浅谈高压旋喷灌浆技术在滴水湖水库防渗加固中的应用

2019-10-25陈德令范永斌

陕西水利 2019年9期

陈德令，范永斌

（1.云南水利水电职业学院，云南昆明 650400；2.云南省曲靖市师宗水务局，云南曲靖 655700）

0 前言

水库经过长期运行，坝基与坝体经常会出现渗漏问题，直接影响工程运行和安全，需要及时进行防渗加固施工，促使水库能够充分发挥其重要作用。

高压旋喷灌浆技术主要是利用工程钻机进行钻孔作业，在高压设备作业下，保证钻孔孔深达到设计深度，再利用固定安装在钻杆顶部的特殊喷嘴，对水库坝基以及坝体以高压形式进行固化浆液的喷射。目前，对高压旋喷灌浆技术实践应用方法，主要有3种不同的喷射，即三管法、双管法和单管法。作为水库防渗加固施工中常用的技术之一，高压旋喷灌浆技术不仅操作简单、经济性好，还能有效提升坝基防渗和坝体截渗性能，促使水库在运行中具有更强的抗冲击能力和安全性[1]。本文针对高压旋喷灌浆技术在滴水湖水库防渗加固中的应用展开分析。

1 工程概况

滴水湖水库位于沾益区炎方乡刘麦地村委会珠江源风景区内，距离炎方乡政府驻地18 km，距离沾益区城约51 km。滴水湖水库担负着重要的防洪任务，保证下游3300人的生命安全，并且滴水湖水库也是珠江源景区的一大亮点。目前，水库库水大部分从库区右岸溶洞及坝体渗漏，水库全年三分之二的时间处于干库状态；溢洪道泄槽段未衬砌，局部边坡垮塌，正常运行无法保障，对珠江源风景区及下游村庄构成威胁。

2 应用原理及形式

2.1 应用原理

高压旋喷灌浆技术是高压喷射灌浆法应用的一种基本形态。主要以钻机为基础，对预加固土层进行深度测量，在保证带有喷嘴的注浆管充分深入的基础上，实现浆液或水喷出。在该步骤中，高压设备是其浆液射流的基本支撑，高压射流而出的浆液会实现土体的冲击和切割。当这种高能量、高速度、脉动状态的射流超过土体强度时，土体上的土粒会渐渐脱落，并与喷入的浆液融合，在地基中形成均匀、密实且连续的凝结体，提升浆液注入体的稳定性和防渗加固质量。

2.2 应用形式

近年来，人们对于水利工程堤坝的建设和应用提出了较高指标要求，施工技术也渐渐成熟。对应高压旋喷灌浆技术，单管法、双管法和三管法是其常用的3种形式。单管法应用，土体结构的破坏仅仅受到喷射水泥浆的作用。在双管法应用中，为实现喷射流动能损失的合理控制，主要以水泥浆液喷射为基础，在其周围进行高压空气的包裹处理，从而使得土体结构破坏能力再次加强，实现破坏土粒的有效填充和置换，并保证其与水泥浆充分结合对应的基础上，实现结构稳定性的有效提升。在三管高压旋喷灌浆施工中，包裹高压空气的水流会对土体进行破坏性切割，再通过水泥浆液进行置换和填充。从本质上讲，3种方式都是通过高压喷射流的方式呈现出土体机构的破坏，并进行水泥浆液与土体的结合。而在实际应用过程中，三管高压旋喷灌浆容易在喷射区域形成压缩空气，从而提升土体的切割破坏能力，并保证后期浆液喷射的紧密，因此具有更加优越的喷射加固质量，应用范围极广。

3 在水库防渗加固中的应用

3.1 施工准备

（1）地质勘察

实际施工前，充分做好勘探与实验工作，需要全面的了解滴水湖水库防渗加固工程的施工现场与水文地质条件，清楚的掌握施工现场地形走势，结合考察资料合理规划工程建设范围。

确定好施工范围之后，详尽、科学的分析区域内不良地质情况，对坝体施工位置进行科学设定，确定有可能出现渗漏的部位。通过钻孔进行勘探处理，全面掌握坝基施工中材料类型与密度等，检查坝基有无裂缝、空洞问题[2]，为高压旋喷灌浆技术的合理应用奠定坚实基础。

另外，施工前做好抬动实验，科学、详细的分析坝体和坝基实际承受压力状况，结合相关结构的承压能力，开展压水试验。

（2）设备和材料选择

通过高压旋喷灌浆技术对滴水湖水库进行坝体截渗和坝基防渗施工中，需要使用到一些机械设备，如供浆设备、高压旋喷机等。

高压旋喷机需配置配套的记录仪器，有效的记录整体高压旋喷机运行和操作过程，按照记录的转速、浆压还有气压等参数加强施工监测。通过在荧光屏上投射这些机器运行参数，帮助人员更加科学、便捷、有效的监督高压旋喷机实际运行情况，同时操作人员可以结合实际施工情况，适当调整施工参数。

供浆设备需要配置2台及以上的搅拌机，至少有1台搅拌水泥砂浆，有一台搅拌膨润土浆液。在坝体截渗以及坝基防渗施工期间，需要使用到的灌浆材料其原材料主要有水泥、粉煤灰、水还有石英粉等[3]。

3.2 施工工艺

水滴湖水库防渗加固施工中应用高压旋喷灌浆技术工艺流程图，见图1。

图1 高压旋喷灌浆施工工艺流程示意图

（1）测量放线。先对施工场地进行平整作业，结合施工设计挖好排浆沟，并按照设计需求开展测量放线工作，合理确定孔位，并将孔位偏差控制在5 cm范围[3]。测量中需同步测量地面高程，全面认可之后，方可进入下一施工工序。

（2）准备钻机，结合施工现场的需求，在合理位置放置合格的钻机设备。

（3）科学选孔。通过钻机合理进行钻孔作业，同时做好泥浆护壁处理工作，在充分固定并保证钻机水平位置之后，才能进行后续选孔与钻孔作业。在进行钻孔施工过程中，必须保证钻至设计深度，并把孔内的残渣清理干净，做好泥浆护壁工作。施工时必须做好原始班报表填写工作，对钻孔的深度、钻速变化以及回水颜色等进行详细的记录。钻孔施工完毕后需要由现场值班技术人员进行验收，验收通过后才能进行后续施工。

（4）下喷射管。在钻孔作业之后，需要在现场合适位置放置高喷台车，先进行试喷作业，结合实际情况合理调整压力[4]。使用胶布全面包扎水嘴和气嘴部位，防止出现堵塞等问题。

（5）制作浆液。按照施工设计要求，根据一定比例进行浆液制作，确保水灰比与实际需求相符。

（6）喷射注浆。在进行喷射注浆施工之前，需要通过压水试验对灌浆压力值进行确定，试验成果确定之后才能够确定钻孔深度，灌浆压力值，见表1。在喷射管喷入预设土体深度之后，逐步送入空气、水流和泥浆。

表1 灌浆压力值

（7）提升旋转。在完成注浆喷射工作后，逐渐开展提升以及旋转处理，最终顺利提出喷射管。

（8）成柱。逐渐形成防渗墙。

（9）回灌。在灌浆作业之后，水泥浆会出现一定程度的回灌，在浆液面不再出现下沉情况，即可停止灌浆。在整个施工环节，需要着重设定施工参数：浆液比重需要设定在1.4 g/cm3～1.5 g/cm3范围之内；水泥浆液流速需要保持在70 L/min～100 L/min范围之内；灌浆压力需要设定在24 MPa～40 MPa区间之内；旋杆提速需要保持在10 cm/min～20 cm/min之间；转动速度需要保持在8 r/min～16 r/min之间；钻孔孔斜率需要在1%及以内；桩径设定成60 cm；桩之间搭接长度要在10 cm及以内；不同旋喷桩之间设定50 cm的间距。