高壓擺噴灌漿在玉樓水庫除險加固中的應用

潘 成

（廣西河池水利電力勘測設計研究院，廣西 河池 547000）

高壓擺噴灌漿在玉樓水庫除險加固中的應用

潘 成

（廣西河池水利電力勘測設計研究院，廣西 河池 547000）

結合玉樓水庫大壩滲漏實際情況，通過對防滲加固方案比選，推薦采用高壓擺噴灌漿對壩體防滲+壩基帷幕灌漿方案，并介紹該方案的設計與施工要點。方案實施后，有效地解決了大壩的滲漏問題，效益顯著。

高壓擺噴灌漿；壩體加固；防滲效果

1 工程概況

玉樓水庫位于廣西河池宜州市德勝鎮(zhèn)欖樹村中和屯附近的玉樓河中上游，距宜州市城區(qū)32 km，距德勝鎮(zhèn)5.0 km。該水庫于1972年9月動工興建，1973年12月竣工投入運行。水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水涵管組成，主壩為均質土壩，壩頂高程201.80 m，最大壩高21.8 m，壩頂寬5.0 m，總長度135 m。水庫擋水壩以上流域集雨面積為4.5 km2，總庫容216×104m3，校核洪水按300年一遇標準，對應洪水位195.78 m，洪峰流量89.2 m3/s，設計洪水按50年一遇標準，對應洪水位195.21 m，洪峰流量65.3 m3/s，水庫正常蓄水位193.0 m。

根據(jù)玉樓水庫《大壩安全鑒定報告書》，水庫大壩存在安全隱患，經專家進行現(xiàn)場核查，同意三類壩結論。擋水壩的主要問題為：①主壩壩體壓實度不滿足要求，壩基清基不徹底，壩基滲漏；排水棱體失效，外坡出現(xiàn)大面積滲水，大壩存在滲漏安全隱患；②副壩破壞嚴重。

2 壩體防滲加固方案比選

由于玉樓水庫主壩壩體、壩基與山坡接觸帶強風化巖石發(fā)育，存在繞壩滲漏以及主壩壩體填筑質量較差，滲透系數(shù)較大。因此，必需對壩體和壩基進行防滲加固。玉樓水庫最大壩高達到21.8 m，采取水平防滲加固方案實施難度大，擬采取垂直防滲加固。

初步設計階段對壩基進行帷幕灌漿，壩體高壓擺噴灌漿與壩體充填灌漿兩個方案進行了比選。

2.1 壩體高壓擺噴灌漿方案

高壓擺噴灌漿是利用射流作用沖切摻攪地層或壩體，以改變原地層或壩體的結構與組成，同時灌入水泥漿或復合液以形成凝結體，從而起到加固和防滲的目的，該技術具有以下特點：

（1）適用性廣。深度可超過30 m，適用于各種地質條件，如砂土、砂壤土、粘土、粉土以及卵礫石土層；

（2）安全、可靠；防滲墻滲透系數(shù)可達10-7 cm/s以下，允許滲透比降值大于100；

（3）在壩軸線上游建造高壓擺噴灌漿防滲墻，能較好地解決大壩的滲漏問題。但其施工條件相對較高，必須要有通達大型施工機械的道路和高壓3相電源。

2.2 壩體充填灌漿方案

壩體充填灌漿是利用機械造孔，把灌漿管自上而下至土層的預定位置，以適當壓力把漿液或噴嘴中壓出，漿液在壓力左右下灌入壩體中的空隙，在土體中形成凝結體。其基本原理是利用外壓和漿液自重作用將摻有水泥的粘土漿灌入土體，并在土體中形成凝結體，借以達到加固地基和防滲的目的，該技術具有以下特點：

（1）可灌性好。只要漿液能到達的地層均可以達到防滲加固效果；

（2）連接可靠。漿液在一定外壓作用下可以流動，與周邊孔的連接可靠；

（3）施工質量較易控制。對施工隊伍要求不高，而且充填灌漿的可靠性、耐久性不如混凝土防滲墻。充填灌漿防滲墻滲透系數(shù)為10-5～10-7cm/s，允許滲透比降50～60。

2.3 方案比選

兩個方案均對壩基進行帷幕灌漿，帷幕灌漿孔沿壩軸線全線布置，孔距1.5 m，左岸延伸至溢洪道左邊山體，右岸延伸至壩體外10 m。帷幕灌漿總進尺820 m，最大孔深16 m。

壩體高壓擺噴灌漿方案沿壩軸線上游側增設防滲墻，防滲墻穿過壩基覆蓋層，至巖土接觸面。防滲墻軸線長135 m，最大墻深30.8 m，中心線位于壩軸線上游1 m。采用單排布置，孔距1.2 m。防滲墻厚0.6 m，抗?jié)B等級W6，允許比降[J]=60～80。

壩體充填灌漿方案沿壩軸線下游側布置，灌漿孔布置在壩頂上，分兩排布置，排距1.0 m，孔距3.0 m，呈品字型布置。上游排（第一排）灌漿孔中心線距壩軸線1.0 m。下游排（第二排）灌漿孔中心線距上游排中心線1.0 m。灌漿孔布置到兩端壩頭與山體交接處。所有灌漿孔采用機鉆，垂直鉆入，灌漿進尺3 800 m。

兩個方案的主要工程量及投資比較見表1，從表1可以看出：壩體高壓擺噴灌漿投資略多一點，施工機械大，但其防滲體防滲效果較好，具有較好的可灌性和可控性；壩體充填灌漿方案工程投資雖省8.1萬元，但施工時可灌性較難控制，防滲體質量及耐久性相對差些。

經綜合比較，大壩防滲加固推薦采用壩體高壓擺噴灌漿+壩基帷幕灌漿方案。

表1 主要工程量及投資比較表

3 主壩防滲加固設計與施工[1、2]

3.1 高壓擺噴灌漿設計

3.1.1 灌漿孔布置

高壓擺噴灌漿孔沿壩軸線上游側布置，距壩軸線1 m，單排孔布置，孔距1.2 m，在全壩段135.00 m長度范圍內均進行灌漿，有帷幕灌漿壩段先進行帷幕灌漿后再進行高壓擺噴灌漿，無帷幕灌漿壩段的高壓擺噴灌漿，鉆孔孔底深入壩基基巖以下1.0 m。

3.1.2 施工順序

高壓擺噴灌漿按分序加密的原則進行，灌漿分三序進行，布孔圖方法詳見圖1，先進行第Ⅰ序孔的鉆灌（與帷幕灌漿第Ⅰ序孔同序），第Ⅰ序孔鉆灌結束后，進行第Ⅱ序孔的鉆灌（與帷幕灌漿第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔同序），待第Ⅱ序孔鉆灌結束后，再進行第Ⅲ序孔的鉆灌，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序灌漿孔間距分別為7.2、2.4、2.4 m。

圖1 分序鉆孔布置示意圖

3.1.3 灌漿材料及漿液制備要求

高壓擺噴灌漿所用水泥為普通硅酸鹽水泥，強度不低于P.O42.5，所用水泥應經檢驗合格，新鮮、無結塊、篩余量不大于5%，水泥漿應經嚴格過濾并設置過濾裝置。水泥漿液應做到隨拌隨用并在擺噴過程中不停攪拌。灌漿用水應符合拌制水工混凝土用水的要求，水灰比按1∶1，設計要求漿液比重約為1.5。

3.1.4 高壓擺噴灌漿機具設備

高壓擺噴灌漿施工主要機具設備有鉆機、高噴臺車、高壓灰漿泵、灰漿攪拌機、儲漿桶、儲水桶、比重計、秒表等。

3.2 高壓擺噴灌漿施工

3.2.1 鉆孔

在進行鉆孔施工時，需檢查孔號、樁位正確后，鉆機就位/調平/墊穩(wěn)/成孔（控制鉆進速度以保證孔斜不超過1.0%，跟管鉆進或泥漿護壁）。鉆孔過程中檢查孔斜，發(fā)現(xiàn)超偏及時糾正，達到設計深度要求經檢查合格后，移機進入下一循環(huán)。鉆進結束等待灌漿時，孔口應堵蓋，妥善保護。

高壓擺噴灌漿孔各孔段灌漿前應采用壓力水進行裂隙沖洗，沖洗時間可至回水清凈止或不大于20 min，沖洗壓力為灌漿壓力的80%。地質條件復雜時，沖洗方法宜通過現(xiàn)場試驗確定。

3.2.2 高壓擺噴灌漿壓力及方式

高壓擺噴灌漿采用三重管高噴灌漿，灌漿壓力30～32 MPa。將高噴管旋入地下至填筑粘土層，適當提高水壓，以便切割、置換部分粘土，旋入到壩基接觸帶時，旋進的阻力明顯增大，再旋入1.0 m達到預定的設計深度，此時記錄旋入地下鉆桿總長度，推算樁底標高，并記錄提升噴射成樁的長度。

3.2.3 靜噴

噴漿管下到設計深度后，要求將高壓泵漿液參數(shù)調到正常施工參數(shù)。原位旋轉靜噴30～60 s。正常后方可按要求執(zhí)行各種施工參數(shù)提升成樁。

3.2.4 提升速度及旋轉速度

提升速度15～22cm/min，旋轉速度10～20r/min。

在粘土段，要適當加大漿壓，減慢提升速度；當拆管或因故停機不超過20 min時，下沉塔接噴射長度為500 mm。若超過水泥初凝期，則須重新成孔塔接，塔接長度不小于1 000 mm。

3.2.5 回灌

由于水泥漿凝固后，樁頂可能存在脫空現(xiàn)象。因此，須進行回灌，本工程樁頂標高199.00 m距現(xiàn)狀壩頂2.8 m，返漿和冒漿較易控制，采用返漿水泥漿進行回灌，回灌樁徑必須達到設計樁徑要求，如果返漿和冒漿較多，則采取措施，保持施工區(qū)的環(huán)境。

3.2.6 灌漿試驗

選擇具有代表性壩段做高壓擺噴灌漿試驗，可采用兩排孔三角形布孔，中間設檢查孔。灌漿試驗施工完成后，應及時編寫試驗成果報告。

3.2.7 灌漿結束標準與封孔方法

高壓擺噴灌漿各灌漿段的結束條件為：在該灌漿段最大設計的壓力下，當注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注30 min，灌漿可結束。高壓擺噴灌漿孔封孔應采用全孔灌漿封孔法。

3.3 效果分析

從施工記錄資料可以了解到玉樓水庫采用漿管、氣管雙重管同時高噴，漿管壓力為0.25 MPa左右，氣管壓力為0.7 MPa左右，每個孔口都返漿，成墻達到有效高度。灌漿桿提升速度及擺噴次數(shù)：本工程為粉質粘土壩，噴桿提升速度為10 cm/min，擺噴次數(shù)為15次/min，成墻厚度22 cm左右。

灌漿結束后進行圍井注水實驗，對防滲墻的防滲效果進行檢驗，根據(jù)實驗結果，加固后壩體的透水率滿足規(guī)范要求，根據(jù)設計單位壩坡穩(wěn)定復核計算結果，防滲加固處理后大壩上、下游壩坡計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求的最小值，壩坡穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，高壓擺噴灌漿防滲加固效果良好。

4 結語

玉樓水庫采用高壓擺噴灌漿進行壩體防滲加固后，目前已恢復蓄水運行4年多時間，從工程建設回訪資料看，壩體浸潤線降低，下游壩腳量水堰觀測數(shù)據(jù)顯示滲流量明顯減少，壩體防滲加固效果較好，下游壩面及壩腳沒有出現(xiàn)較大的滲漏點，加固后壩體一直處于安全運行狀態(tài)，水庫排除了險情，既保護水庫下游人民群眾生命和財產安全，也提高了水庫下游的灌溉效益。

[1]DL/T5148-2001，水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范[S].[2]SD266-88，土壩壩體灌漿技術規(guī)范[S].

（責任編輯：周 群）

Application of high pressure rotary spray grouting in Yulou Reservoir Reinforcement Project

PAN Cheng

（Hechi Water Resources&Hydropower Investigation and Design Institute,Hechi 547000,China）

Combined with the seepage situation of Yulou Reservoir,and based on comparison of schemes,the rec?ommended scheme is high pressure rotary spray grouting for seepage prevention incorporating with curtain grouting at dam foundation.An introduction was made on the key points of design and construction.After the reinforcement was completed,seepage problem of main dam was effectively solved with considerable benefits.

High pressure rotary spray grouting;reinforcement of dam body;seepage control effect

TV543

B

1003-1510（2016）01-0046-04

2015-12-10

潘 成（1980-），男，廣西都安人，廣西河池水利電力勘測設計研究院工程師，學士，主要從事水利水電工程設計工作。