高壓噴射灌漿在水庫大壩除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用探討

蔣禮節(jié)，蔣 菲

(1.安徽省懷寧縣水利局，安徽懷寧246121;2.南昌大學(xué)，南昌330031)

高壓噴射灌漿在水庫大壩除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用探討

蔣禮節(jié)1，蔣 菲2

(1.安徽省懷寧縣水利局，安徽懷寧246121;2.南昌大學(xué)，南昌330031)

結(jié)合牛頭嶺水庫大壩現(xiàn)狀、病險(xiǎn)情、調(diào)洪計(jì)算成果，通過分析和核算，擬定牛頭嶺水庫大壩壩身采取高壓噴射灌漿除險(xiǎn)加固處理。文章介紹了該水庫大壩采用高壓定噴灌漿法形成防滲帷幕進(jìn)行防滲處理的具體施工工藝，為同類工程提供參考。

水庫工程;除險(xiǎn)加固;高壓噴射;防滲帷幕

1 工程概況

懷寧縣牛頭嶺水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水隧洞等組成。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂長度約94.0 m，壩頂寬度約4.0 m，現(xiàn)有壩頂高程42.40 m，最大壩高約11.2 m，大壩迎水坡坡比1∶2.4～1∶2.8，坡面為塊石護(hù)砌，大壩背水坡在高程37.75～38.09 m位置設(shè)一平臺。水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩身填土主要為黃色礫質(zhì)壤土、砂礫石，土體呈松散狀態(tài)，具有中等透水性。大壩背水坡進(jìn)行了培土加固，增設(shè)了排水明溝和草皮護(hù)坡;對溢洪道左側(cè)漿砌石擋墻采用了掛網(wǎng)噴漿防滲處理;在左側(cè)山體新建放水隧洞。洞身進(jìn)出口采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌長度各10 m;對老涵進(jìn)行探井開挖封堵。根據(jù)牛頭嶺水庫大壩安全鑒定報(bào)告書的結(jié)論，結(jié)合本工程現(xiàn)狀、病險(xiǎn)情、調(diào)洪計(jì)算成果，通過分析和核算，擬定牛頭嶺水庫大壩壩身采取高壓噴射灌漿除險(xiǎn)加固處理，灌漿總長為94 m。

2 施工方案選取

鑒于本工程大壩壩身填土成份主要為黃色礫質(zhì)壤土、砂礫石，土體一般呈松散狀態(tài)，野外圓錐重型動力觸探擊數(shù)一般2～4擊，平均3擊。根據(jù)室內(nèi)顆分試驗(yàn)成果，礫質(zhì)壤土土體中細(xì)礫含量19% ～37%，砂粒含量28% ～36%，粉粒含量17% ～24%，黏粒含量18%～21%。根據(jù)野外注水試驗(yàn)成果，壩身填土滲透系數(shù) 3.14 ×10－4～6.14 ×10－3cm/s，平均 2.14×10－3cm/s，大壩壩身填土具有中等透水性。大壩壩基表層巖體一般呈強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，厚度0.5～1.0 m，裂隙較發(fā)育，巖心呈碎塊狀，采取率約30～50%;下部為弱風(fēng)化巖體，巖心呈碎塊狀或短柱狀，部分巖心長度＞10 cm，采取率約70% ～80%，裂隙不發(fā)育。根據(jù)野外壓水試驗(yàn)成果，弱風(fēng)化巖體透水率0.9～6.6 Lu，平均3.7 Lu，具有弱透水性。針對大壩防滲系統(tǒng)存在的問題，參照同類工程經(jīng)驗(yàn)，擬定以下兩個(gè)防滲加固方案:

2.1 復(fù)合土工膜方案

壩體上游壩坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜，壩腳開挖截水槽。大壩上游面進(jìn)行清基及平整，鋪筑二布一膜，膜厚0.6 mm，再在土工膜上覆蓋0.3 m厚保護(hù)層。土工膜下端錨固于壩腳混凝土截水槽內(nèi)，上端錨固于壩頂高程42.4 m處［1］。

2.2 高噴防滲墻方案

壩體高壓噴射灌漿，防滲墻沿壩頂中心平行布置，單排擺噴，孔距1.2 m，孔底進(jìn)入壩基基巖1.0 m。

通過經(jīng)濟(jì)方案比較，土工膜方案工程投資略大且水下工程工期長;而高噴防滲墻方案投資小且處理效果好，施工場地小，施工速度快，與壩下建筑物結(jié)合好。故本次防滲加固推薦高噴防滲墻方案。

3 高壓噴射灌漿施工

3.1 導(dǎo)流方式

施工期洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用5 a一遇。根據(jù)計(jì)算相應(yīng)的來水量對應(yīng)的最高庫水位為33.58 m，比死水位28.6 m高出4.98 m。椐據(jù)本次除險(xiǎn)加固工程施工特點(diǎn)，大壩施工無水下工程，僅高壓擺噴工程及老涵封堵工程施工時(shí)要求水庫低水位運(yùn)行，施工期內(nèi)洪水對工程不夠成影響，無需做擋水圍堰。

表1 施工方案經(jīng)濟(jì)比較表

3.2 施工實(shí)施

本工程對大壩壩身采用三管法或二管法施工，施工初期對初擬排距、孔距、各種地基有效噴射范圍、水、漿、氣的壓力及流量等高噴施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，以確定施工選用參數(shù)。施工質(zhì)量檢查選用圍井及鉆孔方法，鉆孔個(gè)數(shù)≥15個(gè)，圍井注水或抽水檢查試驗(yàn)≥5個(gè)。

3.2.1 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)安放在設(shè)計(jì)的孔位上并應(yīng)保持垂直，施工時(shí)旋噴管的允許傾斜度≤1.5%。

3.2.2 鉆孔

單管旋噴常使用76型旋轉(zhuǎn)標(biāo)動鉆機(jī)，鉆進(jìn)深度可達(dá)30 m以上，適用于林難貫入擊數(shù)＜40的砂土和渤性土層。當(dāng)遇到比較堅(jiān)硬的地層時(shí)宜用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔。一般在二重管和二重管旋噴法施工中都采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔。鉆孔的份量與設(shè)計(jì)位置的偏差≤50 nm。本工程鉆孔采用150型地質(zhì)鉆施工，泥漿固壁。三管法施工，由高噴臺車配合WJG－80攪灌機(jī)、中壓灌漿泵等進(jìn)行擺噴，水、氣分別采用離心泵及3 m3/min空壓機(jī)供給。管道兩側(cè)相鄰孔在豎直方向上管壁側(cè)采用定噴與遠(yuǎn)方向墻體相接，以避免高壓噴射流對管壁及保護(hù)層的破壞，管線上、下部仍采用擺噴連接成墻。為確保墻體厚度，施工時(shí)應(yīng)對噴管提升速度、噴射壓力及流量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

開孔采用STE－1型液壓鉆機(jī)打垂直孔及斜孔，泥漿固壁，400 L灰漿攪拌機(jī)制漿，液壓注漿泵注漿。為減少前期孔凝固漿液對壓密區(qū)內(nèi)地下水的包裹，要求施工時(shí)，在水平方向上以端進(jìn)法施工，以利地下水?dāng)D出壓密區(qū)。

3.2.3 插管

插管是將噴管插入地層預(yù)定的深度。使用76型振動鉆機(jī)鉆孔時(shí)，插管與鉆孔兩道工序合二為一，即鉆孔完成時(shí)插管作業(yè)同時(shí)完成。在油管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴。可邊射水、邊插管，水壓力一般不超過1 MPa。若壓力過高，則易將孔壁射塌。

3.2.4 噴射作業(yè)

當(dāng)噴管插入預(yù)定深度后，由下而上進(jìn)行噴射作業(yè)，技術(shù)人員必須時(shí)刻注意檢登漿液初凝時(shí)間、注漿流量、風(fēng)量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，并隨時(shí)做好記錄，繪制作業(yè)過程曲線。當(dāng)漿液韌凝時(shí)間超過20 h，應(yīng)及時(shí)停止使用該水泥漿液。

3.2.5 沖洗

噴射施工完畢后，應(yīng)把注漿管等機(jī)具設(shè)備沖洗干凈，管內(nèi)機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿把漿液校成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管和軟管內(nèi)的漿液全部排除。

3.2.6 移動機(jī)具

將鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位上。

3.3 施工注意事項(xiàng)

1)鉆機(jī)或旋噴機(jī)就位時(shí)機(jī)座要平穩(wěn)、立軸或轉(zhuǎn)盤要與孔校對正，傾角與設(shè)計(jì)誤差一般≤0.5°。

2)噴射注漿前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)。設(shè)備的壓力和排量必須滿足設(shè)計(jì)要求。管路系統(tǒng)的密封圈必須良好、各通道和噴嘴內(nèi)不得有雜物。

3)噴射注漿作業(yè)后，由于漿液析水作用，一般均有不同程度收縮，使固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，所以應(yīng)及時(shí)用水灰比為0.6的水泥漿進(jìn)行補(bǔ)灌。

4)為了加大固結(jié)體尺寸，或?yàn)榱藢ι顚佑餐帘苊夤探Y(jié)體尺寸減小，可以來用提高噴射壓力、泵星或降低回轉(zhuǎn)與提升速度等措施，也可以來用復(fù)噴工藝。

5)在噴射注漿過程中，應(yīng)觀察冒漿的情況，及時(shí)了解土層情況，噴射注漿的大致效果和噴射參數(shù)是否合理。

4 結(jié)論

某病險(xiǎn)水庫壩體存在嚴(yán)重滲漏問題，通過結(jié)合該壩身的滲漏現(xiàn)狀，提出采取高壓噴射除險(xiǎn)方案，探討了高壓噴射灌漿技術(shù)在大壩防滲加固中的應(yīng)用。通過防滲處理后，壩體高水位時(shí)下游壩腳的滲水量也大幅減小，有效地改善了壩體防滲性能。

［1］李民孝，吳茂林.高壓定噴灌漿工藝在張鐵水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)［J］.科技致富向?qū)В?005(11):30－31.

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1007－7596(2014)06－0185－02

2013－12－27

蔣禮節(jié)(1965－)，男，安徽懷寧人，工程師 ，從事水利工程建設(shè)管理工作;蔣菲(1993－)，女，安徽懷寧人，研究方向?yàn)榻ㄖこ坦芾怼?/p>