大100cm，最小89cm。

试验二区高压旋喷防渗墙凝结体单桩直径最大130cm，最小120cm，搭接厚度最大71cm，最小62cm。

（2）2012年7月4日进行了试验区开挖检查；从开挖断面查看发现高压旋喷墙墙体搭接较好，表面光滑，不存在空洞及加渣现象；高喷旋喷墙墙体有效厚度最大145cm，最小120cm，搭接厚度最大100cm，最小62cm。满足设计要求及规范规定。

（3）通过对试验区域开挖检查，YS4、ES2号孔高喷凝结体桩径、搭接厚度最大，根据施工记录表记录的试验参数，推荐在壤土心墙采用YS4号孔参数，砂砾石及基岩采用ES2号孔参数。

（4）针对本次试验二区（砂砾石地层）高压旋喷防渗墙厚度不均匀的情况，为保证工程施工质量，我单位于2012年7月7日至8日采用ES2号孔参数进行了砂砾石地层验证试验，通过开挖检查发现高压旋喷墙桩径均在1.30m以上，可以满足设计要求。

（5）为了确保工程质量建议在试验参数的基础上适当提高施工标准，我单位推荐采用如下参数：

水压力38～40MPa流量80L/min，压缩空气压力0.70MPa流量1.00m3/min，水泥浆液压力0.80～1.20MPa流量60～80L/min，浆液密度≥1.51g/cm3回浆密度≥1.2g/cm3，浆液配比0.8：1、0.6：1，喷射管提升速度：基岩及砂砾石地层5～6cm/min，壤土心墙8～10cm/min，转动速度10r/min。

（6）鉴于本次试验在砂砾石上部进行，下部地层情况未完全揭示，施工中若遇漂石或块石地层，根据实际情况处理。

3.2 实验总结

从建设过程中的多次现场检查，竣工后的验收以及近两年的蓄水检验来看，高压旋喷灌浆施工技术具有工艺简单，质量保证，适应性强，废浆量大的特点。该项技术在水利工程中为土坝防渗加固处理树立了典范，具有较好的借鉴和指导意义，为今后土坝防渗中，值得结合实际来推广。

参考文献

[1]崔双利.高压旋喷注浆技术在基坑挡土墙工程中的应用[J].探矿工程，2011，38（2）：48-49.

[2]武玲.高压旋喷桩在某建筑地基加固中的应用[J].山西建筑，2014，（34）：79-80.

[3]张彤.高压旋喷灌浆技术在急水坝防渗加固的应用广西水利水电[J].2010：39-42.

[4]中国地震动参数区划图GBl8306—2001[S].endprint