论高压摆喷灌浆技术在清河水库土坝防渗工程中的应用

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作者：吕福财　朱建华　于幸成

论文关键词：高压摆喷灌浆；施工工艺；水库；坝体防渗；问题处理

论文摘要：结合穆棱市清河水库除险加固工程高压摆喷灌浆实例，探讨高压摆喷灌浆技术应用和施工过程中可能遇到的情况及处理方法。

1 工程概况

清河水库位于穆棱市八面通镇清河村南1km处的清河流域中上游，距八面通镇6km。总库容305.5万m3，是一座以防洪、灌溉为主的小（ⅰ）型水库，设计标准为50年一遇洪水，校核标准为500年一遇洪水，灌溉设计保证率为75%。清河水库主体工程包括大坝、溢洪道和放水洞。大坝为混合土坝，坝长310m，溢洪道为开敞式侧堰，堰长37m，放水洞为坝下埋管式砼箱涵，洞长42m。

清河水库始建于1958年期间，由群众队伍进行施工，工程质量相对较差，虽然经过几次维修改造，但仍存在坝体、坝基渗漏严重等诸多问题，被鉴定为三类坝。清河水库除险加固工程于2008年3月1日开工建设，对土坝渗漏采用高压摆喷灌浆技术进行处理，通过试验检测，土坝渗透指标由施工前的10-3cm/s提高到10-6cm/s，防渗效果良好。

2 高压摆喷灌浆技术要点

2.1 技术原理。高压摆喷灌浆技术是采用三管法，喷射介质为水、水泥基质浆液和压缩空气，使喷射管做一定角度的摆动和提升运动，利用高压水形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成扇形断面板墙状的凝结体，以提高坝体防渗能力的施工技术。

2.2施工工序和设备。高压摆喷灌浆施工工序为：布孔、钻孔、制浆、高压灌浆、静压回灌。主要施工设备有：钻机、高喷台车、制浆机、高压水泵、空压机、灌浆泵。

2.3 布孔与钻孔。布孔分三个阶段。第一阶段布先导孔，沿坝体灌浆轴线方向每30米左右布置一个先导孔，利用先导孔采取芯样，可摸清各坝段坝体土质类别、地层变化、漏浆程度、基岩深度等情况。第二阶段布试验孔，根据工程地质报告和先导孔钻孔情况在大坝一端按设计孔距布置试验孔，进行现场试验确定合适的孔距和灌浆参数。第三阶段布灌浆孔，按现场试验确定的孔距沿防渗墙轴线布灌浆孔，先导孔可作为灌浆孔之一。钻孔可采用任意一种钻进方式。

清河水库布置了9个先导孔，9个试验孔，共210个灌浆孔（含先导孔和试验孔），采用回转钻进并泥浆护壁。钻孔孔距为1.5m，孔径为130mm，设计深度为进入基岩以下1m，实际孔深超出设计深度0.3mm.。

2.4制浆。高压摆喷灌浆浆液为水泥浆。使用水泥为32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为1.2：1～0.8：1，浆液密度为1.55g/cm3～1.7g/cm3。水泥浆采用二级搅拌，二级过滤。一级搅拌时间不少于90s，经过滤后进入二级搅拌机，边搅拌边过滤边使用，过滤筛网眼尺寸为2mm。

2.5高压灌浆。高压摆喷灌浆在钻孔施工完成并检验合格后进行，采用二序施工，先喷ⅰ序孔，后喷ⅱ序孔。注浆前先进行地面试喷，检查机械及管路情况，如水、气、浆是否畅通，各种参数是否满足设计要求，并调准喷射方向和摆动角度。一切正常后，垂直下入喷管至设计深度，先送水泥浆液，后送水和气，按规定参数进行原位喷射，待孔口返出浆液密度达到1.2 g/cm3后再按设计的提升速度由下至上进行连续摆喷作业，如果中途因故中断后恢复施工时，应对中断孔段进行复喷，复喷搭接长度不小于0.5 m。灌浆施工的各种技术参数见表1。

2.6静压回灌。当喷杆提升至距地面40cm高度时，先停止水和气，再停水泥浆，由于孔内浆液会发生析水、沉淀和凝固收缩，高喷墙体的顶部会产生凹穴，需用水泥浆及时进行静压回灌填补。静压回灌要间断进行，直至填筑到孔口，浆液不再下沉时为止。每孔完成高喷灌浆后，要对水泥浆管道系统进行冲洗，防止管道堵塞。

3 施工记录

在高喷灌浆施工中必须每天做好施工记录，记录中按造孔和灌浆分别记录，记录主要内容如下：一、造孔记录：造孔记录内容包括孔号、序号、桩号、钻孔时间（包括开钻时间和完成时间）、钻孔深度、基岩深度、地质分层描述以及钻孔过程中出现的问题等项内容；二、高喷灌浆记录：包括孔号、序号、桩号、灌浆时间、提升速度、旋转速度、摆动角度、水、气、浆的压力和流量、浆液密度、孔口返浆情况以及出现特殊情况的处理等内容。

4 施工殊情况的处理

高喷灌浆施工中，在钻孔和灌浆过程会出现塌孔、漏浆、冒浆、串孔等问题引起压力突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常等情况，此时，必须查明原因，及时进行处理。清河水库在高压摆喷灌浆中，以上情况都有不同程度发生，经过及时恰当的处理，确保了施工进度和质量。

4.1塌孔。塌孔是在成孔后，由于在钻孔部位的地层中含砂或砾石较多时，会出现坍塌、脱落，导至灌浆时喷射管无法下到设计深度。

解决方法：可采取加大泥浆浓度或在泥浆中加入火碱、膨润土护壁，必要时可采用套管护壁法钻进。

4.2漏浆。漏浆是由于地层中存在砂、砂砾石或通道，主要表现在钻孔或灌浆时孔口不返浆或返浆量降低。

解决方法：钻孔时可采取加大泥浆浓度、泥浆中掺加细砂或向孔内填充水玻璃等堵漏材料。灌浆时发生漏浆可采取停止喷杆提升或降低提升速度、降低喷射压力和流量、在浆液中掺入速凝剂、加大浆液密度、灌注水泥砂浆或水泥黏土浆等措施。不论是在钻孔还是灌浆过程中，必需待孔口返浆正常后才能正常提升钻杆或喷杆。

4.3冒浆。冒浆是指在灌浆过程中浆液在坝坡、地面或库区底部流出或喷出。

解决方法：可采取在冒浆点加覆盖、降低灌浆压力、间断灌浆等措施。

4.4串孔。串孔是指在某一孔口正常灌浆时，浆液从相临孔口返出，说明钻孔在地下有通道相通。

解决方法：可将串孔孔口开挖清理后封闭并压重、降低灌浆压力等措施。灌浆孔结束后，应尽快对串浆孔进行复钻至设计高程。

5 高压摆喷墙质量检查

在高压摆喷灌浆施工过程中，应对水泥、浆液和各道工序的质量严格进行控制和检查，灌浆结束后，可采用大开挖检查法、钻孔取芯检查法、围井试验检查法等方法对防渗墙体进行质量检查和综合质量评定。

5.1大开挖检查法。沿摆喷墙体两侧或一侧进行开挖，挖深一般2～2.5m。用肉眼直观检查ⅰ序、ⅱ序孔喷射距离、衔接情况，在不同部位横向打孔取芯检查墙体厚度、强度等项指标。清河水库共开挖了5段27 m对高压摆喷墙进行检查。

5.2钻孔取芯检查法。高压摆喷墙完成14天后，可在墙体上布置钻孔取芯。检查孔孔位布置在墙体中心线上的相邻两孔高压摆喷墙体的搭接处，自上而下分段钻孔、取芯和进行静水头压水试验。每个单元工程可布置1个检查孔。清河水库按单元工程划分共布置5个检查孔，共取38个芯样。

5.3围井试验检查法。围井检查需在高压摆喷墙完成7天后进行，围井宜布置在地层复杂、漏浆严重或可能存在质量缺陷等部位，以高压摆喷墙为一侧井壁，进行布孔和灌浆形成井型封闭式墙体，并对井底进行封闭，在围井内钻孔进行注水或抽水试验。围井各面墙体轴线围成的平面面积，砂土、粉土层中不小于3m2，砾石、卵石层中不小于4.5m2。清河水库共布置了2个围井，检测结果高压摆喷墙体渗透系数k=1.48×10-6cm/s，小于设计渗透系数值(k)=i×10-5cm/s(i=1~9)，质量满足设计要求。

6 结束语

高压摆喷灌浆技术在穆棱市清河水库除险加固工程中得到了很好的应用，它具有工程造价适中、防渗效果良好、施工条件要求低等优点，随着这项技术逐步成熟，必将在更多的防渗工程中推广和使用。

参考文献

[1]《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》，dl/t 5200-2004；

[2]《黑龙江省穆棱市清河水库除险加固工程初步设计》，黑龙江省牡丹江市水利勘测设计研究院。