高壓噴射灌漿在土壩壩基防滲工程中的應(yīng)用

曾 斌

（清遠(yuǎn)市水利水電勘測設(shè)計院有限公司，廣東清遠(yuǎn) 511518）

高壓噴射灌漿是利用鉆機將帶有特殊噴嘴的注漿管鉆進至土層的預(yù)定深度，用高壓噴射流強力沖擊破壞土體，噴出水泥漿與土體破壞后分離的土粒攪拌混合，經(jīng)過凝結(jié)固化后，在土中形成直徑均勻的圓柱體，也可以根據(jù)工程需要使之固結(jié)成其他各種形狀。一般適用于淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉土、砂土、礫石、卵（碎）石等松散透水地基或填筑體內(nèi)的防滲工程。

1 工程概況

某中型水庫大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高17.63 m，壩頂寬6.0 m，壩頂長286.0 m，該土壩是20世紀(jì)60年代填筑的，當(dāng)時施工時清基不徹底，現(xiàn)在壩基滲漏較嚴(yán)重。對其進行工程地質(zhì)勘察后，發(fā)現(xiàn)其壩基普遍存在第四系沖積中粗砂、粉土質(zhì)砂、細(xì)礫，該層滲透性較大，為中等透水～強透水性，壩基滲漏量較大?，F(xiàn)沿壩軸線布置一排高壓擺噴灌漿孔，高壓擺噴灌漿主要在壩基沖積層、殘積層及下伏全風(fēng)化花崗巖層中進行，總孔數(shù)349個，終孔距1.5 m，采用三管法施工。

2 壩基工程地質(zhì)條件

2.1 第四系沖積土（Qal）

見于土壩中間河床中間的鉆孔，該層主要為粗砂、細(xì)礫，局部夾0.8～1.1 m厚的淤泥質(zhì)黏土。

2.1.1 粉土、黏土及淤泥質(zhì)黏土

層厚約0.8～3.5 m，灰黃色、可塑，黏性較強。注水試驗測得的滲透系數(shù)為3.48×10-4～6.18×10-4cm/s，平均值為4.83 ×10-4cm/s。

2.1.2 粗砂、細(xì)礫

該層主要分布在河床位置，層厚約2.3～4.7 m，灰黃色，飽和，稍密。該層取擾動砂礫樣9組，其中細(xì)礫2組，粗砂7組，注水試驗測得的滲透系數(shù)分別為1.07×10-2cm/s、7.27×10-2cm/s，9組平均分別為4.07×10-2cm/s。

2.2 第四系殘積土（Qel）

左、右壩段人工填土層以下及中間壩段沖積層以下一般為殘積土層，層厚為3.0～8.0 m，局部未揭穿該層底板。該層為黃色粉土、粉土質(zhì)砂，可塑至硬塑，黏性一般。注水試驗滲透系數(shù)為2.94×10-5～4.66×10-3cm/s，16段平均為8.53×10-4，大值平均值為2.41×10-3cm/s，小值平均值7.8 ×10-5cm/s。

2.3 基巖：燕山期第三期黑云母花崗巖（）

全風(fēng)化花崗巖：見于壩中及右壩段地質(zhì)鉆孔。殘積層或沖積土層以下為全風(fēng)化花崗巖?；尹S色，半巖半土狀，除石英外，其余的礦物已風(fēng)化為黏土，較密實，硬塑。錘擊鉆進較慢。注水試驗滲透系數(shù)為1.33×10-5～8.58×10-4cm/s，5段平均為4.08×10-4cm/s。

其下為強風(fēng)化～弱風(fēng)化花崗巖。

3 高噴灌漿現(xiàn)場試驗

為保證高壓噴射灌漿施工順利進行，確保施工質(zhì)量，同時為檢查高噴灌漿工藝參數(shù)設(shè)計的合理性、成墻的可靠性，在施工開始前，在地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段（原河床部位），用選定的配合比進行高壓噴射灌漿工藝試驗。通過試驗確定樁距和孔深以及確定漿液性能、噴射流量、壓力、擺噴的噴射流量、壓力、擺速和提升速度、每米水泥用量（分為黏性土、中粗砂、園礫等地層）等工藝參數(shù)?，F(xiàn)場試驗采用正方形圍井布置，施工完成7 d后，對圍井進行注水試驗，測出圍井的滲透系數(shù)，與灌漿前的注水試驗成果進行對比，根據(jù)實際情況調(diào)整設(shè)計參數(shù)。

4 高噴灌漿施工

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

4.2 鉆孔

鉆孔孔距1.5 m，孔位偏差＜5 cm，鉆孔偏斜率＜0.5%，鉆孔孔徑大于噴射管外徑20 mm以上。選取總孔深5%的高噴孔作為先導(dǎo)孔，采取芯樣，核對地層，描繪地質(zhì)柱狀圖，間距為30 m左右?？咨钸M入全風(fēng)化花崗巖層以下2～3 m，上限在原壩基位置上移1 m。

4.3 高噴灌漿施工

高壓擺噴灌漿分兩序施工，首先施工一序孔，然后施工二序孔。兩序孔高噴間隔時間＞7 d。當(dāng)?shù)貙又兴魉俣冗^大時，先進行堵水處理，而后再進行高噴灌漿。施工在水庫低水位時進行。

4.4 施工參數(shù)

本工程采用三管法高壓擺噴灌漿，防滲墻采用擺噴對接形式，對接擺角 60°，設(shè)計孔距1.5 m，成墻的有效厚度≥20 cm，最小墻厚≥12 cm，墻體滲透系數(shù)k≤i×10-6cm/s（1≤i≤9），壩基砂礫石段墻體滲透系數(shù)k≤i×10-5cm/s（1≤i≤9）。

高噴灌漿漿液為純水泥漿，采用普通硅酸鹽水泥拌制。水泥漿液的水灰比采用1∶1（重量比）。高壓擺噴三管法施工，采用擺噴對接方式，噴管選用雙噴嘴，噴嘴直徑1.8～3.0 mm。高壓水壓力32～38 MPa，水流量70～80 L/min;空氣壓力0.6～0.7 MPa，空氣流量1.0～1.2 m3/min;水泥漿壓力0.6～1.0 MPa，水泥漿流量60～80 L/min，水泥漿密度1.5～1.7 g/cm3，噴嘴數(shù)量 2個，直徑 6～12 mm，回漿密度＞1.2 g/cm3。提升速度10～15 cm/min，河床砂礫石層段的提升速度10 cm/min;擺噴角度60°（沿軸線左右各擺動30°）。

4.5 施工技術(shù)要求

4.5.1 布孔與造孔

利用水準(zhǔn)儀、鋼尺丈量，放線定位，調(diào)整鉆桿垂直度，校正鉆頭與孔位的偏差。泥漿護壁成孔，為保證成孔質(zhì)量和孔壁穩(wěn)定，適當(dāng)調(diào)整泥漿漿液，控制濃度和黏度，防止縮徑和坍孔。對遇到地下有砂性土或壤土層，出現(xiàn)坍孔時，加大泥漿回填，填滿后繼續(xù)造孔。

4.5.2 制漿

水泥采用普通硅酸鹽水泥，制漿采用兩級攪拌，一級攪拌12 min后經(jīng)過濾放入二級攪拌機，邊攪拌邊灌漿。制漿時嚴(yán)格控制水灰比1∶1，漿液比重為1.6～1.7 g/cm3，經(jīng)常用比重計法檢測漿液濃度，保證漿液濃度、無顆粒、均勻穩(wěn)定、流動性好。

4.5.3 高噴灌漿

高噴灌漿前，先在地面進行試噴試驗，檢查機械及管路運行情況，并調(diào)整好噴射方向和擺動角度，檢查水氣嘴是否暢通，壓力能否滿足設(shè)計要求，否則須重新調(diào)試設(shè)備或更換水嘴、氣嘴，直到壓力滿足設(shè)計要求。然后，可將噴桿緩慢下到孔底，下入或拆卸噴射管時，采取措施防止噴嘴堵塞。當(dāng)噴頭下至設(shè)計深度，先按規(guī)定參數(shù)進行原位噴射，待漿液返出孔口、情況正常后方可開始提升噴射。噴射時采用間歇提升法，每提升30 cm，停5 min。在供漿正常情況下，孔口回漿濃度變小且不能滿足設(shè)計要求時，加大進漿濃度或進漿量。高噴灌漿全孔自下而上連續(xù)作業(yè)。需要中途拆卸噴射管時，搭接段進行復(fù)噴，復(fù)噴長度不得＜0.2 m。高噴灌漿過程中，出現(xiàn)壓力突降或驟增、孔口回漿密度或回漿量異常等情況時，必須查明原因，及時處理。對于孔內(nèi)嚴(yán)重漏漿，采用降低噴射管提升速度或停止提升、進行原地灌漿，加大漿液濃度。在進漿正常的情況下，若孔口回漿密度變小、回漿量增大，降低氣壓并加大進漿漿液密度或進漿量。灌漿過程中發(fā)生串漿時，采取填堵被串孔，待灌漿孔高噴灌漿結(jié)束后，立即進行被串孔的掃孔，進行高噴灌漿，或繼續(xù)鉆進。灌漿過程中采取必要的措施保證孔內(nèi)漿液上返暢通，避免造成地層劈裂或地面抬動。高噴灌漿因故中斷后恢復(fù)施工時，繼續(xù)復(fù)噴，其長度≥0.5 m。灌漿施工中如實記錄高噴灌漿的各項參數(shù)、漿液材料用量、異常現(xiàn)象及處理情況等。

4.5.4 回填封孔及清洗管路

高噴灌漿至設(shè)計頂部高程后，噴頭提出孔口，繼續(xù)向孔內(nèi)注入水泥漿，保證孔內(nèi)漿面高度，保持孔內(nèi)漿柱壓力，隨沉隨補，直到孔口漿液不再下沉為止。當(dāng)局部滲漏較大的地段，可采取復(fù)噴措施。每孔噴灌完畢后或因停電等原因停工時，都要及時清洗管路，特別是對漿液系統(tǒng)的清洗，保證無殘留的水泥漿堵塞管路。

4.6 施工中注意的問題

1）對局部土層有孔隙不冒漿的處理方法為：①停止提升，漿液正常送入，擺噴正常進行;②若3～5 s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;③當(dāng)灌砂無效時，采取提升2～10 cm即停止，在該處噴射2～3 s，繼續(xù)提升2～10 cm，以此周而復(fù)始直至孔口冒漿;④可在漿液中摻入適當(dāng)?shù)乃倌齽?，加快與土層顆粒固結(jié)，在空隙大的地層，也可注入大量漿液，填滿后再提升擺噴。

2）壩坡輕微漏漿處理，其原因是存在裂縫或鼠洞等，與灌漿孔直接連通，筑壩時施工接頭處碾壓不實或有裂隙連通、未壓實、有散水平土層，在灌漿壓力作用下，漿液集中穿透土體冒漿，在壩內(nèi)側(cè)坡漏漿，可做阻漿蓋解決，也可在漏漿出口處壓砂做反濾層，使其清水滲出，從而封堵漏漿。并采用濃漿灌-停-灌的間歇性灌漿處理。或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。

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

4）高壓設(shè)備及管路系統(tǒng)，其壓力和流量必須滿足設(shè)計要求。

5）高壓擺噴時先噴漿后擺噴和提升。在擺噴過程中保持連續(xù)性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)漿液噴射不足可重復(fù)噴射。

5 工程質(zhì)量檢查

施工完成后，分別進行了鉆孔抽芯檢查及圍井注水試驗。

5.1 鉆孔抽芯檢查

在兩樁孔中間成墻搭接厚度最大的地方進行了鉆孔抽芯取樣檢查，從取芯情況來看，壩基粉土、黏土、粉土質(zhì)砂、中粗砂、細(xì)礫段抽芯芯樣較完整，水泥膠結(jié)較好，芯樣抗壓強度一般在12 MPa以上。

5.2 圍井注水試驗

根據(jù)規(guī)范要求，在高噴防滲墻一側(cè)隨機布置圍井，在圍井中間鉆孔進行注水試驗，測得注水試驗滲透系數(shù)在5.7×10-7～2.6×10-6cm/s，達(dá)到設(shè)計要求。

從水庫水位達(dá)到正常蓄水位后的滲漏檢查情況來看，壩后的滲漏情況較施工前有很明顯改善，整體防滲效果達(dá)到預(yù)期目的。

6 結(jié)束語

高噴灌漿具有施工速度快、固結(jié)體強度大，且耐久性較好等優(yōu)點。為確保高噴防滲墻施工質(zhì)量，必須根據(jù)不同土層，合理確定高噴施工參數(shù)，針對性的采用不同的施工工藝，才能保證高噴施工質(zhì)量，使墻體均勻，連續(xù)性好，連接可靠。對于特殊地層，特別是砂卵石、孤石，提升速度、進漿量及比重等主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗情況而確定。

[1]白永年，等.中國堤壩防滲加固新技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[2]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T5200-2004水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2005.

[3]劉川順.水利工程地基處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2004.