红旗水库防渗加固施工中高喷灌浆质量控制

刘宏超

红旗水库始建于20 世纪60年代，是一座以防洪、灌溉为主的小（一）型水库。大坝为黏土斜墙砂壳坝，坝高22.0m。水库枢纽由大坝、放水涵和溢洪道组成。水库的防洪标准按照50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。70年代、80年代分别进行脱险加固。经过多年运行和工程的自然老化，水库大坝下游存在坝坡渗流出逸点较高、无反滤保护、坝脚渗透破坏等问题，严重影响水库的安全运行。2010年2月经鉴定为“三类坝”，需进行除险加固。通过对设计方案进行经济与技术的比较和论证，采用高压灌浆防渗墙方案对水库坝身进行防渗加固。后经工艺性试验确定采用高压摆喷灌浆（摆角60°）防渗墙加固方案。高压摆喷防渗墙的技术指标为：①墙顶在坝顶高程以下1.2m，墙底进入坝基以下0.50m；②灌浆孔距为0.80m，灌浆体的搭接长度0.20m；③加固墙体的渗透系数k ≤1×10-6cm/s；④加固墙体水泥土的无侧限抗压强度R28≥2.0MPa；⑤采用三管灌浆法施工。高压灌浆防渗墙属于隐蔽工程，工序复杂、影响因素多。工序质量好坏直接影响加固效果，为此施工过程中必须牢牢地控制各环节的质量。

一、钻孔质量控制

1．钻孔孔位

根据防渗墙的轴线布置，在轴线的两端设置轴线控制点并引至不受破坏的位置，且加以保护；依据灌浆孔的布置，在墙体轴线上准确地将孔位放出并插入钢钎标记，保证孔位的偏差在±20mm 范围内。钻孔前，先将钻机钻头准确对准孔位，由质检员复核，经过监理工程师确认准确无误后，才可开钻钻孔，并及时地做好钻孔施工记录。

2．钻孔垂直度

钻孔的垂直度直接影响高喷墙体的搭接质量，为此必须严格控制钻孔的垂直度。实际操作中，先进行钻机定位，对中调平，用水准尺调平钻机平台使其保持水平，在钻机机架立杆的竖直方向的两个侧面使用吊锤悬挂垂线来控制垂直度。立杆垂直度调平偏差不大于1/100。钻进过程中随时掌握机台的平整度和机架的垂直度，进而保证钻孔的垂直度，钻孔结束后必须经过检测合格后才可移位进行下一个孔的钻进。

3．钻孔护壁

钻孔采用回转钻具，孔径130mm。钻孔过程中孔壁采用膨润土黏土泥浆护壁；在实施钻进过程中，有时钻孔中出现孔口不返浆、坝身填土泥浆存在漏失等现象时，这时需钻孔采取加大进浆护壁泥浆浓度，由正常钻进时进浆密度1.15g/cm3左右，增大至1.25～1.30g/cm3，以进行坝身堵漏；对于少数加大泥浆浓度仍无明显效果的，可采用套管护壁跟进钻进成孔，待下喷射管之前拔出套管。

4．钻孔的有效深度

高喷灌浆钻孔的有效深度在设计灌浆深度以下0.30～0.50m。主要是由于高喷灌浆时喷嘴位于喷管底端约有0.15m 的距离。另外，钻进采用泥浆护壁，钻孔孔底会有沉淀物淤塞孔底。故采取适当加深有效孔深来保证墙体的有效深度。

二、水泥浆液质量控制

1．水泥原材料

灌浆采用纯水泥浆液，水泥选用P.O42.5 级普通硅酸盐水泥，水泥的品质经检测其结果见表1。其各项性能指标均合格。

表1 灌浆用水泥检测结果汇总表

2．水泥浆液

灌浆水泥浆液制备采用高速搅拌机，其转速大于1200r/min。浆液制备方法采用质量比法，即在搅拌机内先加入定量的水，按照水灰比1 ∶1，加入等量经检验合格的水泥，在搅拌机内充分搅拌均匀，搅拌时间控制在30～50s。搅拌好的浆液从搅拌机内放入贮罐内待用，浆液在使用前均过筛避免浆液凝结而堵塞输浆管。水泥浆液的贮存时间控制在120min 内用完，使用前需要检测贮罐内水泥浆液密度，使其不得低于1.50g/cm3。

三、灌浆质量控制

1．灌浆工艺参数的确定

在工程灌浆之前，先进行工艺性试验，确定出本工程的灌浆施工参数见表2。施工过程中应严格控制各项施工参数。

表2 高喷灌浆防渗墙施工工艺控制参数表

2．灌浆施工过程中质量控制

（1）将喷浆台车移至成孔孔位处，下喷射管前先试喷，检查机械及管路运行情况，无异常后，将喷射管下沉至预定深度处，调准喷射方向和摆动角度。按照规定的控制参数进行原位喷射，待浆液返出孔口、情况正常后开始提升喷射。

（2）根据设计要求设定好摆动角度和方向，严格控制喷射提升速度为12cm/min，摆动速度为8r/min。

（3）灌浆开始前，需要配备满足该孔施灌所需要的浆液，严禁灌浆过程中浆液贮存不足而造成灌浆中断。在使用之前适时监测贮浆桶内水泥浆液的密度，避免水泥浆产生离析。

（4）灌浆过程中一旦供浆中断，需及时查明原因，将喷射管下沉到停浆面以下0.50m 处，待供浆恢复正常后再次提升。

（5）在进浆正常的情况下，当孔口回浆密度变小、回浆量增大，应当降低气压并加大浆液密度或进浆量。

（6）施工过程中及时记录水、气、浆液地压力、流量等控制参数，发现异常及时查明原因，采取有效措施予以解决。

（7）高喷灌浆施工结束后，由于灌浆孔内的浆液发生离析析水、沉淀和凝固收缩，高喷固结体的顶部会产生凹穴，需要用浆液及时回灌填补。回灌浆液采用后施工的贮浆沟内的回浆回填，然后使用单独制备的新浓浆（水灰比0.5 ∶1）进行最终回灌。直至孔口浆面不下降为止。

3．影响高喷灌浆质量问题的处理

（1）灌浆孔串浆：采用间隔跳打法，按照两序孔进行施工。发生串浆时，立即填堵串浆孔，待灌浆孔结束后，对串浆孔扫孔，进行灌浆。相邻两个灌浆孔的施工间隔时间不小于48h，间距控制为4～6m。

（2）孔口不冒浆或断续冒浆：有时因坝身填土松软、不密实，可适当进行复喷灌浆；有时因坝体内存在着“交界沟”或“洞穴”等，则应不提升灌浆管，降低灌浆压力加大灌浆量或进浆浓度，直至孔口正常冒浆为止。

（3）钻孔局部垂直度偏差较大：为了保证搭接质量，在不改变喷射参数的条件下，分别对相邻的孔段进行重复2 次复喷，从而加大有效加固长度。

（4）施工过程中断：在施工过程中因各种因素的影响，导致部分灌浆过程中断。查明原因后，中断孔段进行复喷时，应放入停浆面以下0.50m 处，待供浆恢复后再提升，从而保证二次连接处的质量。

四、质量控制效果

（1）高喷灌浆防渗墙完工后，监理工程师核定灌浆单元工程质量全部合格，单元工程优良率为85%，高喷灌浆防渗墙工程质量等级为优良。

（2）墙体钻孔注水试验得出：防渗墙体的渗透系数为4.87×10-8～2.26×10-7cm/s，满足墙体的渗透系数k ≤1×10-6cm/s 的设计要求。

（3）墙体中不同深度处水泥土的无侧限抗压强度值为2.83～9.88MPa，均满足设计要求。

（4）防渗墙体无损检测的结果显示：墙体电性分布较均匀，具有同一电性特征，防渗墙体均匀、连续，完整性较好