淺析高壓旋噴灌漿技術(shù)在富縣大申號(hào)水庫(kù)除險(xiǎn)加固壩體防滲中的應(yīng)用

任延紅

（富縣水利工作隊(duì)，陜西富縣 727500）

1 工程概況

大申號(hào)水庫(kù)位于北洛河一級(jí)支流富縣大申號(hào)川流域下游，壩址距北洛河匯合處約4km，距富縣縣城4.3km。水庫(kù)于1957 年10月興建，1959 年建成投運(yùn)，1982 年對(duì)大壩進(jìn)行加高加厚，并新修溢洪道。控制流域面積為198km2，設(shè)計(jì)為四級(jí)建筑物，水庫(kù)為均質(zhì)土壩，是一座以防洪灌溉、縣城供水為主的?。ㄒ唬┬退畮?kù)。水庫(kù)樞紐工程由壩體、放水塔、溢洪道組成，總庫(kù)容314 萬(wàn)m3，壩高20m，壩頂高程966.87m，頂長(zhǎng)195m，頂寬8m。溢洪道設(shè)在壩體右側(cè)，長(zhǎng)212.5m，底寬15m，深4.2m，設(shè)計(jì)泄流量64m3/s。放水塔為圓柱體形高15.65m，φ 內(nèi)2.5m，設(shè)計(jì)最大泄洪量3.4m3/s。該庫(kù)區(qū)多年平均降雨量520mm，流域降雨量集中在7 月、8 月和9 月，占全年降雨量的80%。

2 防滲加固方案的選定

2.1 壩體、壩肩及壩基現(xiàn)狀

（1）根據(jù)地質(zhì)資料的顯示，壩體填土為濕陷性，局部自重濕陷性，應(yīng)予以處理。

（2）壩基由兩部分構(gòu)成，下部為三疊系砂、泥、頁(yè)巖互層，傾向北西，透水率q＜5.0Lu，系弱透水層，但局部有裂隙發(fā)育，該裂隙位于壩基以下7m 左右，屬未貫通裂隙；上部為砂礫石層，是壩基滲漏的主要通道，屬重點(diǎn)防滲部位。

（3）左壩肩的砂頁(yè)巖較為完整，透水率q＜5.0Lu，滲漏量極??；右壩肩砂頁(yè)巖風(fēng)化嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，透水率q＝71～121Lu，且壩與岸坡結(jié)合部位的巖石有3.0m 厚的強(qiáng)風(fēng)化帶，屬?gòu)?qiáng)透水層，是右壩肩滲漏的主要通道。

2.2 壩基與壩體防滲方案選擇

針對(duì)本工程壩體、壩基、壩基與壩體接觸帶、右壩肩等部位存在的問(wèn)題，應(yīng)采用綜合防滲加固方案，建立可靠的防滲體系并提高部分壩體密度。根據(jù)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)及本工程實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出以下三個(gè)方案：

（1）槽孔式混凝土防滲墻與復(fù)合土工膜方案，墻厚0.3m。

（2）高壓擺噴注漿防滲墻與復(fù)合土工膜方案，墻厚0.2m。

（3）高壓旋噴注漿防滲墻與復(fù)合土工膜方案，墻厚0.2m。

大申號(hào)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程壩體防滲，初步設(shè)計(jì)方案為高壓旋噴注漿采用三重管注漿工藝，單排布孔，樁徑1.0m，樁距0.85m。為優(yōu)化設(shè)計(jì)施工圖設(shè)計(jì)中方案為高壓擺噴折接式工藝，單排布孔，樁距 1.4m，擺角 30°。2005 年 8 月 9 日—8 月 25 日施工企業(yè)對(duì)左壩肩及幕軸線CD 段連接部位進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)擺噴實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行單樁實(shí)驗(yàn)13 個(gè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：由于該部位土質(zhì)較堅(jiān)硬，高壓擺噴樁距1.4m 不能滿足設(shè)計(jì)要求。9 月2 日業(yè)主單位、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理、施工單位在經(jīng)過(guò)多次樁徑變化與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，最終確定灌漿工藝由高壓擺噴注漿改為高壓旋噴注漿，樁距為0.7m。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，決定選用高壓旋噴注漿防滲墻與復(fù)合土工膜相結(jié)合的加固方案。

3 防滲體系設(shè)計(jì)

3.1 防滲體系布置

（1）右壩肩灌漿，從壩頂樁號(hào) 0+207.20～0+262.00m，總長(zhǎng)54.8m，灌漿底線高程942.0m，最大幕墻高度20m。

（2）壩基砂礫石層灌漿，從壩頂0+000.00～0+207.20m，總長(zhǎng)207.2m，帷幕從砂礫石層底部高程下延1.0m 深入基巖，上部到958.0m，最大幕墻高度14m。

（3）壩體復(fù)合土工膜與壩基旋噴墻采用C15 混凝土基座搭接。旋噴注漿墻形成后，鑿掉上部30cm～50cm 低墻度段，并開(kāi)鑿截滲槽，現(xiàn)澆C15 梯形混凝土，鑲?cè)胪凉つぃ纬煞罎B體。

3.2 高壓旋噴灌漿成墻設(shè)計(jì)

高壓旋噴灌漿是按設(shè)計(jì)布孔，利用鉆機(jī)鉆孔，然后將噴射裝置下入孔內(nèi)，噴射裝置射出高壓水流，沖擊破壞被灌體，同時(shí)隨噴射流導(dǎo)入漿液與被沖切土體摻攪，提升噴嘴，形成按設(shè)計(jì)方向、深度、厚度于周圍緊密結(jié)合的凝結(jié)體，構(gòu)成連續(xù)的防滲帷幕墻。

高壓旋噴灌漿的高壓射流與速度和壓力有關(guān)，流速越大，動(dòng)壓力越高，則沖切破壞摻攪地層的范圍越大。漿液隨高壓射流，在擠壓條件下?lián)綌囘M(jìn)入地層，形成與切割物相混合的凝結(jié)體。

3.3 沖填擠壓作用

在高壓噴射未端及外側(cè)邊緣，能量衰減較大，不能沖切土體，但對(duì)周圍土體產(chǎn)生的擠壓作用，使土體得到密實(shí)；在噴射過(guò)程中和噴射結(jié)束后，靜壓力灌漿作用仍在進(jìn)行，灌入的漿液對(duì)周圍土體不斷產(chǎn)生擠壓作用，使凝結(jié)體與周圍土體結(jié)合更密實(shí)。

3.4 滲透凝結(jié)作用

高壓旋噴灌漿除在沖切范圍形成凝結(jié)體外，還能是漿液向沖切范圍以外滲透形成過(guò)渡層，具有較強(qiáng)的防滲性。滲透凝結(jié)層的厚度與被灌地層的級(jí)配和滲透性有關(guān)。在透水性較強(qiáng)的砂礫石層其厚度可達(dá)10～50cm。

4 高壓旋噴灌漿的施工過(guò)程

4.1 修筑施工平臺(tái)

按照設(shè)計(jì)圖紙認(rèn)真做好測(cè)量放線工作，并在幕墻軸線修筑寬度5m 的施工平臺(tái)，以便于鉆灌設(shè)備移動(dòng)。

4.2 確定灌漿孔位置

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位提供的基本控制點(diǎn)，認(rèn)真細(xì)致的做好測(cè)量放樣工作。并用鋼尺校核距離，定好孔位，做好標(biāo)記，要求鉆灌孔位偏差不得大于5cm。

4.3 鉆孔施工及施噴要點(diǎn)

鉆孔質(zhì)量的好壞直接影響施噴成墻的質(zhì)量。因此鉆孔深度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求孔深，終孔孔斜率不得大于1%。鉆孔過(guò)程中，各孔應(yīng)祥細(xì)記錄孔位、孔深、地層變化、換層、漏漿（泥漿護(hù)壁）和掉鉆等情況。特別要注意換層的位置，為高噴提供準(zhǔn)確的改變參數(shù)位置，并在鉆孔施工驗(yàn)收完畢后，加蓋保護(hù)，防止異物掉入孔中。

4.4 高壓旋噴灌漿

4.4.1 高壓旋噴灌漿技術(shù)參數(shù)

高壓旋噴灌漿技術(shù)參數(shù)可以根據(jù)高壓旋噴灌漿試驗(yàn)取得，在開(kāi)工前應(yīng)選擇相同的地質(zhì)條件進(jìn)行高壓旋噴灌漿試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)開(kāi)挖、鉆孔取芯，注水和壓水試驗(yàn)取得技術(shù)參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行修正，確定最優(yōu)技術(shù)參數(shù)，再進(jìn)行高壓旋噴灌漿幕墻施工，如表1 所示。

表1 大申號(hào)水庫(kù)高壓旋噴灌漿技術(shù)參數(shù)

4.4.2 開(kāi)噴前的準(zhǔn)備工作

鉆孔經(jīng)驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行高壓旋噴灌漿。高壓旋噴灌漿施工前根據(jù)孔深確定三重管長(zhǎng)度，檢查管路是否暢通，密封是否良好，并在下管前對(duì)注漿管總成進(jìn)行地面試噴，觀察水、氣、漿的噴射流出情況。三重管必須下入孔底的設(shè)計(jì)深度，其深度差值不得大于0.1m，如達(dá)不到設(shè)計(jì)深度，必須重新掃孔至設(shè)計(jì)深度。

4.4.3 高壓旋噴施工中的技術(shù)措施

（1）按照技術(shù)參數(shù)從下至上進(jìn)行高壓旋噴灌漿。為了保證樁體與底板的充分連接，升噴時(shí)應(yīng)在孔底旋噴至回漿冒出地面，再靜噴5～8mm，待返漿正常后，再開(kāi)始提升，連續(xù)噴到幕墻設(shè)計(jì)高程，旋噴過(guò)程中，回漿中水泥含量應(yīng)控制在進(jìn)漿量的20%左右。

（2）必須按規(guī)定速度提升，在旋噴提升過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)異常或不符合要求時(shí)，應(yīng)查明原因，重新返工；處理事故或換管重新噴射時(shí)，應(yīng)將噴射裝置下放到原位置以下0.5m 處，重新復(fù)噴，以確保搭接長(zhǎng)度不小于0.5m，應(yīng)盡快進(jìn)行噴灌漿，以免被串孔掃孔，再旋噴灌漿或繼續(xù)鉆進(jìn)。

4.4.4 高壓旋噴灌漿質(zhì)量的檢測(cè)

為了檢測(cè)壩基高壓旋噴的灌漿效果，按照有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，采用開(kāi)挖、鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)、滲壓觀測(cè)、滲漏量觀測(cè)等多種方法，對(duì)壩基高壓旋噴防滲效果進(jìn)行了檢查。經(jīng)隨機(jī)選取4～6 處，進(jìn)行樁頂開(kāi)挖，并開(kāi)挖試驗(yàn)圍井和檢查圍井。結(jié)果表明：樁體連續(xù)完整，樁孔位置準(zhǔn)確，樁位偏差小于5cm，樁偏斜度小于1%，樁徑達(dá)到1.3m 的設(shè)計(jì)要求，形成的防滲墻下游表面干燥，無(wú)滲水現(xiàn)象，樁體周圍物理力學(xué)性質(zhì)得到很大改善。

按照規(guī)范要求，在每個(gè)單元工程布置一個(gè)檢查孔，從上到下進(jìn)行了簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，結(jié)果表明所有層段滲透率皆小于1Lu，符合設(shè)計(jì)要求。選取了4～6 個(gè)鉆孔進(jìn)行全孔鉆孔注水試驗(yàn)，檢查圍井、試驗(yàn)圍井也進(jìn)行了注水試驗(yàn)，結(jié)果表明其滲透系數(shù)皆小于10~6cm/s，符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

在土層、砂礫石層中分別選取高壓旋噴固結(jié)體進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容包括抗壓強(qiáng)度，滲透系數(shù)、彈模，結(jié)果表明：土層抗壓強(qiáng)度大小1.6MPa，彈模大于1.9GPa；砂礫石層旋噴體抗壓強(qiáng)度大于10.0MPa，彈模大于6.4GPa；滲透系數(shù)均符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，在第二年汛期高水位蓄水的情況下，在壩體布置的滲流觀測(cè)孔，隨著高壓旋噴幕墻的形成，壩體浸潤(rùn)線水位明顯降低0.5m～1.2m，大壩下游設(shè)置三角量水堰，對(duì)大壩灌漿前后的滲漏量進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果表明滲漏量減少了256m3/d。再應(yīng)用高壓旋噴灌漿對(duì)大申號(hào)水庫(kù)大壩壩基進(jìn)行截滲加固，效果良好，達(dá)到防滲和除險(xiǎn)加固的目的，滿足水庫(kù)安全運(yùn)行的要求。