高壓灌漿在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用

摘要：高壓噴射灌漿是一種采用高壓水或高壓漿液形成高速噴射流束，沖擊、切割、破碎地層土體，并以水泥基質(zhì)漿液充填、摻混其中，形成樁柱或板墻狀的凝結(jié)體，用以提高地基防滲或承載能力的施工技術(shù)。根據(jù)噴射管運(yùn)動(dòng)的不同分為定噴、擺噴、旋噴三種工藝^[1]。高噴灌漿技術(shù)作為一種新型技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于水庫(kù)除險(xiǎn)加固等防滲處理工程。某水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程采用高壓灌漿與基巖帷幕灌漿結(jié)合處理形成防滲墻，通過(guò)防滲處理，加固效果明顯，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目的。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)除險(xiǎn)加固;高壓灌漿;施工措施

1、工程概況

某水庫(kù)是一座以供水、灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用的中型水庫(kù)。擴(kuò)容后水庫(kù)正常蓄水位為802.41m，100年一遇設(shè)計(jì)洪水位802.50m，2000年一遇洪水位803.05m，總庫(kù)容9114萬(wàn)m³。

水庫(kù)主要建筑物由主壩、六座副壩以及導(dǎo)流副壩、溢洪道、主壩放水設(shè)施和壩后電站組成。主壩為均質(zhì)土壩，頂標(biāo)高為804.50，最大壩高19m，壩頂寬4m，長(zhǎng)度1380m。采用高壓噴射灌漿以及帷幕灌漿形成防滲墻，防滲墻中心線長(zhǎng)度1285m。高噴灌漿施工范圍為基巖上部沖積堆積層和人工填土層，要求深入基巖1.0m，與帷幕灌漿有效搭接1.5m。

2、高壓灌漿施工

2.1、高壓灌漿工作原理

高壓噴射灌漿目前較常采用三重管噴射工藝。工作原理是利用鉆孔機(jī)成孔，把帶有噴嘴的注漿管下插至預(yù)定位置后，利用高壓系統(tǒng)把氣、水、水泥漿液形成高壓射流從噴嘴中射出，沖擊、切割土體，使原有土體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，與漿液充分?jǐn)嚢杌旌?，形成板狀或柱狀的密?shí)凝結(jié)體，提高土體的防滲和承載力^[2]。

2.2、高壓灌漿施工工藝

本工程高壓灌漿采用擺噴和旋噴兩種形式，擺噴擺角30°，墻體折線搭接，旋噴為單排套接。分二序進(jìn)行施工，即在一序孔灌漿施工完成14天后再進(jìn)行二序孔的灌漿施工。

壩體高噴灌漿主要工序主要包括高噴先導(dǎo)孔灌漿試驗(yàn)、漿液配制，噴射施工時(shí)提升速度及噴桿轉(zhuǎn)動(dòng)速度控制、施工時(shí)高噴灌漿過(guò)程中的特殊情況處理、樁孔回填、環(huán)境保護(hù)等。

施工總工藝流程：Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→檢查孔施工→竣工驗(yàn)收

單孔施工工藝流程^[3]：定孔位→鉆孔進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深→高噴灌漿臺(tái)車就位→地面試噴→下入噴管至設(shè)計(jì)位置→制漿、送漿→起拔套管（邊拔套管邊注水泥漿，直至孔口漿液面基本不下降為止），按設(shè)計(jì)參數(shù)提升速度提升噴完全孔→樁孔回填→封孔結(jié)束。見(jiàn)圖所示。

（1）、定孔位：采用全站緯儀進(jìn)行高噴灌漿軸線放樣，確定施工軸線后，按孔距（旋噴0.75m，擺噴1.25m）逐孔定好孔位，用鋼筋標(biāo)記好。并每隔20m設(shè)置控制性樁號(hào)。施工時(shí)用鋼卷尺校核，控制孔位偏差不超過(guò)50mm。

（2）、鉆孔：鉆孔采用SGZ-ⅢA鉆機(jī)原漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆孔孔徑比噴射管外徑大20～40mm，本工程鉆孔孔徑為Φ110mm。施工中采取預(yù)防孔斜的措施，進(jìn)行孔斜測(cè)量，控制孔斜率不超過(guò)1%。鉆孔的有效深度至少超過(guò)設(shè)計(jì)墻底深度0.3m。鉆孔原始記錄完整，詳細(xì)記錄鉆孔過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的土體空洞、孤石等情況，終孔經(jīng)旁站監(jiān)理驗(yàn)收確認(rèn)。

（3）、地面試噴：高噴施工前，根據(jù)孔深計(jì)算噴管長(zhǎng)度，檢查管路暢通情況、密封是否良好，在每孔注漿前對(duì)注漿總體效果進(jìn)行地面試噴，觀察氣、水、漿液的噴射情況，檢查噴射方向和擺動(dòng)角度。

（4）、漿液制備：灌漿漿液按試驗(yàn)確定的最優(yōu)配合比采用重量法配制，誤差嚴(yán)格控制在5%之內(nèi)。本工程漿液水灰比控制在0.8：1-1：1，漿液密度大于1.55g/cm³，制漿使用高速制漿機(jī)制漿，嚴(yán)格檢測(cè)其漿液密度，攪拌時(shí)間不少于30S。

漿液自制備至用完的時(shí)間控制：當(dāng)環(huán)境氣溫10℃以下，不超過(guò)5h;當(dāng)環(huán)境氣溫在10℃以上時(shí)，不超過(guò)3h;當(dāng)漿液存放時(shí)間超過(guò)有效時(shí)間時(shí)，按廢漿處理。

（5）、下注漿管：下設(shè)注漿管至設(shè)計(jì)深度，噴管下入孔底的深度與實(shí)際鉆孔深度的差值應(yīng)不大于0.10m，如達(dá)不到設(shè)計(jì)深度，必須重新掃孔至設(shè)計(jì)深度。為防止噴嘴堵塞，采用一邊低壓送水、氣、漿，一邊下管的方法。

（6）、高壓噴射灌漿：檢查各項(xiàng)工藝參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，開(kāi)始從下至上進(jìn)行高壓噴射灌漿，漿液冒出地面待返漿正常后，再開(kāi)始提升噴管，連續(xù)噴射到設(shè)計(jì)高程為止。噴射過(guò)程的返漿量應(yīng)控制在進(jìn)漿量20%左右。在灌漿過(guò)程中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)、監(jiān)理工程師確定的工藝參數(shù)進(jìn)行。

施工中應(yīng)如實(shí)記錄高噴注漿過(guò)程中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)、漿液材料的用量、異常情況及處理情況等，并定時(shí)檢查施工的工藝參數(shù)。高噴灌漿施工中，應(yīng)采取措施保證孔內(nèi)漿液上返暢通，避免造成壩體劈裂。

（7）、樁孔回填：高噴灌漿完畢應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回灌，避免高噴灌漿后由于孔內(nèi)漿液的析水、收縮而使上部墻體產(chǎn)生空缺現(xiàn)象，影響墻體的質(zhì)量，采用水泥漿進(jìn)行回填。

2.3、高壓灌漿施工參數(shù)

高壓噴射灌漿主要施工技術(shù)參數(shù)的確定是防滲墻成墻質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，嚴(yán)格按照規(guī)范操作和高噴灌漿施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工，是確保施工的關(guān)鍵。施工主要技術(shù)參數(shù)有室內(nèi)配方和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)決定。本工程是先根據(jù)設(shè)計(jì)擬定初步技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，然后經(jīng)實(shí)體開(kāi)挖檢查，從成體質(zhì)量到搭接效果確定達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，由監(jiān)理及設(shè)計(jì)正式確定施工技術(shù)參數(shù)。本工程實(shí)際施工參數(shù)為：

1、擺角：擺噴30^o;旋噴360^o;

2、提升速度：土層10～12 cm/min、接確面6 cm/min;

3、高壓水：水壓40Mpa，流量70-80L/ min;

4、高壓氣：氣壓0.8Mpa，流量1.2m³/min;

5、漿液：漿壓0.6Mpa、流量75L/ min、進(jìn)漿比重1.55-1.65 g/cm³、回漿比重不小于1.2g/cm³。

2.4、特殊情況處理措施

在高噴灌漿過(guò)程中，出現(xiàn)壓力突降或突升、孔口回漿濃度或回漿量異常，孔內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿等情況時(shí)，應(yīng)查明原因及時(shí)處理。一般原因是由于

土體孔隙較多，且有集中漏漿通道，因此應(yīng)根據(jù)情況分別采取以下措施進(jìn)行處理^[4][5]：

（1）、降低噴管提升速度或停止提升，漿液正常送入，擺（旋）噴正常進(jìn)行;若3～5s仍不返漿，關(guān)閉氣，高壓水，提升三重管，漿液繼續(xù)送入孔內(nèi)，并往孔內(nèi)灌砂;當(dāng)灌砂無(wú)效時(shí)，采取提升2～10cm即停止，在該處噴射2～3s，繼續(xù)提升2～10cm，以此周而復(fù)始直至孔口冒漿。

（2）、降低灌漿壓力、進(jìn)行原地注漿，如果仍無(wú)法正常返漿，可采取濃漿灌—?！嗟拈g歇性灌漿處理。

（3）、在漿液中摻加適當(dāng)?shù)乃倌齽?，一般在灌漿液中摻入水玻璃，摻入量為0.5%～3%，加速漿液凝固，從而封堵滲漏通道。

（4）、在噴射過(guò)程中發(fā)生串漿，應(yīng)填堵被串孔。待灌漿孔高噴灌漿結(jié)束后，盡快進(jìn)行被串孔掃孔，再進(jìn)行高噴灌漿。

（5）、凡經(jīng)特殊處理的滲漏段，待孔口返漿后均應(yīng)將噴射管下至原不返漿的最下位置以下20cm，再進(jìn)行正常噴射（復(fù)灌），確保防滲墻墻體質(zhì)量。

（6）、出現(xiàn)裂縫時(shí)，立即停灌，分析其發(fā)生原因，是灌漿壓力過(guò)大產(chǎn)生劈裂縫，應(yīng)待裂縫基本閉合或?qū)α芽p部位采取粘土充填灌漿后再行灌漿。

3、灌漿質(zhì)量檢查及效果分析

3.1、高噴質(zhì)量檢查：高噴質(zhì)量檢查常采用鉆孔取芯檢查以及圍井試驗(yàn)。本工程在高壓旋噴段采用鉆孔取芯檢查，高壓擺噴段為圍井試驗(yàn)。質(zhì)量檢查情況如下：

（1）、高壓擺噴灌漿：本工程高壓擺噴灌漿段長(zhǎng)共10346.72m，隨機(jī)布置7個(gè)圍井進(jìn)行試驗(yàn)，滲透系數(shù)在4.74×10^-7-1.29×10^-6cm/s之間。

（2）、高壓旋噴灌漿：本工程高壓旋噴灌漿段長(zhǎng)共10548.36m，旋噴墻體按每單元布置一檢查孔，共檢測(cè)24個(gè)孔。檢查孔布置在防滲墻相鄰兩施工孔之見(jiàn)的連接處，自上而下分段鉆孔、取芯并做靜水頭壓水試驗(yàn)，滲透系數(shù)在0.4×10^-7-9.20×10^-7cm/s之間。

3.2、灌漿效果分析：跟本工程施工的先導(dǎo)孔檢查情況對(duì)比，壩體原滲透系數(shù)為1.19*10^-4-全泵量吸收，鉆孔施工時(shí)Ⅰ序孔鉆孔很少有回水，而Ⅱ序孔鉆孔基本上都有回水，回漿比重均大于1.35g/cm³，經(jīng)灌漿施工后檢查的滲透系數(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。本工程在帷幕灌漿和高噴灌漿施工全部完成后，庫(kù)區(qū)蓄水至正常水位，主壩下游的滲流量比灌漿前減少了95%，灌漿效果明顯。

4、結(jié)束語(yǔ)

高壓噴射灌漿屬隱蔽工程，施工時(shí)必須嚴(yán)格按照規(guī)范操作和高噴灌漿施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行，才能確保施工質(zhì)量。該技術(shù)具有功效高、技術(shù)可靠、防滲效果良好、施工條件要求低等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的防滲施工中。

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