史天波，陳文斌

(1.貴州中水建設(shè)管理股份有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550002；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院,陜西 楊凌 712100)

高壓擺噴灌漿技術(shù)在壩基防滲加固修復(fù)中的應(yīng)用

史天波1，陳文斌2

(1.貴州中水建設(shè)管理股份有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550002；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院,陜西 楊凌 712100)

為解決七里坡水庫(kù)大壩壩基滲漏問題，結(jié)合安全鑒定成果和高壓噴射灌漿技術(shù)優(yōu)勢(shì)，選取在大壩上游壩坡增設(shè)垂直防滲體的加固修復(fù)處理方案.采用擺噴灌漿技術(shù)，對(duì)壩體和壩基粉砂層、河流沖積層及強(qiáng)風(fēng)化基巖進(jìn)行高壓水泥漿液灌注，硬化后形成固結(jié)體實(shí)現(xiàn)對(duì)滲漏通道的有效堵截.經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開挖檢查、圍井注水試驗(yàn)、室內(nèi)檢測(cè)和滲流監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明：防滲墻體整體連續(xù)性和密實(shí)度均較好，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，壩基滲漏得到有效處理.

水庫(kù)；高噴灌漿；滲透系數(shù)；防滲墻

從20世紀(jì)80年代開始，由于高壓噴射灌漿技術(shù)具有防滲地層適用范圍廣、施工便捷、固結(jié)體形狀可控和材料廣闊和性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)水利水電基礎(chǔ)防滲工程領(lǐng)域，高壓噴射灌漿技術(shù)就得到廣泛推廣與應(yīng)用，并取得較好防滲、加固與修復(fù)效果.為規(guī)范施工技術(shù)和確保施工質(zhì)量，國(guó)家發(fā)改委于2004年頒布實(shí)施了《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5200—2004)，有效指導(dǎo)高噴灌漿向地基加固以外水工建筑物工程領(lǐng)域發(fā)展，不僅可以用在松軟地層的壩基壩肩防滲、壩體截潛流和臨時(shí)圍堰等新建工程中，同時(shí)還可以作為主要加固修復(fù)工程措施用于已建工程壩體結(jié)構(gòu)裂縫滲流、漏洞及安全隱患等防滲處理和深基坑或大壩止水帷幕.通過合理控制措施和工藝參數(shù)調(diào)整，高噴灌漿技術(shù)可以適用于任何松散地層.另外，高壓噴射灌漿技術(shù)無需地層開挖、對(duì)施工場(chǎng)地要求不高、可灌性和可控性好等優(yōu)點(diǎn)；對(duì)于50 m以內(nèi)施工深度，其工藝參數(shù)較為成熟，通過定、旋、擺等灌漿工藝，固結(jié)形成防滲所需形式防滲凝結(jié)體，同時(shí)其施工深度最高可到90 m.可以有效克服很多防滲技術(shù)不能達(dá)到基巖相對(duì)不透水層的不足.水庫(kù)除險(xiǎn)加固防滲修復(fù)工程中，結(jié)合工程特性合理選用高噴灌漿防滲技術(shù)，可以獲得較大地層適應(yīng)性和工程施工造價(jià)經(jīng)濟(jì)性，確保防滲工程高效、優(yōu)質(zhì)與節(jié)能經(jīng)濟(jì)的順利進(jìn)行.

1 高壓噴射灌漿施工原理

受當(dāng)時(shí)歷史條件、政治背景、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工技術(shù)等因素的影響，20世紀(jì)50年代末到80年代初，我國(guó)興建了大批以當(dāng)?shù)夭牧咸钪橹鞯耐潦瘔?鑒于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)施工理念和技術(shù)資金水平等限制，專門防滲結(jié)構(gòu)和防滲措施未設(shè)置或設(shè)置不足，加上后期運(yùn)行維護(hù)落實(shí)不到位，許多水庫(kù)大壩出現(xiàn)壩身滲漏、壩基和壩肩接觸帶滲漏等問題，病險(xiǎn)大壩帶病運(yùn)行，嚴(yán)重制約水庫(kù)大壩安全穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益的正常發(fā)揮[1].壩基滲漏已成為中小型水庫(kù)大壩病險(xiǎn)主要問題，同時(shí)也是大壩防滲加固修復(fù)關(guān)鍵部位.對(duì)于土石壩壩基防滲加固修復(fù)處理，常規(guī)混凝土防滲墻和灌漿法，不僅施工工藝復(fù)雜，同時(shí)灌漿壓力難以掌握以及大體量開槽造孔易引起地基應(yīng)力“釋放”而造成壩體結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形，施工難度較大、成本較高，防滲工程節(jié)能經(jīng)濟(jì)性較差.高壓噴射灌漿可以利用鉆機(jī)鉆孔精確達(dá)到需處理薄弱部位，通過高壓噴射漿液切割巖體沖擊攪拌，硬化后形成防滲凝結(jié)體，從而達(dá)到精準(zhǔn)防滲加固目的，且對(duì)壩體結(jié)構(gòu)不會(huì)帶來較大擾動(dòng)，工程造價(jià)也比較低，非常適用于土石壩除險(xiǎn)加固防滲修復(fù).

高壓噴射灌漿技術(shù)(簡(jiǎn)稱高噴灌漿法，Jet Grouting)，是在化學(xué)注漿法基礎(chǔ)上結(jié)合高壓水氣混合射流切割技術(shù)研究發(fā)展起來.以常見“水泥”為主材，水泥砂漿在噴射過程中擴(kuò)散、充填和置換，切割摻攪地層與土石粒均勻混合，硬化后形成一定形狀凝結(jié)體，在壩體內(nèi)構(gòu)筑一道嚴(yán)密堵截滲流的連續(xù)防滲墻[2].高噴灌漿防滲施工系統(tǒng)主要包括：造孔系統(tǒng)、給水(氣)系統(tǒng)、供漿系統(tǒng)、提升系統(tǒng)和孔口噴射系統(tǒng)等共同組成.高壓噴射灌漿防滲工藝設(shè)備組成(見圖1).

圖1 高噴灌漿系統(tǒng)組成

高噴灌漿進(jìn)行設(shè)備組裝后，其主要施工工序?yàn)椋恒@孔布置→鉆孔→下噴射管→制漿(供水、供氣)→噴射→擺動(dòng)提升→固結(jié)成墻→回灌→沖洗→充填封孔.高噴灌漿只需在存在滲漏裂縫的部位，鉆一個(gè)孔徑約50～300 mm的小孔，便可以在土體內(nèi)部噴射凝結(jié)形成0.4～4.0 m凝結(jié)體.在漿液噴射過程中，可根據(jù)工程實(shí)際合理調(diào)整噴嘴角度、速度和提升速度，合理控制噴嘴大小和增減噴射壓力，確保形成凝結(jié)體與設(shè)計(jì)相匹配.另外，可以通過對(duì)單管、二重管和三重管等噴射過程中的壓力、吸漿量和冒漿量等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，動(dòng)態(tài)了解噴射效果及可能存在缺陷，及時(shí)調(diào)整施工特性參數(shù)或施工工藝，確保噴射灌漿質(zhì)量.

2 大壩除險(xiǎn)加固高壓擺噴防滲應(yīng)用

2.1 工程概況

七里坡水庫(kù)屬于小(1)型已建水庫(kù)，壩址以上集雨面積4.73 km2，河道長(zhǎng)5.12 km，河道比降為48.7‰，總庫(kù)容230.50×104m3，興利庫(kù)容208.50×104m3.水庫(kù)大壩于1976年11月開始動(dòng)工修建，1979年9月主體工程竣工,1980年3月下閘蓄水，是一座以灌溉為主，兼顧防洪和引水發(fā)電的綜合利用水利工程.大壩填筑材料為當(dāng)?shù)厣叭劳粒浴叭斯ぬ籼А碧钪?，壩頂高?36.50 m，最高壩高29.5 m，壩頂長(zhǎng)218 m，壩頂寬8.0 m.水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇設(shè)計(jì)洪水，200年一遇校核洪水.

2.2 大壩安全鑒定及壩基防滲加固

2.2.1 大壩安全鑒定

水庫(kù)蓄水運(yùn)行后不久，大壩存在壩基接觸帶滲漏問題，曾多次出現(xiàn)過管涌和砂沸滲漏現(xiàn)象.雖經(jīng)1995年和2003年兩次灌漿加固修復(fù)處理，但由于未全面進(jìn)行論證分析，防滲效果非常有限，壩基滲漏問題較為明顯.鉆芯取樣分析結(jié)果表明：原高壓噴射灌漿段土體滲漏系數(shù)過大，7.1×10-5cm/s遠(yuǎn)大于規(guī)范≤1.0×10-5cm/s的指標(biāo)要求.另外，施工時(shí)清淤不徹底是導(dǎo)致壩基滲漏的另一個(gè)原因.壩基分布有4～6 m厚的河流沖洪積層，其沖洪積層整體呈中透水性，且壩基以強(qiáng)風(fēng)化基巖為主，強(qiáng)風(fēng)化帶較厚，巖體內(nèi)部裂隙發(fā)育.原壩基設(shè)置的高壓噴射帷幕灌漿，由于其鉆孔深度不夠，未深入基巖不透水層，導(dǎo)致噴射灌漿未能形成連續(xù)密實(shí)防滲墻，未能有效截?cái)嗷鶐r、覆蓋層與壩基間的滲漏通道，導(dǎo)致高水位蓄水運(yùn)行后，滲漏通道不斷擴(kuò)大，滲漏量不斷加大且呈加劇趨勢(shì)[3-4].2013年，大壩進(jìn)行全面安全復(fù)核，鑒定為“三類壩”，壩基滲透比降小于規(guī)范允許值，加上壩基嚴(yán)重滲漏問題，急需采取合理防滲加固修復(fù)工程措施堵截壩基滲流通道，有效提高大壩整體防滲安全穩(wěn)定性.

2.2.2 防滲加固修復(fù)方案

根據(jù)地質(zhì)勘查資料，大壩壩基接觸帶為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，斷層節(jié)理高度發(fā)育且完整性較差.壩基主要以粉砂層和粗砂層為主，在大壩樁號(hào)為0+27.00～0+56.00和0+135.50～0+172.50段，粉砂層平均厚度為2.5 m，粗砂層平均厚度為2.3 m.鑒于大壩壩基滲漏主要是由于壩基清淤不徹底、原噴射灌漿未達(dá)基巖不透水層等引起，結(jié)合壩址區(qū)水文地質(zhì)條件，采用高壓擺噴灌漿進(jìn)行大壩壩基防滲修復(fù)除險(xiǎn)加固.

根據(jù)《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5200—2004)相關(guān)要求，對(duì)于地層地質(zhì)條件較復(fù)雜或深度較大的高壓噴射工程中，應(yīng)根據(jù)工程特性合理選定典型地層段進(jìn)行高噴灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過不同孔距、排距等系數(shù)調(diào)整以獲得較優(yōu)噴射特性參數(shù)組合，從而確保高噴灌漿施工質(zhì)量[5-6].在大壩0+145.50～0+162.50段，按照1.6 m，1.2 m和1.0 m3種孔距布孔進(jìn)行試驗(yàn)，每種孔距布孔5個(gè)，試驗(yàn)深度均為25 m，共設(shè)置15個(gè)，試驗(yàn)段總長(zhǎng)17 m.經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及對(duì)試驗(yàn)區(qū)段防滲墻厚度、抗?jié)B性能等指標(biāo)性能進(jìn)行綜合分析，最終確定高壓擺噴施工特性參數(shù)(見表1).

表1 高壓擺噴施工特性參數(shù)

設(shè)單排高壓擺噴灌漿孔，噴孔間距為1.2 m，嵌入強(qiáng)風(fēng)化花崗巖深度≥3 m，以達(dá)壩基相對(duì)不透水層.按照設(shè)計(jì)要求，間距1.2 m情況下，兩孔中心搭接間距為1.6 m.因此，決定采用三管法(樁徑為1.0～2.0 m)進(jìn)行高壓擺噴射施工.擺噴灌漿孔按照折接形式進(jìn)行布置(見圖2).

圖2 高壓擺噴灌漿孔折接布置示意

在壩基滲漏嚴(yán)重部位，在漿液中摻加環(huán)氧樹脂等水下堵漏外加劑后，再進(jìn)行灌漿.高噴灌漿成墻滲透系數(shù)指標(biāo)為：1×10-6≤K≤9×10-6,并采取合理漏漿、串孔、灌漿中斷等應(yīng)急處理措施，確保灌漿施工進(jìn)度和質(zhì)量.

2.3 擺噴灌漿防滲加固修復(fù)效果分析

防滲加固工程竣工后，開挖直觀檢查噴射效果及墻體斜街情況表明：防滲墻樁間搭接良好，孔位、孔深和入巖深度均達(dá)到規(guī)范要求，板墻對(duì)接完好，成墻最小厚度>50 cm.鉆孔法和圍井法對(duì)壩基防滲墻體進(jìn)行質(zhì)量檢查，按照每個(gè)單元工程布置2個(gè)檢查孔，每5個(gè)單元工程布置1個(gè)注水試驗(yàn)圍井，對(duì)墻體強(qiáng)度和滲透系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)[7-8]，檢測(cè)結(jié)果(見表2).

表2 高壓擺噴灌漿防滲特性指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

從表2表明：高壓擺噴灌漿壩基防滲墻其典型芯樣的抗壓強(qiáng)度為3.25～4.32 MPa，均大于規(guī)范要求的[≥2.5 MPa]要求；滲透系數(shù)檢測(cè)值為0.98×10-6～4.27×10-6cm/s，均小于規(guī)范要求的[≤9×10-6cm/s]指標(biāo)要求.加固后壩體與壩基滲漏得到明顯控制，無明顯滲漏點(diǎn)，防滲加固質(zhì)量滿足規(guī)范要求.尤其是壩基強(qiáng)透水層埋深較淺壩段，滲漏檢測(cè)其滲漏量明顯減少，大壩壩基滲漏問題得到有效處理.

3 結(jié) 論

高壓噴射灌漿技術(shù)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)地采用定噴和擺噴形式，在壩基壩體防滲、結(jié)構(gòu)裂縫防滲加固修復(fù)等工程領(lǐng)域發(fā)揮非常良好的應(yīng)用效果.七里坡水庫(kù)由于大壩填筑土料滲透性大、壩基清淤不徹底、強(qiáng)風(fēng)化基巖內(nèi)部裂隙發(fā)育、河流沖洪積層厚等，導(dǎo)致大壩壩基接觸帶存在嚴(yán)重滲漏問題.結(jié)合水庫(kù)病險(xiǎn)現(xiàn)狀及工程特點(diǎn)，優(yōu)選技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和施工條件等均較優(yōu)越的高壓擺噴灌漿進(jìn)行壩基防滲處理.加固修復(fù)后，大壩滲水險(xiǎn)情得到明顯控制，未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏點(diǎn).經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，防滲墻墻體強(qiáng)度、滲透系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，壩基滲漏得到有效處理，達(dá)到良好的防滲加固修復(fù)效果.

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Application of High-pressure Swing-jet Grouting in Dam Foundation Reinforcement

SHI Tian-bo1, CHEN Wen-bin2

(1.Guizhou Zhongshui Construction Management Co., Ltd., Guiyang 550002, China; 2.College of Water Resource and Architecture Engineering, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China)

Aiming at the seepage of dam foundation in Qilipo Reservoir, combined with the safety appraisal analysis and the advantages of high pressure jet grouting technology, the reinforcement scheme with additional vertical anti-seepage body at dam up-stream has been adopted. Using the swing grouting technology, the dam and dam foundation silt layer, river alluvial layer and strong weathering bedrock has been grouting by high pressure cement slurry, and the leakage passage can be effectively intercepted by the hardened solidified structure. Every index of the seepage control body with good overall continuity and density is proved to meet the requirements of design by excavating checks, water injection experiments, indoor sampling inspections and seepage monitoring. The foundation leakage has been effectively treated with good anti-seepage effect.

reservoir; high-pressure jet grouting; permeability coefficient; impervious wall

TV698.2+3

A

1008-536X(2017)03-0016-04

2016-12-03

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015SXC21P35)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(37809506)

史天波(1967-)，男，貴州貴陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程建設(shè)與管理工作.