高压喷射灌浆在钢坝闸防渗工程中的应用

2023-09-12闫义

海河水利 2023年8期

闫义

（山西省水利水电工程建设监理有限公司，山西太原 030012）

修建水利基础设施是维持国民经济发展的重要措施之一，水库在水资源调度和防洪等方面有着重要作用，其中大坝基础防渗设计的合理性直接影响未来水库高效运行与管理。因此，有必要对水库大坝渗漏处进行加固防渗。现以汾河二库大坝为例，对钢坝闸渗漏隐患处防渗处理进行分析。

1 高压喷射灌浆技术

1.1 常见防渗技术

我国土石坝防渗技术过去大多采用黏土铺盖等技术，随着国外防渗技术的引进，大量先进技术如深层搅拌桩[1]、劈裂灌浆、高压旋喷桩[2]等被经常采用。通过试验和工程实践，这些防渗技术有各自优势和不足以及适用条件，详见表1。

表1 防渗技术分析

1.2 高压喷射灌浆技术

高压喷射灌浆法最初应用于软土地基的加固，后来逐渐用于大坝基础防渗。其施工原理是通过机具钻孔，将高压浆液通过注浆管喷射到待防渗土层，破坏土体结构并在压力下与浆液混合重新排列凝固形成墙体，达到加固防渗作用[3]。由于技术应用范围广、施工方便高效且形成的凝固体属于逐渐过渡型，适合多数大坝生态治理工程，本工程采用该技术进行大坝防渗处理。

2 工程基本情况

2.1 工程概况

汾河二库是一座大（2）型水利枢纽，总库容1.33亿m3，主要服务于生活工业供水、水利发电及旅游养殖等。本项目为汾河二库大坝下游河道生态治理一期工程，位于坝址下游至卧龙湾大桥，全长703 m，需在桩号Z0+455 处新建钢坝闸1 座，坝高2.0 m、宽56 m。

2.2 地质条件及评价

钢坝闸坝基和坝肩地层为第四系全新统洪冲积物卵石混合土层，结构不稳定，局部松散。卵砾石粒径平均40 mm，以灰岩为主，含少量的砂岩及变质岩。细粒为中细沙，以石英、长石等为主，平均厚度26 m。

对现场土样进行钻孔注水试验，分析得出其土层渗透系数为32 m/d，渗透严重。其下基岩渗透系数较小，作为相对隔水层。经计算，坝基和左右坝肩渗漏量约为3800和1430 m3/d，渗漏量较大，直接影响到钢坝闸的蓄水安全，需采取防渗措施。

3 高压旋喷防渗墙设计

根据常见防渗技术以及本工程地质报告的建议，防渗体布置要求有：设计方案必须保证工程质量；工程整体概算低，工程量小，易施工；防渗体施工时必须保证大坝整体安全性；防渗体施工期间，尽量协调各方面用水需求。经过经济、技术论证，本工程采用高压旋喷防渗墙方案进行加固防渗处理。

3.1 灌浆孔布置

常见工程的钻孔方式及布置孔距等，详见表2[4]。根据现场地质条件，本工程防渗墙范围处于卵石混合土地层，采用单排柱列型钻孔方式，设计参数详见表3。

表2 常见钻孔方式及布置

表3 灌浆孔设计参数

3.2 灌浆技术要求

高喷注浆材料采用水灰比为1∶0 的水泥浆，其中水泥为42.5 级以上普通硅酸盐水泥；灌浆方法选择三管法，分二序进行，相应配备专业施工人员如泵工、钻工、喷灌工等[5]。

高压旋喷技术是利用泵压力和流量产生强破坏力，根据现场试验确定的主要技术参数详见表4。

表4 高压旋喷灌浆主要技术参数

4 高压喷射灌浆施工技术

4.1 施工准备及工艺

施工单位开工前应做好施工准备如图1 所示，施工工艺如图2所示。

图1 施工准备

图2 施工工艺

4.2 施工要求

4.2.1 钻孔

采用SHL500X 冲击钻机分两序钻进施工，首先选择3 个不同方向的先导孔校对地层，然后进行钻孔。施工要求如下：①孔位与设计孔位相差大小≤50 mm，孔径约146 mm；②孔深大于设计墙体深度0.3 m；③钻机稳定，钻杆垂直度偏差≤0.5%，钻孔偏斜度≤1%。施工过程中，应及时记录以上各种数据以及出现的特殊问题如漏浆、少钻等。

4.2.2 制浆

采用集中制浆，制浆站配置1 套水泥搅拌系统，利用管路分别将制备好的浆液供应到GP2000 型高喷台车。

4.2.3 注浆

当钻孔数据满足验收要求后开始分两序灌浆施工。首先，采用熟料胶带将喷头的喷嘴部位包封密实，以防止喷嘴堵塞。然后，在地面进行试喷，无问题后在灌浆孔位下喷管至设计深度。按照设计参数开始原位喷射，当浆液返到孔口时再以8 cm/min 的速度提升喷射，喷射结束后进行回灌直至孔口泥浆液面保持稳定[6]。若灌浆过程中出现喷射管需拆除问题，应设置长度≥20 cm 的搭接段，并进行复喷。施工过程中，利用自动记录仪记录以上各种数据如进浆密度、回浆密度等以及出现的各种特殊情况。