新兴县水利水电建筑工程有限公司 广东新兴 527400
摘要：高压摆喷灌浆防渗技术能够有效提高地基防渗能力和承载能力，是一种有效的防渗技术。本文结合某水库除险加固工程实例，通过坝体防渗加固方案的对比选择，选择了最优的施工方案，并对高压摆喷灌浆设计以及施工工艺进行了详细的介绍，旨在为其他类似工程提供借鉴。
关键词：高压摆喷灌浆；除险加固；设计；施工
随着我国社会经济的快速发展，人们对病险水库的除险加固越来越重视。水库作为水利工程中重要的组成部分，在防洪、灌溉、供水等方面起着至关重要的作用，其安全稳定运行关系到国民经济的发展及人们生命财产的安全。因此，研究水库除险加固工程中高压摆喷灌浆技术的应用，提高水库除险加固工程的施工质量具有十分重要的现实意义。
1 工程概况
某水库枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、输水涵管组成，主坝为均质土坝，坝顶高程201.80m，最大坝高12.8m，坝顶宽5.0m，总长度135m。水库挡水坝以上流域集雨面积为4.5km2，总库容216×104m3，校核洪水按300年一遇标准，对应洪水位195.78m，洪峰流量89.2m3/s，设计洪水按50年一遇标准，对应洪水位195.21m，洪峰流量65.3m3/s，水库正常蓄水位193.0m。
根据该水库《大坝安全鉴定报告书》，水库大坝存在安全隐患，经专家进行现场核查，同意三类坝结论。挡水坝的主要问题为：①主坝坝体压实度不满足要求，坝基清基不彻底，坝基渗漏；排水棱体失效，外坡出现大面积渗水，大坝存在渗漏安全隐患；②副坝破坏严重。
2 坝体防渗加固方案比选
由于该水库主坝坝体、坝基与山坡接触带强风化岩石发育，存在绕坝渗漏以及主坝坝体填筑质量较差，渗透系数较大。因此，必需对坝体和坝基进行防渗加固。水库最大坝高达到21.8m，采取水平防渗加固方案实施难度大，拟采取垂直防渗加固。初步设计阶段对坝基进行帷幕灌浆，坝体高压摆喷灌浆与坝体充填灌浆两个方案进行了比选。
2.1 坝体高压摆喷灌浆方案
高压摆喷灌浆是利用射流作用冲切掺搅地层或坝体，以改变原地层或坝体的结构与组成，同时灌入水泥浆或复合液以形成凝结体，从而起到加固和防渗的目的，该技术具有以下特点：
（1）适用性广。深度可超过30m，适用于各种地质条件，如砂土、砂壤土、粘土、粉土以及卵砾石土层；
（2）安全、可靠；防渗墙渗透系数可达10-7cm/s以下，允许渗透比降值大于100；
（3）在坝轴线上游建造高压摆喷灌浆防渗墙，能较好地解决大坝的渗漏问题。但其施工条件相对较高，必须要有通达大型施工机械的道路和高压3相电源。
2.2 坝体充填灌浆方案
坝体充填灌浆是利用机械造孔，把灌浆管自上而下至土层的预定位置，以适当压力把浆液或喷嘴中压出，浆液在压力左右下灌入坝体中的空隙，在土体中形成凝结体。其基本原理是利用外压和浆液自重作用将掺有水泥的粘土浆灌入土体，并在土体中形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的，该技术具有以下特点：
（1）可灌性好。只要浆液能到达的地层均可以达到防渗加固效果；
（2）连接可靠。浆液在一定外压作用下可以流动，与周边孔的连接可靠；
（3）施工质量较易控制。对施工队伍要求不高，而且充填灌浆的可靠性、耐久性不如混凝土防渗墙。充填灌浆防渗墙渗透系数为10-5～10-7cm/s，允许渗透比降50～60。
2.3 方案比选
两个方案均对坝基进行帷幕灌浆，帷幕灌浆孔沿坝轴线全线布置，孔距1.5m，左岸延伸至溢洪道左边山体，右岸延伸至坝体外10m。帷幕灌浆总进尺820m，最大孔深16m。
坝体高压摆喷灌浆方案沿坝轴线上游侧增设防渗墙，防渗墙穿过坝基覆盖层，至岩土接触面。防渗墙轴线长135m，最大墙深30.8m，中心线位于坝轴线上游1m。采用单排布置，孔距1.2m。防渗墙厚0.6m，抗渗等级W6，允许比降[J]=60～80。
坝体充填灌浆方案沿坝轴线下游侧布置，灌浆孔布置在坝顶上，分两排布置，排距1.0m，孔距3.0m，呈品字型布置。上游排（第一排）灌浆孔中心线距坝轴线1.0m。下游排（第二排）灌浆孔中心线距上游排中心线1.0m。灌浆孔布置到两端坝头与山体交接处。所有灌浆孔采用机钻，垂直钻入，灌浆进尺3800m。
两个方案的主要工程量及投资比较见表1，从表1可以看出：坝体高压摆喷灌浆投资略多一点，施工机械大，但其防渗体防渗效果较好，具有较好的可灌性和可控性；坝体充填灌浆方案工程投资虽省8.1万元，但施工时可灌性较难控制，防渗体质量及耐久性相对差些。
表1 主要工程量及投资比较表
经综合比较，大坝防渗加固推荐采用坝体高压摆喷灌浆+坝基帷幕灌浆方案。
3 主坝防渗加固设计与施工
3.1 高压摆喷灌浆设计
3.1.1 灌浆孔布置
高压摆喷灌浆孔沿坝轴线上游侧布置，距坝轴线1m，单排孔布置，孔距1.2m，在全坝段135.00m长度范围内均进行灌浆，有帷幕灌浆坝段先进行帷幕灌浆后再进行高压摆喷灌浆，无帷幕灌浆坝段的高压摆喷灌浆，钻孔孔底深入坝基基岩以下1.0m。
3.1.2 施工顺序
高压摆喷灌浆按分序加密的原则进行，灌浆分三序进行，布孔图方法详见图1，先进行第Ⅰ序孔的钻灌（与帷幕灌浆第Ⅰ序孔同序），第Ⅰ序孔钻灌结束后，进行第Ⅱ序孔的钻灌（与帷幕灌浆第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔同序），待第Ⅱ序孔钻灌结束后，再进行第Ⅲ序孔的钻灌，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序灌浆孔间距分别为7.2、2.4、2.4m。
图1 分序钻孔布置示意图
3.1.3 灌浆材料及浆液制备要求
高压摆喷灌浆所用水泥为普通硅酸盐水泥，强度不低于P.O42.5，所用水泥应经检验合格，新鲜、无结块、筛余量不大于5%，水泥浆应经严格过滤并设置过滤装置。水泥浆液应做到随拌随用并在摆喷过程中不停搅拌。灌浆用水应符合拌制水工混凝土用水的要求，水灰比按1：1，设计要求浆液比重约为1.5。
3.1.4 高压摆喷灌浆机具设备
高压摆喷灌浆施工主要机具设备有钻机、高喷台车、高压灰浆泵、灰浆搅拌机、储浆桶、储水桶、比重计、秒表等。
3.2 高压摆喷灌浆施工
3.2.1 钻孔
在进行钻孔施工时，需检查孔号、桩位正确后，钻机就位/调平/垫稳/成孔（控制钻进速度以保证孔斜不超过1.0%，跟管钻进或泥浆护壁）。钻孔过程中检查孔斜，发现超偏及时纠正，达到设计深度要求经检查合格后，移机进入下一循环。钻进结束等待灌浆时，孔口应堵盖，妥善保护。
高压摆喷灌浆孔各孔段灌浆前应采用压力水进行裂隙冲洗，冲洗时间可至回水清净止或不大于20min，冲洗压力为灌浆压力的80％。地质条件复杂时，冲洗方法宜通过现场试验确定。
3.2.2 高压摆喷灌浆压力及方式
高压摆喷灌浆采用三重管高喷灌浆，灌浆压力30～32MPa。将高喷管旋入地下至填筑粘土层，适当提高水压，以便切割、置换部分粘土，旋入到坝基接触带时，旋进的阻力明显增大，再旋入1.0m达到预定的设计深度，此时记录旋入地下钻杆总长度，推算桩底标高，并记录提升喷射成桩的长度。
3.2.3 静喷
喷浆管下到设计深度后，要求将高压泵浆液参数调到正常施工参数。原位旋转静喷30～60s。正常后方可按要求执行各种施工参数提升成桩。
3.2.4 提升速度及旋转速度
提升速度15～22cm/min，旋转速度10～20r/min。在粘土段，要适当加大浆压，减慢提升速度；当拆管或因故停机不超过20min时，下沉塔接喷射长度为500mm。若超过水泥初凝期，则须重新成孔塔接，塔接长度不小于1000mm。
3.2.5 回灌
由于水泥浆凝固后，桩顶可能存在脱空现象。因此，须进行回灌，本工程桩顶标高199.00m距现状坝顶2.8m，返浆和冒浆较易控制，采用返浆水泥浆进行回灌，回灌桩径必须达到设计桩径要求，如果返浆和冒浆较多，则采取措施，保持施工区的环境。
3.2.6 灌浆试验
选择具有代表性坝段做高压摆喷灌浆试验，可采用两排孔三角形布孔，中间设检查孔。灌浆试验施工完成后，应及时编写试验成果报告。
3.2.7 灌浆结束标准与封孔方法
高压摆喷灌浆各灌浆段的结束条件为：在该灌浆段最大设计的压力下，当注入率不大于1L/min后，继续灌注30min，灌浆可结束。高压摆喷灌浆孔封孔应采用全孔灌浆封孔法。
3.3 效果分析
从施工记录资料可以了解到该水库采用浆管、气管双重管同时高喷，浆管压力为0.25MPa左右，气管压力为0.7MPa左右，每个孔口都返浆，成墙达到有效高度。灌浆杆提升速度及摆喷次数：本工程为粉质粘土坝，喷杆提升速度为10cm/min，摆喷次数为15次/min，成墙厚度22cm左右。
灌浆结束后进行围井注水实验，对防渗墙的防渗效果进行检验，根据实验结果，加固后坝体的透水率满足规范要求，根据设计单位坝坡稳定复核计算结果，防渗加固处理后大坝上、下游坝坡计算抗滑稳定安全系数均大于规范要求的最小值，坝坡稳定满足规范要求，高压摆喷灌浆防渗加固效果良好。
4 结语
综上所述，高压摆喷灌浆技术作为一种新型的防渗技术，具有施工简单、造价低、适应性强和防渗加固效果良好等优点。该水库坝体经过高压摆喷灌浆除险加固处理后，各项指标均满足规范要求，并未出现渗漏水现象，且坝体承载性能及稳定性能得到了显著提高，除险加固工程取得了良好的成效。高压摆喷灌浆技术可在类似工程中推广应用。
参考文献：
[1]周来国.高压摆喷灌浆技术在水库除险加固工程中的应用[J].黑龙江水利科技.2014（10）
[2]王衍行.高压摆喷灌浆技术在水库除险加固工程中的应用[J].水利水电施工.2015（04）
论文作者:冯佐霖
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/8
标签：高压论文; 坝基论文; 防渗论文; 水库论文; 防渗墙论文; 浆液论文; 轴线论文; 《基层建设》2016年4期论文;