韋蘭旭

（廣西中水工程檢測(cè)有限公司，廣西 欽州 535000）

土石壩是世界壩工建設(shè)中應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的一種壩型，我國(guó)多數(shù)土石壩由建國(guó)后各時(shí)期興建而成，受當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)及施工水平所限，不少工程對(duì)壩基防滲處理措施不足，造成較嚴(yán)重的壩基滲漏問(wèn)題，既影響工程的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，又易引發(fā)安全事故。因此，對(duì)病險(xiǎn)土石壩尤其是滲漏嚴(yán)重的土石壩進(jìn)行防滲加固尤為迫切。高壓噴射灌漿可由鉆機(jī)鉆孔至需處理的薄弱部位，通過(guò)高壓射流的沖擊攪拌，水泥漿在噴射范圍內(nèi)與地層土石顆粒摻混攪合后形成防滲墻，對(duì)壩體的原結(jié)構(gòu)影響較小，施工簡(jiǎn)單，且工程造價(jià)相對(duì)較低，對(duì)病險(xiǎn)壩防滲加固優(yōu)越明顯。現(xiàn)結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就高壓噴射灌漿技術(shù)在土石壩防滲加固中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 土石壩破壞原因分析

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大壩由滲流而引起的破壞事故率約占31.7%。因水文、地質(zhì)等資料的缺乏，土石壩漫壩沖垮者最多，占 51.5%；其次為大壩滲漏導(dǎo)致的垮壩，約占 29.1%，以上數(shù)據(jù)說(shuō)明，因滲漏而造成的潰壩問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重。一般而言，土石壩的破壞機(jī)理可歸納為三方面：①因壩高不足，發(fā)生洪水漫頂破壞；②因壩內(nèi)有縫隙、洞穴、引排水管道等，發(fā)生滲漏破壞；③因壩坡坡度較陡、水流風(fēng)浪沖擊、地震等，發(fā)生滑坡破壞。雖然滲漏破壞對(duì)土石壩影響較大，但總體而言滲漏破壞基本是可以預(yù)防和控制的，為最大程度地減少大壩因滲漏而發(fā)生破壞，《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SDJ274－2001）以及有關(guān)強(qiáng)制性條文等有關(guān)規(guī)范規(guī)程對(duì)壩身（主要是施工填筑質(zhì)量）、壩基（如砂礫石壩基、巖石壩基）及壩肩（即壩體與壩基及岸坡的連接形式）等均作了明確要求，并對(duì)工程管理、檢測(cè)等亦提出進(jìn)一步要求，以保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 高壓噴射灌漿技術(shù)作用機(jī)理

高壓噴射注漿法技術(shù)最早始于日本，按噴射介質(zhì)及其管路多少，可分為單管法、二管法及三管法等，其工作的主要原理是：以置入地基的灌漿管上很小的噴嘴中噴射出高壓或超高壓的高速噴流體，利用噴流體的高度集中、力量強(qiáng)大的動(dòng)能沖擊和切割土體，同時(shí)導(dǎo)入具有固化作用的漿液與沖切下來(lái)的土體就地混合。隨著噴嘴的運(yùn)動(dòng)和漿液的凝固，在地基中形成質(zhì)地均勻，連續(xù)密實(shí)的板墻或板樁等固結(jié)體，達(dá)到防滲和加固地基的目的。工程上通常把高壓水和壓縮空氣輸送到直徑 2～3 mm的噴嘴，造成流速為100～200 m/s的射流，切割破壞地層形成縫槽，同時(shí)用 100 N/cm2左右的壓力，把水泥漿由另一鋼管輸送到切割縫的附近充填此縫，并使部分漿液穿透到縫壁地層中，一起形成防水墻。除溝槽摻攪形成凝結(jié)體外，漿液向溝槽兩側(cè)土水氣射流切割縫槽體孔隙滲透形成凝結(jié)過(guò)渡層，也有較強(qiáng)的防滲性。滲透凝結(jié)層的強(qiáng)度依土體級(jí)配及滲透性的不同而異。

3 在土石壩防滲加固中的應(yīng)用

3.1 工程實(shí)例

某土石壩水庫(kù)，壩基上部由重粉質(zhì)壤土及粉質(zhì)黏土組成，中部為砂卵石層和礫質(zhì)粗砂，屬?gòu)?qiáng)透水層，下部為第三紀(jì)黏土巖或石英砂巖。因壩基中部透水性強(qiáng)，導(dǎo)致庫(kù)水沿中部強(qiáng)透水層向外滲漏，并與壩基階地的天然地下水匯合，形成壩基承壓水。由于運(yùn)行多年老化嚴(yán)重，原有降壓井效果不能滿足要求，個(gè)別壩段承壓水位高于地面，經(jīng)研究，擬定采用高壓噴射灌漿技術(shù)對(duì)問(wèn)題較嚴(yán)重的壩段進(jìn)行防滲加固，截?cái)酀B流，以確保該壩段安全。

3.2 高壓噴射灌漿施工要點(diǎn)

順河壩550 m壩段共布孔393個(gè)，分5個(gè)單元進(jìn)行施工。并在施工前準(zhǔn)備好鉆機(jī)、超高壓灌漿泵、空壓機(jī)、注漿管、噴嘴、流量計(jì)、輸漿機(jī)、制漿機(jī)等施工設(shè)備，具體施工要點(diǎn)如下：

3.2.1 造孔

造孔前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，挖好排漿溝，鉆機(jī)定位準(zhǔn)確，保持鉆桿垂直；用地質(zhì)鉆機(jī)造孔，鉆孔孔斜率不得大于規(guī)范要求（1.5%），泥漿固壁，孔位偏差小于5 cm，當(dāng)孔深達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，提取巖芯，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可終孔。終孔后要進(jìn)行測(cè)斜驗(yàn)收，合格后才能搬遷孔位。

3.2.2 制漿

采用高速攪拌機(jī)制備漿液，攪拌時(shí)間不小于30 s；制漿材料采用質(zhì)量或體積計(jì)量法稱量，其誤差小于 5%；為保證漿液濃度符合設(shè)計(jì)值，對(duì)漿液密度進(jìn)行定時(shí)檢測(cè)，要求無(wú)顆粒、均勻穩(wěn)定、流動(dòng)性好；漿液過(guò)篩后使用，從制備至用完的時(shí)間不超過(guò)4 h。

3.2.3 灌漿

灌漿中要注意：①控制提升速度。土層中提升速度可稍快，砂卵（礫）石層中應(yīng)放慢，塊石較集中或含有較大塊石的地層應(yīng)更慢。后序孔提升速度可稍快，先序孔相對(duì)慢些。若發(fā)現(xiàn)返漿量減少，應(yīng)放慢提升速度。②控制進(jìn)漿量。為保證進(jìn)漿量，必須嚴(yán)格控制進(jìn)水量。③事故停噴。高噴灌漿施工應(yīng)連續(xù)作業(yè)，一次成型。噴射過(guò)程中因發(fā)生事故停噴時(shí)間超過(guò)1～2 h，應(yīng)做特殊處理后繼續(xù)噴灌，恢復(fù)噴射時(shí)要從停噴深度以下0.5 m開(kāi)始提升噴射。④終孔回灌。采用置換出的棄漿在終孔l h后進(jìn)行回灌，以節(jié)約水泥用量。

3.3 施工注意事項(xiàng)

3.3.1 孔斜問(wèn)題

孔斜對(duì)高噴成墻的連續(xù)性影響很大，是成墻的關(guān)鍵因素。若孔斜超過(guò)一定限度，易造成搭接錯(cuò)位或搭接不上。因此施工鉆孔前要做好準(zhǔn)備工作，確保鉆機(jī)安裝平穩(wěn)牢固，鉆機(jī)底座使用長(zhǎng)方木鋪設(shè)，并用水平儀找平。同時(shí)，對(duì)主動(dòng)鉆桿進(jìn)行垂直度檢測(cè)，確保鉆桿處于順直狀態(tài)，開(kāi)孔鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)輕壓慢鉆，以保證鉆孔垂直。鉆至一定深度后改用長(zhǎng)鉆具（一般大于5 m）鉆進(jìn)。此外，在鉆進(jìn)過(guò)程中要全程檢測(cè)垂直度，以及時(shí)校正孔斜。

3.3.2 泥漿漏失

導(dǎo)致泥漿漏失的原因與地層情況有關(guān)，泥漿漏失若處理不及時(shí)或處理方法不當(dāng)，不但嚴(yán)重影響鉆孔進(jìn)度，而且影響噴孔質(zhì)量。出現(xiàn)泥漿漏失后，需要根據(jù)漏失量來(lái)決定其對(duì)應(yīng)的解決措施：若漏失量較小，應(yīng)繼續(xù)噴射泥漿，讓其“吃飽”，從而減少噴漿時(shí)的水泥漏失量；若漏失量較大，需封堵漏漿處，一般方法是將砂、黏土和少量的水泥壓入孔內(nèi)漏漿處。

3.3.3 漏漿

漏漿或孔口不冒漿可能是地層中空隙較大，可采取以下措施：在漿液中摻入適量的速凝劑，從而縮短固結(jié)時(shí)間，保證漿液在相對(duì)較小的范圍內(nèi)凝固，以避免漿液大量流向空隙處。同時(shí)，在空隙地段增大注漿量，當(dāng)空隙不大時(shí)，可較快地填滿空隙，再繼續(xù)正常噴漿施工。

3.3.4 冒漿量過(guò)大

導(dǎo)致冒漿量過(guò)大的原因主要有：一是有效噴射范圍與注漿量不匹配，二是管路故障。工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，若冒漿量超過(guò)進(jìn)漿量的 1/5時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重影響成墻質(zhì)量，因此要盡早處理冒漿問(wèn)題。施工過(guò)程中出現(xiàn)冒漿量過(guò)大時(shí)，首先要檢查噴漿管各接頭是否密封良好或接頭處是否存在損傷，若沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可采取以下措施以減少冒漿量：①適當(dāng)提高噴射壓力；②適當(dāng)縮小噴嘴孔徑；③適當(dāng)加快提升和旋轉(zhuǎn)速度。

該水庫(kù)經(jīng)高壓噴射灌漿技術(shù)處理后，在水庫(kù)庫(kù)容達(dá)到規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)時(shí)檢查滲漏情況，較之施工前有了明顯改善，整體防滲效果達(dá)到預(yù)期目的，這充分說(shuō)明了采用高壓噴射灌漿技術(shù)是科學(xué)合理的。但同時(shí)我們?nèi)孕枳⒁獾氖?，近年?lái)高壓噴射灌漿技術(shù)雖發(fā)展較快，且優(yōu)勢(shì)明顯，但在一些水利工程中會(huì)偶發(fā)工程事故，究其原因是由于工程技術(shù)人員及主管工程的決策人員對(duì)該技術(shù)各個(gè)工法及適應(yīng)條件不甚了解所致，因此高壓噴射灌漿工程的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)由具有高噴專業(yè)知識(shí)和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人員實(shí)施，以確保工程質(zhì)優(yōu)、安全。

[1]王明森.高壓噴射灌漿防滲加固技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.