旋喷灌浆在坝体防漏的运用

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本文作者：陈有明作者单位：浙江省水电建筑基础工程有限公司

近年来，随着国家对水利工程投入的加大，许多中小型病险水库都进行了除险加固处理。对一些存在坝体和坝基渗漏土坝，在坝顶用土坝劈裂灌浆不能较好进行防渗处理的情况下，通常采用坝体土工膜结合坝肩、坝基帷幕灌浆方式进行防渗处理，土工膜和帷幕灌浆之间采用不同宽厚度的混凝土防渗截流墙进行连接，但由于一些水库修建时间已经很长，库区淤积严重，水库死水位较高，混凝土防渗截流墙并不能够直接修建在土坝下部的基岩上，而是直接修建在土坝上，因此混凝土截流墙与坝基基岩之间的这段土坝坝体防渗处理就需要认真研究，目前在这部分土坝坝体防渗中较普遍采用的是常规充填式灌浆，但该项技术存在着局限性，特别是土坝坝体为不均匀碎石土或坝体下部存在冲洪积层砂砾层时，常规充填式灌浆效果并不理想。高压喷射注浆技术近些年作为一种可行的防渗措施在水利工程中已得到广泛应用，该项灌浆技术可在上述这类土坝中构筑一定厚度的防渗墙，达到较好防渗效果。。

1．工程概况及存在渗漏问题

玉环县双庙水库总库容110万m3，是一座以供水为主的小（1）型水库。副坝最大坝高15m，坝顶高程26.23m，正常蓄水位为23.5m，坝顶长124m，坝顶宽6m。副坝迎水面为干砌块石护坡，迎水面坡比1∶2.5，在18.0m高程处设置宽为2m的马道；背水面为干砌块石体，坡比为1∶2.0，在17.5m高程处设置宽为1m的马道。溢洪道为敞开式，坝体右坝肩布置放水兼冲沙涵洞。由于玉环县地处半岛，饮用水严重短缺，该水库现在的主要任务为城乡供水。水库河谷呈不对称“V”型谷，河谷两岸地形坡度较陡，其中左岸地形坡度抬升较缓。坝址出露地层为三叠系下统永宁镇组第二段（T1yn2），岩性为紫色薄层含钙质砂岩夹砂质泥页岩及灰岩。坝址两岸山体由于修筑大坝时大量取土料及基岩强风化层，两岸坡上的第四纪覆盖层较薄。坝址区地表岩层风化严重，岩层产状倾向大坝下游偏右岸，其倾向2870，倾角130。岩石中裂隙发育；右坝肩裂隙主要有两个方向，一组裂隙产状为倾向2230，倾角810，另一组裂隙产状倾向1470，倾角790，这两组裂隙在右坝肩岩层中相互切割面；左坝肩裂隙也主要有两个方向发育，一组裂隙产状为倾向200，倾角710，另一组裂隙产状为倾向2780，倾角760，这两裂隙也在左坝肩岩层中相互切割岩石。“可乐断层”从大坝右坝肩基岩中通过，该断层为一条压缩性正断层，断层倾向SE，倾角600，断层层面内有泥质胶结的角砾岩，胶结性较好，其对大坝坝基渗漏的影响较小。坝基岩石中的风化裂隙以及碳酸盐地层中的溶蚀裂隙是坝址区地下水运移的渗漏通道。水库蓄水后，由于筑坝土体的碾压密实度不均匀，坝体填筑质量总体较差，坝身内的粘土防渗芯墙和坝基防渗帷幕并不能有效地阻水，造成坝体与坝基产生大量漏水。水库存在的主要渗漏问题是副坝坝体和坝基渗漏严重，在副坝下游存在渗漏点多处，总渗漏量达137L/s，已经影响到副坝安全正常使用。现在该水库放水只能采用发电引水钢管进行放水，库水位较高，水库上游植被较差，洪水季节上游来水含沙量较大，水库泥沙淤积较严重，现坝前淤积高程14.50m，淤积高度达3.2m。大坝坝型为粘土斜墙土石混合坝，水库大坝土体一部分为非均质土，由粘土含大量碎石组成，一部分为均质粘土；坝体下部坝基基岩风化严重，大部呈强风化状，局部呈全风化状。

2．工程中高压旋喷灌浆设计情况

设计上对23.5m高程以上的坝体采取复合土工膜进行防渗，同时在上游坝坡23.5m高程向下设高2m混凝土垂直防渗墙，然后沿防渗墙布置一排帷幕灌浆孔和高压旋喷灌浆孔，23.5m高程以下的坝体土层采取高压旋喷灌浆处理后结合库内淤泥进行防渗，对坝基、两坝肩及左岸坡采取帷幕灌浆进行防渗，并向坝体两坝肩及左岸坡延伸帷幕灌浆孔。其中帷幕灌浆底限高程应以透水率小于5lu的岩层作为隔水岩层；右侧坝体的灌浆孔以0m高程为灌浆的设计底限，左侧坝体的灌浆孔同样以0m为灌浆的设计底限。随着灌浆轴线向两坝肩及左岸坡延伸，由于坝址区岩层产状倾向大坝下游偏右岸，倾角平缓，并且地下水位线从河谷向两岸坡逐渐抬升，两坝肩及左岸坡的灌浆孔设计底限高程也在设计底限高程0m基础进行抬升。帷幕灌浆边界依延伸至水库校核洪水位与地下水位线相交位置终止布置帷幕灌浆孔，截断库水沿基岩裂隙和断层破碎影响渗漏带产生渗漏。高压旋喷灌浆设计情况是对大坝坝体土层采取高压旋喷灌浆，高压旋喷灌浆轴线总长96m，共布置设计灌浆孔64个，孔间距为1.5m，单排。大坝坝体土层高压旋喷灌浆总进尺592m。

3．设计高压旋喷灌浆施工工艺

3.1施工设备

高压旋喷灌浆施工设备主要由造孔系统、高压水系统、压缩空气系统、制浆供浆系统、提升喷射系统和检测系统等组成。

3.2施工布置

本次设计高压旋喷灌浆防渗板墙的结构形式采用旋喷折接，共布置64个灌浆孔，孔距1.5m，旋喷角度30°，采用水、气、浆分别由3条并列的管道输送的设备施灌制作折线形防渗板墙。高喷灌浆下界线为入基岩面以下0.5m，上与混凝土截流墙底板相平，为减少串孔、塌孔及保护板墙有效连接，设计分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔进行施工,其中Ⅰ、Ⅱ序孔从轴线向内侧旋喷，Ⅲ序孔从轴线向外侧旋喷。

3.3施工工艺

造孔采用zy100型钻机进行回转钻进，用当地粘土制浆进行钻孔护壁，采用三管法高喷灌浆设备进行旋喷，在孔造好后下高喷管，高压喷射以水、气、浆为介质，高压喷头使用一对水平喷嘴喷出35～40MPa的高压水射流切割破坏被灌地层，出浆口垂直于高压水嘴，在高喷管的底部灌入比重大于1.60g/cm3以上的水泥浆充填被高压水切开的空间，并使地层中的泥、砂等细小颗粒排出地表，从而形成高喷板墙，主要施工流程如下图：

3.4施工材料

采用纯水泥浆，水泥为425#以上标号普通硅酸盐水泥。先是高压气、水喷射，后是压力灌浆，灌浆易被先喷入的水稀释，所以使用的水灰比为大于1：1的浓浆。

3.5施工参数

本次设计高压旋喷灌浆的施工参数见表1。要求施工中应在现场进行试验中对不同地层的提升速度、旋动角度及水、气、浆等各项技术参数进行测试，通过现场试验为高压旋喷灌浆设计合理性和高压旋喷灌浆施工提供必要数据，适当优化设计参数。

3.6施工方法

3.6.1灌浆钻孔施工

钻机安放平稳，孔位偏差小于50mm，均用水平尺校正机台水平和钻机立轴垂直度。通过回转钻进、泥浆护壁成孔。失浆严重时，注入稠泥浆或粘土进行堵漏处理。钻进过程中使用测斜仪对钻孔进行测斜，当发现钻孔倾斜时，及时采取补救措施，以确保成孔倾斜度小于1%。钻孔结束后及时向孔内注入稠泥浆，预防塌孔现象发生。地质人员应跟班对岩芯进行分层描述，确保在不同土层中采用不同高压旋喷灌浆施工技术参数。

3.6.2高压旋喷施工

为保证先期形成的板墙与后期形成的板墙有效连结，采用间隔性Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔施工方法，即先施工完Ⅰ序孔、Ⅱ序孔，然后再施工Ⅲ序孔；高喷机就位后，先在地面进行试旋和试喷，定好喷射方向，待各项参数达到要求后再下喷射管至孔底，先按规定参数进行原位喷射，待浆液返出孔口、情况正常后方可开始提升喷射；喷射界线为下至基岩0.5m以下；在碎石土层中容易出现塌孔现象致使高喷管下不到预定深度，这时，移开高喷机，用钻机进行扫孔，用浓粘土浆或直接倒入粘土进行护壁，然后才能进行高喷操作；喷射过程中，出现故障而停喷时，待故障排除后，将喷管下至停喷前深度0.2m以下重新喷射，确保板墙连接良好；部分碎石土层孔段出现漏浆而无冒浆时，就停止提升，并加大水泥浆液浓度，直至孔口有冒浆后才开始重新提升。当发生邻孔串浆时，将串浆孔堵死，灌浆孔依照正常施喷要求进行；单孔喷灌结束后，采用0.7∶1的纯水泥浆进行回填补灌，反复进行，直至浆面不再下沉为止；在喷灌过程中，随时监测进浆比重，回浆比重、流量，水、气、浆的压力和流量，旋喷角度，提升速度等施工参数，并详细记录。

3.7高压旋喷灌浆效果检查

高压旋喷灌浆凝固14d后，可在钻孔位置进行注水试验，也可在局部可挖开检查；要求板墙喷射均匀，连接牢固，碎石土层旋角形成墙体厚度30cm以上，双面有效喷嘴喷射长度为灌浆孔距75%以上，墙体强度大于5.0MPa，墙体渗透系数小于1×10-6cm/s。

4．高压旋喷灌浆在该水库除险加固工程建设中的主要优点及缺点

玉环县双庙水库副坝高压旋喷灌浆总投资为45万元，其主要优点是具有造价低，工期短，防渗施工质量有保证，完全能够解决水库中存在问题。其主要缺点是由于在该水库除险加固工程高压旋喷灌浆工程量相对较少，能进行高压旋喷灌浆施工单位较少，施工单位选择面较窄，当地施工单位一般都不能进行施工，工程场地距离施工单位较远，施工单位高压旋喷灌浆设备进出场费用较高。

5．结束语

在水库除险加固工程高压旋喷灌浆施工中，由于此类工程属于地下隐蔽工程，对施工过程要求设计和监理全程参与，施工参数必须严格控制才能保证施工质量，钻孔垂直度和孔位误差已应该要小。只有解决该水库存现在的渗漏问题，才能够保证水库能够正常蓄水运行，以便取得良好的社会与经济效益。