淺談高壓旋噴灌漿技術(shù)在滴水湖水庫防滲加固中的應(yīng)用

陳德令，范永斌

（1.云南水利水電職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650400；2.云南省曲靖市師宗水務(wù)局，云南 曲靖 655700）

0 前言

水庫經(jīng)過長期運(yùn)行，壩基與壩體經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)滲漏問題，直接影響工程運(yùn)行和安全，需要及時(shí)進(jìn)行防滲加固施工，促使水庫能夠充分發(fā)揮其重要作用。

高壓旋噴灌漿技術(shù)主要是利用工程鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，在高壓設(shè)備作業(yè)下，保證鉆孔孔深達(dá)到設(shè)計(jì)深度，再利用固定安裝在鉆桿頂部的特殊噴嘴，對(duì)水庫壩基以及壩體以高壓形式進(jìn)行固化漿液的噴射。目前，對(duì)高壓旋噴灌漿技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用方法，主要有3種不同的噴射，即三管法、雙管法和單管法。作為水庫防滲加固施工中常用的技術(shù)之一，高壓旋噴灌漿技術(shù)不僅操作簡單、經(jīng)濟(jì)性好，還能有效提升壩基防滲和壩體截滲性能，促使水庫在運(yùn)行中具有更強(qiáng)的抗沖擊能力和安全性[1]。本文針對(duì)高壓旋噴灌漿技術(shù)在滴水湖水庫防滲加固中的應(yīng)用展開分析。

1 工程概況

滴水湖水庫位于沾益區(qū)炎方鄉(xiāng)劉麥地村委會(huì)珠江源風(fēng)景區(qū)內(nèi)，距離炎方鄉(xiāng)政府駐地18 km，距離沾益區(qū)城約51 km。滴水湖水庫擔(dān)負(fù)著重要的防洪任務(wù)，保證下游3300人的生命安全，并且滴水湖水庫也是珠江源景區(qū)的一大亮點(diǎn)。目前，水庫庫水大部分從庫區(qū)右岸溶洞及壩體滲漏，水庫全年三分之二的時(shí)間處于干庫狀態(tài)；溢洪道泄槽段未襯砌，局部邊坡垮塌，正常運(yùn)行無法保障，對(duì)珠江源風(fēng)景區(qū)及下游村莊構(gòu)成威脅。

2 應(yīng)用原理及形式

2.1 應(yīng)用原理

高壓旋噴灌漿技術(shù)是高壓噴射灌漿法應(yīng)用的一種基本形態(tài)。主要以鉆機(jī)為基礎(chǔ)，對(duì)預(yù)加固土層進(jìn)行深度測(cè)量，在保證帶有噴嘴的注漿管充分深入的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)漿液或水噴出。在該步驟中，高壓設(shè)備是其漿液射流的基本支撐，高壓射流而出的漿液會(huì)實(shí)現(xiàn)土體的沖擊和切割。當(dāng)這種高能量、高速度、脈動(dòng)狀態(tài)的射流超過土體強(qiáng)度時(shí)，土體上的土粒會(huì)漸漸脫落，并與噴入的漿液融合，在地基中形成均勻、密實(shí)且連續(xù)的凝結(jié)體，提升漿液注入體的穩(wěn)定性和防滲加固質(zhì)量。

2.2 應(yīng)用形式

近年來，人們對(duì)于水利工程堤壩的建設(shè)和應(yīng)用提出了較高指標(biāo)要求，施工技術(shù)也漸漸成熟。對(duì)應(yīng)高壓旋噴灌漿技術(shù)，單管法、雙管法和三管法是其常用的3種形式。單管法應(yīng)用，土體結(jié)構(gòu)的破壞僅僅受到噴射水泥漿的作用。在雙管法應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)噴射流動(dòng)能損失的合理控制，主要以水泥漿液噴射為基礎(chǔ)，在其周圍進(jìn)行高壓空氣的包裹處理，從而使得土體結(jié)構(gòu)破壞能力再次加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)破壞土粒的有效填充和置換，并保證其與水泥漿充分結(jié)合對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的有效提升。在三管高壓旋噴灌漿施工中，包裹高壓空氣的水流會(huì)對(duì)土體進(jìn)行破壞性切割，再通過水泥漿液進(jìn)行置換和填充。從本質(zhì)上講，3種方式都是通過高壓噴射流的方式呈現(xiàn)出土體機(jī)構(gòu)的破壞，并進(jìn)行水泥漿液與土體的結(jié)合。而在實(shí)際應(yīng)用過程中，三管高壓旋噴灌漿容易在噴射區(qū)域形成壓縮空氣，從而提升土體的切割破壞能力，并保證后期漿液噴射的緊密，因此具有更加優(yōu)越的噴射加固質(zhì)量，應(yīng)用范圍極廣。

3 在水庫防滲加固中的應(yīng)用

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）地質(zhì)勘察

實(shí)際施工前，充分做好勘探與實(shí)驗(yàn)工作，需要全面的了解滴水湖水庫防滲加固工程的施工現(xiàn)場(chǎng)與水文地質(zhì)條件，清楚的掌握施工現(xiàn)場(chǎng)地形走勢(shì)，結(jié)合考察資料合理規(guī)劃工程建設(shè)范圍。

確定好施工范圍之后，詳盡、科學(xué)的分析區(qū)域內(nèi)不良地質(zhì)情況，對(duì)壩體施工位置進(jìn)行科學(xué)設(shè)定，確定有可能出現(xiàn)滲漏的部位。通過鉆孔進(jìn)行勘探處理，全面掌握壩基施工中材料類型與密度等，檢查壩基有無裂縫、空洞問題[2]，為高壓旋噴灌漿技術(shù)的合理應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

另外，施工前做好抬動(dòng)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)、詳細(xì)的分析壩體和壩基實(shí)際承受壓力狀況，結(jié)合相關(guān)結(jié)構(gòu)的承壓能力，開展壓水試驗(yàn)。

（2）設(shè)備和材料選擇

通過高壓旋噴灌漿技術(shù)對(duì)滴水湖水庫進(jìn)行壩體截滲和壩基防滲施工中，需要使用到一些機(jī)械設(shè)備，如供漿設(shè)備、高壓旋噴機(jī)等。

高壓旋噴機(jī)需配置配套的記錄儀器，有效的記錄整體高壓旋噴機(jī)運(yùn)行和操作過程，按照記錄的轉(zhuǎn)速、漿壓還有氣壓等參數(shù)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)。通過在熒光屏上投射這些機(jī)器運(yùn)行參數(shù)，幫助人員更加科學(xué)、便捷、有效的監(jiān)督高壓旋噴機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況，同時(shí)操作人員可以結(jié)合實(shí)際施工情況，適當(dāng)調(diào)整施工參數(shù)。

供漿設(shè)備需要配置2臺(tái)及以上的攪拌機(jī)，至少有1臺(tái)攪拌水泥砂漿，有一臺(tái)攪拌膨潤土漿液。在壩體截滲以及壩基防滲施工期間，需要使用到的灌漿材料其原材料主要有水泥、粉煤灰、水還有石英粉等[3]。

3.2 施工工藝

水滴湖水庫防滲加固施工中應(yīng)用高壓旋噴灌漿技術(shù)工藝流程圖，見圖1。

圖1 高壓旋噴灌漿施工工藝流程示意圖

（1）測(cè)量放線。先對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行平整作業(yè)，結(jié)合施工設(shè)計(jì)挖好排漿溝，并按照設(shè)計(jì)需求開展測(cè)量放線工作，合理確定孔位，并將孔位偏差控制在5 cm范圍[3]。測(cè)量中需同步測(cè)量地面高程，全面認(rèn)可之后，方可進(jìn)入下一施工工序。

（2）準(zhǔn)備鉆機(jī)，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的需求，在合理位置放置合格的鉆機(jī)設(shè)備。

（3）科學(xué)選孔。通過鉆機(jī)合理進(jìn)行鉆孔作業(yè)，同時(shí)做好泥漿護(hù)壁處理工作，在充分固定并保證鉆機(jī)水平位置之后，才能進(jìn)行后續(xù)選孔與鉆孔作業(yè)。在進(jìn)行鉆孔施工過程中，必須保證鉆至設(shè)計(jì)深度，并把孔內(nèi)的殘?jiān)謇砀蓛?，做好泥漿護(hù)壁工作。施工時(shí)必須做好原始班報(bào)表填寫工作，對(duì)鉆孔的深度、鉆速變化以及回水顏色等進(jìn)行詳細(xì)的記錄。鉆孔施工完畢后需要由現(xiàn)場(chǎng)值班技術(shù)人員進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收通過后才能進(jìn)行后續(xù)施工。

（4）下噴射管。在鉆孔作業(yè)之后，需要在現(xiàn)場(chǎng)合適位置放置高噴臺(tái)車，先進(jìn)行試噴作業(yè)，結(jié)合實(shí)際情況合理調(diào)整壓力[4]。使用膠布全面包扎水嘴和氣嘴部位，防止出現(xiàn)堵塞等問題。

（5）制作漿液。按照施工設(shè)計(jì)要求，根據(jù)一定比例進(jìn)行漿液制作，確保水灰比與實(shí)際需求相符。

（6）噴射注漿。在進(jìn)行噴射注漿施工之前，需要通過壓水試驗(yàn)對(duì)灌漿壓力值進(jìn)行確定，試驗(yàn)成果確定之后才能夠確定鉆孔深度，灌漿壓力值，見表1。在噴射管噴入預(yù)設(shè)土體深度之后，逐步送入空氣、水流和泥漿。

表1 灌漿壓力值

（7）提升旋轉(zhuǎn)。在完成注漿噴射工作后，逐漸開展提升以及旋轉(zhuǎn)處理，最終順利提出噴射管。

（8）成柱。逐漸形成防滲墻。

（9）回灌。在灌漿作業(yè)之后，水泥漿會(huì)出現(xiàn)一定程度的回灌，在漿液面不再出現(xiàn)下沉情況，即可停止灌漿。在整個(gè)施工環(huán)節(jié)，需要著重設(shè)定施工參數(shù)：漿液比重需要設(shè)定在1.4 g/cm3～1.5 g/cm3范圍之內(nèi)；水泥漿液流速需要保持在70 L/min～100 L/min范圍之內(nèi)；灌漿壓力需要設(shè)定在24 MPa～40 MPa區(qū)間之內(nèi)；旋桿提速需要保持在10 cm/min～20 cm/min之間；轉(zhuǎn)動(dòng)速度需要保持在8 r/min～16 r/min之間；鉆孔孔斜率需要在1%及以內(nèi)；樁徑設(shè)定成60 cm；樁之間搭接長度要在10 cm及以內(nèi)；不同旋噴樁之間設(shè)定50 cm的間距。

3.3 施工檢查

（1）開挖檢驗(yàn)。嚴(yán)格的檢驗(yàn)固結(jié)體垂直度、形狀以及質(zhì)量。

（2）鉆孔檢驗(yàn)。通過取芯對(duì)其力學(xué)性能加以檢查，同時(shí)進(jìn)行壓水或者抽水試驗(yàn)[5]。

（3）貫入試驗(yàn)。對(duì)固結(jié)體中心質(zhì)量加強(qiáng)檢驗(yàn)。

（4）荷載試驗(yàn)，對(duì)其受力情況進(jìn)行全面分析。

（5）圍井試驗(yàn)，對(duì)井體防滲效果進(jìn)行觀測(cè)。

通過觀測(cè)和檢驗(yàn)，確保工程截滲與防滲效果良好。

4 結(jié)語

我國很多水庫存在老化現(xiàn)象，導(dǎo)致壩體、壩基部位存在不同程度的滲透現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅水庫的安全運(yùn)行。為了有效提升水庫運(yùn)行的可靠性和安全性，有必要運(yùn)用高壓噴射灌漿技術(shù)對(duì)水庫進(jìn)行防滲加固處理，充分把握技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，切實(shí)提升加固效果，全面提升水庫防滲水能力。