灌漿技術(shù)在病險土石壩防滲加固中的應(yīng)用

彭勤濤

（福建省永川水利水電勘測設(shè)計院有限公司 福州市 350002）

1 概述

灌漿技術(shù)是一種經(jīng)濟且技術(shù)先進可靠、施工工藝簡單和施工速度較快的防滲技術(shù)，在解決病險水庫中的壩體、壩基防滲加固項目中應(yīng)用較多。灌漿技術(shù)分為高噴灌漿和劈裂灌漿，其中高噴灌漿分為高壓旋噴灌漿、高壓擺噴灌漿和定噴灌漿?，F(xiàn)結(jié)合具體的工程實例來介紹灌漿技術(shù)的機理、施工要求和適用范圍。

2 防滲灌漿技術(shù)

高噴灌漿技術(shù)主要應(yīng)用于均質(zhì)粘土心墻壩和均質(zhì)土壩，灌漿形成的防滲墻位于壩軸線或平行于壩軸線上，以水泥漿或水、氣、水泥漿液高壓旋噴套接成柱墻或擺噴成折墻，形成壩體的防滲墻以達到加固壩體結(jié)構(gòu)和防滲防漏的除險加固效果。

高壓噴射灌漿技術(shù)是借助高速射流（水、漿液或空氣）直接沖擊、切割、破壞、剝蝕原地基材料，受到破壞、擾動后的土石料與同時灌注的水泥漿液發(fā)生充分的摻攪混合、充填擠壓、移動包裹至凝結(jié)硬化，從而構(gòu)成堅固的凝結(jié)體，成為結(jié)構(gòu)較密實、強度較高、有足夠防滲性能的構(gòu)筑物，以滿足工程需要的一種技術(shù)措施。

劈裂灌漿是向壩內(nèi)土體鉆孔內(nèi)壓水或灌漿，作用在孔壁上的徑向壓力引起孔的擴張，使孔壁土體受劈裂擠應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫，壓注水泥或混合漿液，使壩體沿軸線方向形成一道或數(shù)道粘土帷幕，起到加強壩體結(jié)構(gòu)和防滲的效果。

福建地區(qū)病險土石壩除險加固常采用高壓旋噴套接和擺噴折接形式。

3 工程應(yīng)用

3.1 高壓旋噴灌漿實例

福建龍巖永定縣境內(nèi)的田地水庫正常蓄水位為599.80m，死水位585.60m。主壩為均質(zhì)土壩，地基為變質(zhì)石英砂巖，壩頂高程604.80 m，最大壩高26.0 m，壩頂長度152.5 m，壩頂寬度5 m。大壩由于運行時間較長，壩體內(nèi)白蟻活動和壩背坡植物生長，壩后坡有浸潤濕處和少量滲水，采用三管高壓旋噴灌漿后效果良好，壩背坡的滲水消失。高壓旋噴套接形成的防滲墻，墻體由單個圓柱體連接而成，在施工過程中由于地質(zhì)或轉(zhuǎn)桿鉛直度等原因，導(dǎo)致墻體下部分叉，形成防滲墻的保證率不高。因此在壩高小于30m的條件下，常采用三管高壓旋噴灌漿或單管高壓旋噴灌漿。

三管法使用帶水、氣、漿3個通道的噴射管轉(zhuǎn)桿，轉(zhuǎn)至設(shè)計高程或強風(fēng)化地層內(nèi)，從內(nèi)噴嘴中噴射出壓力為（30～40）MPa或更高水流，同軸噴射的水流與氣流沖擊破壞土體，然后由水泥漿泵灌注較低壓力的水泥漿液進行充填置換，以達到加固的效果。

（1）田地水庫除險加固的三管旋噴參數(shù)。

孔距與鉆孔要求：用單排孔，布置在原壩軸線的下游0.5 m，孔距為1 m，分序造孔，先導(dǎo)孔先施工。灌完第一序孔后再造第二序孔，孔距（1.0～2.0）m，壩體采用水泥灌漿，鉆孔采用鉆機鉆孔，孔徑為130 mm，造孔鉛直斜小于0.5%。

（2）施工工藝流程。

施工準備：先進行場地平整，清除樁位處地上、地下的一切障礙物，場地低洼處用粘性土料回填夯實，并做好排漿溝。

測量定位：根據(jù)高壓旋噴樁的里程樁號定出試驗區(qū)域的控制樁，然后根據(jù)樁距放出旋噴樁的樁位位置。

機具就位：移動設(shè)備至施工部位，定位校準樁機，使樁機水平，導(dǎo)向架和鉆桿應(yīng)與地面垂直，傾斜率小于0.5%。

采用三管高壓旋噴施工，造孔：使用XY-1A型和XU-300型等液壓地質(zhì)巖芯旋噴鉆機鉆孔，宜優(yōu)先使用跟管鉆進。

下入噴射管：使用鉆機鉆孔時，為防止泥沙堵塞噴嘴，可采取包扎塑料膜或膠布的防護措施，也可邊低壓送水、氣、漿邊下管，水壓力一般不超過1 MPa，如壓力過高則易將孔壁射塌。

漿液配置：為了提高均質(zhì)土壩的防滲能力，增加高噴墻凝結(jié)體的塑性，施工中選擇水泥漿液作為高噴的主要漿材。如32.5 R級以上硅酸鹽水泥。水灰比為 1.5∶1～0.6∶1，進漿密度（1.4～1.7）t/m3，回漿密度小于 1.25 t/m3。

噴射注漿:噴射管下到設(shè)計深度后，開始時先送高壓水，再送水泥漿和壓縮空氣（在一般情況下，壓縮空氣可延送 30 s），之后原地靜噴（1～3）min，待達到預(yù)定的噴射壓力和噴射量，且孔口冒出漿液后，再按預(yù)先定好的提升、旋轉(zhuǎn)或擺動速度，自下而上進行噴射作業(yè)，直到設(shè)計高度方可停送水、氣、漿，提出噴射管，設(shè)計參數(shù)：水壓力（35～40）MPa，流量 Q=（70～80）L/min，壓縮氣壓力為（0.6～0.8）MPa，氣量（0.8～1.2）m3/min，水泥漿壓力（0.2 ～1.0）MPa，流量 Q=（60～80）L/min，提升速度（10～20）cm/min,旋轉(zhuǎn)速度（10～20）r/min,漿液比重：漿液采用 32.5 R 級普通硅酸鹽水泥攪拌，漿液比重（1.4～1.7）t/m3。 噴射時，先應(yīng)達到預(yù)定的噴射壓力、噴漿旋轉(zhuǎn)30 s，水泥漿與樁端土充分攪拌后，再邊噴漿邊反向均勻旋轉(zhuǎn)提升注漿管，提升速度為（15～25）cm/min,直至距樁頂 1 m時，放慢攪拌速度和提升速度，保證樁頂密實均勻。中間發(fā)生故障時，如不返漿，應(yīng)停止提升和旋噴，以防樁體中斷，排除故障后，重新開始噴射注漿的孔段與前段搭接不少于1 m，防止固結(jié)體脫節(jié)。

沖洗：噴射施工完成后，應(yīng)把注漿管等機具設(shè)備采用清水沖洗干凈，防止凝固堵塞。

充填灌漿：噴射結(jié)束后水泥漿液凝固析水，孔樁凝結(jié)體頂部會出現(xiàn)凹陷，應(yīng)隨即在噴射孔內(nèi)進行靜壓充填灌漿，充填灌漿多用灌漿返漿，直至孔口液面不再下沉。

移動機具:相鄰兩樁施工間隔時間應(yīng)多于72 h，間隔應(yīng)大于（4～6）m。

（3）在施工中應(yīng)注意的事項。

噴射前檢查旋噴管的高壓水與空氣噴射情況，各部位密封圈是否封閉。噴射時，先應(yīng)達到預(yù)定的噴射壓力，噴漿量后再逐漸提升注漿管。中間發(fā)生故障時應(yīng)停止提升和旋噴，以防樁體中斷，同時立即進行檢查排除故障。旋噴過程中冒漿量控制在10%～25%之間。高壓噴射注漿完畢后，應(yīng)迅速拔出噴射管。質(zhì)量檢查在旋噴注漿結(jié)束后28天進行，檢查樁的數(shù)量為已經(jīng)完成樁數(shù)的2%～5%，不合格者進行補噴。

（4）施工參數(shù)確定。

高壓噴射灌漿施工參數(shù)很多，主要參數(shù)為孔距、漿密度、水壓力、提升速度、轉(zhuǎn)速等，先按設(shè)計參數(shù)進行試驗最終確定施工參數(shù)。應(yīng)選定部分一序孔作為先導(dǎo)孔，轉(zhuǎn)取芯樣，劃分層位，核對補充勘探資料，先導(dǎo)孔能進一步確定高旋噴墻底部位置，當?shù)貙訌?fù)雜、層位變化較大時，先導(dǎo)孔間距可小一些，反之則宜大一些，一般（20～30）m,先導(dǎo)孔的深度應(yīng)比其他高噴孔稍深。

（5）旋噴防滲墻施工完后進行取芯試驗和壓水試驗，測定防滲墻的抗?jié)B和強度指標。

3.2 高壓擺噴灌漿實例

福建省龍巖永定縣境內(nèi)田龍水庫正常蓄水位431.07 m，死水位414.77 m，主壩壩型為粘土心墻，地基為砂巖，壩頂高程為435.77 m，最大壩高33.2 m，壩頂長度為260 m，壩頂寬度為5.0 m。大壩由于運行時間長、管護弱，大壩背坡有多處漏水浸潤點，量水堰水量較大，經(jīng)三管高壓擺噴灌漿施工后，漏水點消失，量水堰過水量達到設(shè)計的要求。由于壩高大于30 m，采用高壓三管擺噴灌漿提高施工的保證率。擺噴墻為折板式結(jié)構(gòu)，形成防滲墻折接，墻體施工的整體強于高壓旋噴的柱體套接。其施工工藝如下：

造孔：按設(shè)計孔位在壩頂安裝150型鉆機。三管鉆孔中心距為1.2 m～1.5 m。為了防止壩坡滑動，采用隔斷間斷或分序施工，每單位施工段長6 m。

安放灌漿管：邊下鉆邊注入低壓水沖洗防堵。同時注意機械震動和及時量測調(diào)整校正垂直度，使鉆桿偏差≤1%。

注漿施工：注漿材料應(yīng)使用32.5 R及以上早強型水泥。注漿方式為壓入式上行法，直下而上，當擺噴管下至設(shè)計深度注漿開始時應(yīng)先試噴，待注漿壓力達到20 MPa時才提升注漿管進行擺噴，擺噴過程主要技術(shù)參數(shù)為：漿液噴射壓力≥20 MPa；漿液比重≥1.4 t/m3；回漿比重≥1.4 t/m3；水泥用量0.23 t/m；鉆桿垂直度≤1%。

設(shè)計參數(shù)：壩中孔距1.2 m，壩肩孔距1.5 m，灌漿分兩序施工，河床一序孔距2.4 m，二序孔距1.2 m，壩肩一序孔距3.0 m，二序孔距1.5 m。擺噴折角25o～30o， 搭界長度≥20 cm， 防滲墻厚度≥（15～30）cm，平均厚度20 cm。

施工參數(shù)：水壓（35～40）MPa，流量（70～80）L/min,壓縮空氣壓力（0.6～0.8）MPa，氣量（0.8～1.2）m3/min,水泥漿壓力（0.2～1.0）MPa，流量（60～80）L/min，提升速度（10～20）cm/min,擺速 10 次/min，噴嘴直徑（2.0～3.2）mm.

施工前先進行擺噴試驗，確定施工參數(shù)，擺噴防滲墻施工完成后應(yīng)進行取芯試驗和壓水試驗，測定防滲墻的抗?jié)B和強度指標。

4 經(jīng)驗和體會

由于一般中小型土石壩水庫的修建時間較長，壩體內(nèi)和壩基地質(zhì)情況復(fù)雜，在高壓灌漿過程中經(jīng)常會遇到異常的情況。

如灌漿過程中，孔口不返漿，一般采用分兩序或多序的施工應(yīng)急方案，如是三管旋噴或擺噴，則減小水、氣的壓力，加大漿液的濃度或灌砂措施直至孔口返漿。由于壩身未壓實孔隙較多或有鼠洞等空隙，高壓噴射灌漿施工過程中，漿液不返漿，或產(chǎn)生壩體橫行或縱向的裂縫，一般也是采用先停止原孔樁的噴射，進行分序的方法施工，增加一序或多序，待原孔漿終凝后對原灌漿孔進行搭接復(fù)噴。及時清理工作面上的返漿，有組織地導(dǎo)引至沉漿池。及時發(fā)現(xiàn)壩面上的細微裂縫，可以有效防治壩體縱向裂縫導(dǎo)致壩體過度劈裂或塌坡等嚴重的安全事故。

由于灌漿的施工技術(shù)特點，會產(chǎn)生由于樁垂直度不能滿足規(guī)范的要求，壩體內(nèi)下部的高壓噴射樁不能完整套接或折接，使防滲墻不完整，影響壩體的防滲效果。由于壩體內(nèi)地質(zhì)情況不同，可能在高壓噴射過程中，形成樁體縮徑的現(xiàn)象，也會影響防滲墻的完整性。所以高壓噴射灌漿技術(shù)目前只適用于壩高較小的壩體內(nèi)（壩高30m）。若壩高較大，則施工的質(zhì)量保證率會明顯下降，就需考慮其他除險加固方案。

1 DL/T 5148-2001.水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

2 DL/T 5200-2004.水利水電工程高壓噴射技術(shù)規(guī)范[S].

3 SD 266-88.土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范[S].