帷幕灌浆、高压旋喷灌浆与水泥土搅拌桩技术在水库的应用
2018-02-01苏理
苏理
摘 要：本文结合工程案例，针对泌阳县石门水库工程施工中，通过帷幕灌浆技术、高压旋喷灌浆技术以及水泥土搅拌桩技术的应用，进行了探讨分析。
关键词：坝体；坝基防渗处理；帷幕灌浆；高压旋喷灌浆；水泥土搅拌桩
中图分类号：TV697 文献标志码：A
1 工程概况
石门水库位于驻马店市泌阳县官庄乡，属长江流域唐白河水系泌阳河支流，控制流域面积45km2，总库容2069万m3，是一座以防洪灌溉为主结合养殖、旅游等综合利用的中型水库。
石门水库枢纽工程现由主坝、副坝、溢洪道输水涵管等建筑物组成。主坝全长905.0m，河槽段位于主坝南面，为心墙沙壳土坝，坝顶高程186.5m，最大坝高18.85m，坝顶宽4m左右。在大坝上游坝坡180.90m高程处设有2.0m宽戗台一道。上部坡率1︰2.5，下部坡率1︰3。下游坝坡180.9m高程和173.5m高程处各设有1.5m和2.8m宽戗台各一道，从上至下的坡率分别为1︰2.7；1︰3.0和1︰3.0。主坝台地段坝位于主坝背面，为均质土坝，最大坝高13.97m。副坝位于主坝南面，坡长198.0m，为均质土坝，坝顶高程186.5m，最大坝高12.2m。石门水库始建于1958年，至今已运行50多年，根据2007年5月现场检查及安全评价，大坝工程存在如下问题：
（1）台地段及副坝段坝基为强风化岩基，存在接触渗漏及坝基渗漏现象。
（2）河槽段坝基存在中细沙层含水层，属承压水，1958年初建施工时未作彻底清除及地基处理，大坝下游盖重不满足要求，存在渗漏破坏问题。
（3）台地段及副坝均质土坝坝体原施工时填筑质量差，压实度低，填筑土方质量仅有46%满足规范要求，坝体存在局部散浸及渗水现象。
2 坝体、坝基防渗处理设计
2.1 设计对台地段及副坝段坝基为强风化岩基，存在接触渗漏及坝基渗漏现象，采用帷幕灌浆处理方案。
2.2 设计对石门水库主坝河槽段（桩号0+050-0+350）坝基存在中西砂层含水层，1958年水库初始施工时未作彻底清除及地基处理，现存在渗漏破坏问题，采用高压旋喷灌浆处理方案。
2.3 设计对台地段及副坝均质土坝坝体原施工时填筑质量差，压实度低，坝体存在局部散浸及渗漏现象，采用水泥土深层搅拌桩处理方案。
3 帷幕灌浆、高压旋喷灌浆及水泥土搅拌桩施工
3.1 基础帷幕灌浆工程施工
帷幕灌浆孔布置在坝轴线上，采用三序施工，终孔间距2.0m，孔深按10Lu控制。
3.1.1 主要施工设备
钻孔设备为150型地质钻机。灌浆设备为BW-200灌浆泵。浆液搅拌机采用1m3高速浆液搅拌机，保证灌浆用量。
3.1.2 灌浆材料
水泥采用PO 42.5普通硅酸盐水泥，灌浆用水、拌合料、外加剂等质量符合国家有关行业规范要求。
3.1.3 灌浆孔布置
沿坝顶布置一排帷幕灌浆孔，在其帷幕轴线下游侧再布一排帷幕灌浆孔，孔距2m，梅花型布置。
3.1.4 灌浆方法
灌浆孔灌浆采用自上而下、分段灌浆法，先独立灌坝体和基岩的接触段，并待凝固，然后再对基岩裂隙进行灌浆。灌浆液初始灌浆水灰比为5︰1，灌浆浓度共分为7级，最浓水灰比为0.5︰1。灌浆从最稀一级开始，根据基岩收浆量逐级变浓，直至基岩达到基本不再吸浆时才结束灌浆。
3.1.5 灌浆孔封孔
灌浆结束后经监理检验合格后进行封孔，封孔采用静压回填法，封孔材料采用1.65kN/m3的1︰1水泥砂浆。
3.1.6 帷幕灌浆质量检查
防渗标准为：ω≤5Lu，帷幕灌浆检验以分析检查孔压水实验成果为主，结合钻孔，取岩心材料灌浆记录和测试成果等评定其质量，经检验，帷幕灌浆质量符合岩石水泥灌浆规范和设计要求。
3.2 高压旋喷灌浆工程施工
3.2.1 施工准备
本工程高壓旋喷灌浆施工场地位于大坝坝轴线（0+050-0+350）段，施工前先清除桩位处砌石等，并填筑钻机平台，设置排浆沟和集浆池，做好回浆排放和环境保护措施。
3.2.2 主要施工设备
钻孔设备采用两台300型地质钻孔和造孔，灌浆采用一台高喷台车、一台高压清水泵、一台空压机和一台灌浆泵组成一套高喷设备进行施工。
3.2.3 施工程序
高压旋喷灌浆分三序孔进行，施工程序为：施工临建（包括水管、电缆铺设、排污系统和制浆站建造），高喷灌浆实验，高喷钻孔，高喷灌浆和墙体实验。
3.2.3.1现场高压喷射注浆实验
在现场高压喷射注浆作业前，首先在水库大坝下游主河槽段，地质条件具有代表性区段，按设计和室内试验选定的配合比进行了高压喷射注浆的围井工艺试验，以调整喷射流量、压力、旋速和提升速度等工艺参数。实验结束后，结合注水试验、开挖检查、取芯资料、灌浆记录和测试成果等综合评定围井实验参数是否合理，确定高喷灌浆参数，并将实验结果提交监理人，以便监理人对高喷灌浆质量的控制。
3.2.3.2 钻孔
钻孔机械采用两台300型地质钻孔造孔，均质坝黏土层采用泥浆钻进，坝体黏土适合自然造孔，冲洗液采用清水冲洗，造孔方式以不破坏坝体黏土结构为原则，砂砾石层采用合金牙轮钻进，泥浆护壁基岩段，造孔采用硬质合金回转钻进方法。钻孔孔径、孔斜度、钻孔深度严格按行业规范和设计要求进行控制，如孔斜偏差不满足规范要求，及时采用有效的纠偏措施，直至达到规范要求。
3.2.3.3 制浆
制浆材料采用PO42.5普通硅酸盐水泥，水泥严格按设计要求称重，误差不大于5%，水泥浆搅拌时间使用高速搅拌机不少于30s，自制备至用完的时间不大于4h，使浆液达到搅拌均匀，在筛后使用并及时检测密度，浆液温度保持在5℃～400℃，并做好记录。endprint
3.2.3.4 高压旋喷灌浆
钻孔和浆液经监理人检验合格后，进入灌浆作业。首先高喷台车就位，进行调平、支撑点垫实、垫稳，全面检查喷浆设备是否完好，各种管道是否畅通，下管时将喷头进行密封，以防浆、气、水管道堵塞，下到设计深度后，按浆、气、水顺序依次进入，各种参数达到设计要求和孔口返浆正常后，再按要求进行正常提升喷射。施工采用三重管法自下而上实施。三重管即以浆、气、水3种介质同时作用于砂砾地层，使浆液与地层颗粒成分混合、搅拌、置换、充填、渗透形成固结体防渗墙。
3.3 水泥土搅拌桩工程施工
3.3.1 施工准备
3.3.1.1搅拌桩施工现场首先进行平整、清除桩基处地上、地下一切障碍。
3.3.1.2 搅拌桩水泥选用PO42.5普通硅酸盐袋装水泥，以便于计量。
3.3.1.3 水泥搅拌桩机械配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度，监理工程师每天收集电脑记录一次。
3.3.1.4 施工机械必须具备良好的稳定性能，钻机开钻之前，由监理工程师和项目经理部质检员组织检查验收合格后方可开钻。
3.3.2 施工工艺流程
桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开高压注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面以下0.3-0.5m→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→施工下一根桩。
3.3.3 施工质量控制
3.3.3.1 控制水泥搅拌桩桩体垂直度符合设计和规范要求。
3.3.3.2 按照设计要求，水泥搅拌配合比为0.45～0.5，水泥掺量12%，每米搅灰量46.25kg，高效减水剂0.5%。
3.3.3.3 对每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量，水泥浆拌制灌数，压浆过程中是否有断浆现象，喷浆搅拌提升时间及复搅次数。
3.3.4 认真填写施工原始记录
现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容主要包括：①施工中桩号、施工日期、天气情况；②喷浆深度、停浆桩高；③灰浆泵压力，管道压力；④钻机钻速；⑤钻进速度、提升速度；⑥浆液流量；⑦每米喷浆量和外加剂用量；⑧复搅深度。
3.3.5 质量检验
①觸探实验
水泥搅拌桩成桩7天后，采用轻便触探法检验搅拌桩均匀性，用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥富集的“结核”或未被搅均匀的土团。水泥搅拌桩28天后，用钻孔取芯法检验其完整性，桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位送检测中心实验室（3个一组），28d龄期的无侧限抗压强度试验，并留一组试件做3个月龄期的无侧限抗压试验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为7%，经检验全部合格。
②外观鉴定
经现场外观检查：（A）桩体圆匀，无缩颈和回陷现象；（B）搅拌均匀，凝体无松散。
4 效果分析
4.1 石门水库经过帷幕灌浆加固，原台地段及副坝段坝基强风岩基接触性渗漏及坝基渗漏等问题，得到了有效解决。
4.2 主坝河槽段（桩号0+050-0+350）坝基存在中细沙层含水层，原主坝施工时未彻底清理和处理，存在渗漏破坏问题，经过高压旋喷灌浆加固措施，也得到了有效解决。
4.3 台地段及副坝段均质坝坝体，原施工时土方填筑质量差，压实度低，坝体存在散浸及渗水现象。经过水泥土深层搅拌桩加固措施，有效处理了坝体的散浸和渗水问题。
结语
石门水库除险加固工程经过帷幕灌浆、高压旋喷灌浆和水泥土深层搅拌桩加固处理，坝体的整体性、稳定性和防渗能力明显提高。原坝体、坝基渗漏问题得到了有效解决，达到了理想的效果和施工效益。
参考文献
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[2]张璐.高压旋喷灌浆技术在小型水库防渗加固中的应用[J].重庆三峡学院学报，2016，32（3）：87-91.
[3]倪志刚，马坤，徐利.高压旋喷灌浆技术在水库防渗加固中的应用[J].中国水运月刊，2016，16（12）：217-218.
[4]马坤，倪志刚，徐利.帷幕灌浆施工技术在水库大坝基础防渗加固处理中的应用[J].水利建设与管理，2017，37（2）：22-25.endprint
