葛文輝

（新疆額爾齊斯河流域開(kāi)發(fā)工程建設(shè)管理局頂山管理處二站 新疆 福海 836403）

高壓噴射灌漿是利用鉆機(jī)鑿孔，然后把帶有噴頭的灌漿管下至預(yù)定位置，以高壓設(shè)備把漿液或水成30MPa左右的高壓液流，從噴嘴射出來(lái)，射流沖擊破壞地層土體，當(dāng)能量大、高速、呈脈動(dòng)狀態(tài)的射流的動(dòng)壓超過(guò)土體強(qiáng)度時(shí)，土粒便從土體剝落下來(lái)，一部分細(xì)小土粒隨著漿液冒出地面，其余土粒（或礫石）在噴射流的沖擊力、離心力和重力等作用下，與灌入漿液摻攪混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律的重新排列。漿液凝固后，便在土體中形成一個(gè)凝結(jié)體，其形狀和噴嘴移動(dòng)方向及持續(xù)時(shí)間有密切關(guān)系。按噴射形式一般分為旋轉(zhuǎn)噴射、擺動(dòng)噴射、定向噴射。旋轉(zhuǎn)噴射即噴射時(shí)一邊提升一邊旋轉(zhuǎn)，使凝結(jié)體形成柱狀；擺動(dòng)噴射即一邊提升一邊擺動(dòng)（根據(jù)板墻厚度需要以22°～35°之間擺動(dòng)），使凝固體形成似啞鈴體；定向噴射即噴嘴一邊提升一邊噴射，其方向始終不變，使凝固體形成板狀體。由于噴射形式各有特點(diǎn)，可根據(jù)工程要求和土質(zhì)條件選用。

高壓噴射灌漿技術(shù)以其設(shè)備簡(jiǎn)單、適用廣、工效高、工期短、造價(jià)低、效果好等特點(diǎn)，愈來(lái)愈得到廣泛應(yīng)用。高壓噴射灌漿技術(shù)在加音塔拉水庫(kù)加固工程中的應(yīng)用，解決了副壩嚴(yán)重漏水問(wèn)題，改善了壩體穩(wěn)定狀況，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 加音塔拉水庫(kù)工程概況

加音塔拉水庫(kù)位于和布克賽爾縣和什托洛蓋鎮(zhèn)西北16km處，為和布克河中游攔河水庫(kù)，年調(diào)節(jié)水量3600m3，灌溉面積0.33萬(wàn)hm2，兼有城鎮(zhèn)防洪和供水任務(wù)。水庫(kù)設(shè)計(jì)庫(kù)容1850萬(wàn)m3，興利庫(kù)容1650萬(wàn)m3，死庫(kù)容47萬(wàn)m3。水庫(kù)有主壩、副壩、輸水隧洞、溢洪道四大部分，壩型為粘土斜墻堆石壩，最大壩高22m，閘門(mén)泄水能力為17m3/s，溢洪道最大泄水量38m3/s。

2 水庫(kù)工程存在的問(wèn)題

水庫(kù)工程是在1959年5月開(kāi)工建設(shè)，1962年3月竣工。由于受當(dāng)時(shí)條件限制，建庫(kù)前沒(méi)有做過(guò)任何工程地質(zhì)勘察，在施工過(guò)程中，壩體直接座落在覆蓋層上，施工質(zhì)量很差。副壩土斜墻上料混雜，某些部位斜墻土含砂量達(dá)43%，并有腐殖質(zhì)、黑土、樹(shù)枝、草根、礫石等，干容重為1.44g/cm3～1.6g/cm3，滲透系數(shù)為1.42×10-4cm/s～1.36×10-3cm/s，未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。堆石體壩腳的反濾層只有30cm厚而且未分級(jí)配，起不到反濾作用，極易發(fā)生滲透破壞。斜墻與壩基、壩肩接觸面的滲透穩(wěn)定問(wèn)題很?chē)?yán)重。水庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中多次出現(xiàn)裂縫、沉陷、管涌、漏水、斜墻穿洞等問(wèn)題。曾多次對(duì)發(fā)生問(wèn)題的斜墻部位進(jìn)行開(kāi)挖、翻修，采取了一些防滲堵漏的措施，如壩前做粘土鋪蓋，兩岸山坡做混凝土護(hù)面與斜墻連接等，這些措施對(duì)延長(zhǎng)滲徑、減少漏水量有一定效果，但未從根本上解決水庫(kù)險(xiǎn)情。特別是副壩漏水嚴(yán)重，當(dāng)庫(kù)水位在503m（即蓄水量在170萬(wàn)m3）時(shí)，壩后產(chǎn)生明流3L/s，庫(kù)水位在509m（即蓄水量達(dá)1170萬(wàn)m3）以上時(shí)，漏水量達(dá)186L/s，漏水量隨水位的升高而增加。據(jù)資料記載，副壩發(fā)生過(guò)多次漏渾水，斜墻裂縫、坍塌、穿孔較嚴(yán)重的涌水事故。尤其是庫(kù)水位升至509.98m（蓄水量1458萬(wàn)m3）時(shí)，副壩南頭漏渾水由186L/s劇增到1760L/s，斜墻穿孔。壩體局部遭到破壞，漏水坑面積達(dá)48m2，右壩肩與斜墻結(jié)合部位出現(xiàn)漏水通道。當(dāng)年7月～8月對(duì)發(fā)生問(wèn)題部位的斜墻進(jìn)行了開(kāi)挖翻新處理，2006年又進(jìn)行了帷幕灌漿處理，但均未收到效果。2006年4月25日，當(dāng)庫(kù)水位升至509.55m（即蓄水量達(dá)1260m3）時(shí)，壩后間歇漏渾水8次。經(jīng)測(cè)算帶走土量7.5m3，水變清后壩面未見(jiàn)異常。據(jù)2005年、2007年兩次地質(zhì)勘察資料和管理單位記載證實(shí)，副壩所發(fā)生的問(wèn)題都與斜墻質(zhì)量、斜墻與壩基及岸坡結(jié)合部位存在強(qiáng)透水的覆蓋層，基巖裂隙漏水、岸坡與斜墻接觸沖刷有關(guān)。綜上所述，副壩問(wèn)題比較嚴(yán)重，到了非處理不可的地步。

3 工程加固處理

3.1 方案論證

為了選擇除險(xiǎn)加固的最佳方案，根據(jù)兩次對(duì)副壩工程地質(zhì)勘探資料，經(jīng)多方論證，提出了水庫(kù)除險(xiǎn)加固處理方案，確定采用高噴帷幕防滲心墻方案。

3.2 副壩高噴灌漿加固設(shè)計(jì)及要求

副壩頂寬4.5m，長(zhǎng)72m，高噴帷幕防滲體心墻軸線擬定在堤頂中心線。防滲板墻為復(fù)式結(jié)構(gòu)，高噴孔沿軸線分二排：下游排孔在軸線以下0.7m，孔距1.2m；上游排孔在軸線以上0.7m，孔距1.4m。沿軸線布置一排靜壓帷幕灌漿孔，分三序施工，Ⅰ序孔9個(gè)、孔距8m，Ⅱ序孔9個(gè)、孔距4m，Ⅲ序孔18個(gè)、孔距2m。靜壓帷幕灌漿孔其終孔深度視基巖裂隙透水情況要求在風(fēng)化層以下5m～8m。高壓噴射灌漿要求板墻深入基巖風(fēng)化層介面以下1m。設(shè)計(jì)要求：

（1）在堆石體內(nèi)形成的防滲心墻體厚度不小于2m，高壓噴射板墻的滲透系數(shù)K應(yīng)小于10-5cm/s，靜壓灌漿的W應(yīng)小于0.03L/（min·m·n）；

（2）覆蓋層的防滲體主要靠二道高壓噴射板墻，每道厚度不小于18cm；

（3）在壩基巖面用旋噴法，形成一個(gè)連續(xù)的垂直壩軸線長(zhǎng)約3.8m、厚約1m～2m的水泥凝固體，其作用是作為基巖帷幕灌漿的頂蓋，并可加長(zhǎng)防滲體與巖面間的滲徑和提高抗沖蝕的強(qiáng)度；

（4）板墻之間靜水壓回填灌漿要求水泥粘土漿，使防滲體心墻有柔性，減少?gòu)椥阅?shù)；

（5）工程完工后壩腳后不見(jiàn)明流；

（6）高壓噴射灌漿水泥采用425#普通硅酸鹽水泥，質(zhì)量達(dá)不到要求不能用；

（7）根據(jù)壩上已有的參數(shù)，考慮防滲體可達(dá)到的參數(shù)，經(jīng)過(guò)有限元分析，壩體應(yīng)安全穩(wěn)定。

3.3 施工分階段進(jìn)行

根據(jù)地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，施工過(guò)程分充填灌漿、高壓噴射灌漿、靜壓帷幕灌漿、板墻前填充四個(gè)施工階段。

（1）充填灌漿階段

通過(guò)鉆孔試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)堆石體中不僅孔隙率達(dá)到43%，而且孔隙直徑大，灌通性強(qiáng)，漏漿嚴(yán)重。為了做好高壓噴射灌漿前的準(zhǔn)備工作，在壩軸線布置13個(gè)充填孔進(jìn)行充填灌漿。但是，在充填過(guò)程中發(fā)現(xiàn)充填量太大，難以保證高壓噴射灌漿工作正常進(jìn)行，故在上排高壓噴射孔之間補(bǔ)加充填孔22個(gè)。因此，整個(gè)鉆孔過(guò)程就是充填過(guò)程。這階段歷時(shí)40d，共鑿孔35個(gè)，進(jìn)尺639m，材料用量：粘土526m3、砂子282m3、水泥100t。

（2）高壓噴射灌漿階段

高壓噴射灌漿構(gòu)筑防滲板墻是施工主體內(nèi)容。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)提出的各項(xiàng)參數(shù)是否符合工程實(shí)際需要，先選定48號(hào)孔作為試驗(yàn)孔進(jìn)行高壓噴射灌漿，3d后進(jìn)行開(kāi)挖檢查（挖深1.7m），顯露出的板墻所經(jīng)過(guò)的塊石層、碎石層、砂礫層三種地層，其形成的凝結(jié)體基本符合設(shè)計(jì)的要求和采用的工藝參數(shù)。根據(jù)高壓噴射灌漿凝結(jié)體在堆石體內(nèi)厚度情況，設(shè)計(jì)的孔排距1.4m可以滿足防滲體心墻厚度達(dá)到2m以上。但是，為了彌補(bǔ)凝結(jié)體在堆石體中的長(zhǎng)度不足和施工中各種不利因素影響，把下游排孔距縮小到1.2m，擺噴角度增到35°，底部為2m的旋噴體，提升速度減慢等滿足了設(shè)計(jì)中提出的要求。高壓噴射灌漿歷時(shí)90d，完成高壓噴射灌漿孔100個(gè)，噴射延至1834m，形成板墻面積2287m2。共用水泥2063t，砂子585m3，粘土878m3，水玻璃35.5t。

（3）靜壓灌漿階段

在堆石體中兩道板墻之間進(jìn)行靜壓灌漿工藝不能完全依照各類(lèi)地層靜壓帷幕灌漿方法。鉆孔采用粘土漿固壁自上而下分段循環(huán)式壓力灌漿，灌段長(zhǎng)度5m為一段。施工工序：埋設(shè)孔口管、待凝、鉆孔口段、沖孔、灌漿、鉆下段、沖孔、灌漿、鉆下段、結(jié)束封孔。鉆孔壓水試驗(yàn)根據(jù)情況進(jìn)行，灌漿壓力控制在1.6kg/cm2，分四個(gè)階段，即0.4kg/cm2、0.8kg/cm2、1.2kg/cm2、1.6kg/cm2。單位吸漿量上、下限規(guī)定為60L/min、10L/min。漿液稠度采用限量法，級(jí)配從6∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1，先稀后濃。在規(guī)定的壓力下，灌段單位吸漿量達(dá)到0.4L/min延續(xù)0.5h結(jié)束灌漿。封孔用0.5∶1水泥漿填充密實(shí)。靜壓灌漿歷時(shí)36d，灌漿孔37個(gè)，進(jìn)尺720m，用粘土245m3、砂46m3、水泥272t。

（4）板墻前充填灌漿階段

靜壓灌漿結(jié)束后，考慮到副壩右端曾多次出現(xiàn)險(xiǎn)情，壩內(nèi)可能遭到嚴(yán)重掏空，防滲墻壁前未被充填的三角區(qū)堆石體內(nèi)，當(dāng)水位下降時(shí)，滯留于板墻前的壩體內(nèi)的水量不能同步下降，可能造成上斜墻滑塌，給壩體穩(wěn)定帶來(lái)威脅，為此防滲墻前設(shè)充填孔6個(gè)，總進(jìn)尺97m，灌粘土45m3。

3.4 施工中存在的幾個(gè)問(wèn)題及解決辦法

（1）在大孔隙堆石體和極強(qiáng)透水地層進(jìn)行高壓噴射灌漿遇到最大問(wèn)題就是漏漿嚴(yán)重，開(kāi)始堵漏采用常規(guī)方法效果不好。另外水庫(kù)處于運(yùn)行狀態(tài)，噴射位置承壓水頭8m情況下對(duì)高壓噴射成墻不利，有壓水頭可擊穿未固結(jié)的漿體從壩后漏出，給板墻造成“天窗”、“砂眼”等集中漏水通道。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，采取了以下措施：向孔內(nèi)拋填砂礫粗料灌注砂漿；減少高壓水及氣量以減小對(duì)地層擾動(dòng)范圍；加大漿液比重（摻砂30%）輸入速凝劑（水玻璃）使水泥漿在孔底瞬時(shí)變稠，制止?jié){液擴(kuò)散；停止提升，待返漿正?；謴?fù)各工作參數(shù)后再繼續(xù)提升噴射，增加泵量，不斷復(fù)噴等。這些措施收到了很好的效果，但耗用材料增加數(shù)倍。

（2）靜壓灌漿冒漿處理方法是將冒漿處開(kāi)挖，回填速凝劑砂漿，待2h后再繼續(xù)灌漿。

（3）隱患部位處理，針對(duì)吃漿量大，灌漿結(jié)束后無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的地段采取附加靜壓灌漿孔續(xù)灌。

（4）由于堆石體孔隙大，壩基淘涮空洞大，對(duì)較深地層了解不夠，設(shè)計(jì)用料量偏小及高水頭運(yùn)行時(shí)進(jìn)行高壓噴射灌漿等原因，導(dǎo)致耗料量增大數(shù)倍，附加設(shè)備多，工期延長(zhǎng)，投資超預(yù)算。如原設(shè)計(jì)用水泥1500t，砂、粘土500m3，實(shí)際用水泥2384.5t，砂粘土2531m3，計(jì)劃外增加水玻璃35.5t。計(jì)劃施工期60d，實(shí)際施工期143d。工程超支材料費(fèi)用42.4萬(wàn)元。

2010年8 月根據(jù)工程驗(yàn)收要求，對(duì)右岸進(jìn)行了補(bǔ)充帷幕灌漿處理，施工歷時(shí)3個(gè)月。

4 工程加固后的效果分析

（1）板墻質(zhì)量檢查成果

高壓噴射初期進(jìn)行了開(kāi)挖檢查，有效長(zhǎng)度可達(dá)1.7m，密實(shí)度好，板墻厚度超過(guò)0.2m，穩(wěn)定性好，經(jīng)檢驗(yàn)試件均達(dá)到設(shè)計(jì)工藝參數(shù)。

從四個(gè)檢查孔的檢查成果看：經(jīng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)K小于10-5cm/s，滲漏量W小于0.03L/（min·m·n），證明檢查部位板墻的連續(xù)性及防滲性符合要求。從試樣抗壓強(qiáng)度分析，板墻部位不同，水泥成分含量不均，是由于地層復(fù)雜變化所致。

（2）從壩后滲漏情況分析，與往日相同蓄水位相比明顯減少。上下游板墻形成后，壩后涌水減少76%，靜壓帷幕灌漿結(jié)束后壩后漏水量減少85%。2010年春洪蓄水量最高達(dá)到1720m3，比原計(jì)劃蓄水量增蓄220m3，這是建庫(kù)運(yùn)行以來(lái)所沒(méi)有的。而且漏水量由原來(lái)的186L/s減少到27.3L/s。蓄水位最高時(shí)，壩腳測(cè)壓管水位上升73cm，在右壩肩覆蓋層有散浸現(xiàn)象，主要是壩體內(nèi)阻水作用的不斷增強(qiáng)，引起壩體水位升高。嚴(yán)重的漏漿，造成板墻下游大面積的漏漿覆蓋，部分空隙被充填固結(jié)，原來(lái)堆石體內(nèi)大孔隙排水變成部分空隙的有阻排水。壩后剩余滲漏是由多方面造成的，包括壩體正常滲漏、兩壩肩滲漏、基層裂隙及壩體內(nèi)不正常滲漏等。這些現(xiàn)象通過(guò)2010年右壩肩帷幕補(bǔ)充灌漿后，各部位漏水有了明顯的改善。

（3）高壓噴射帷幕灌入的材料量大，堆石體得到了沖填密實(shí)，特別是前壩殼沖填較好，壩體沉陷得到控制，在灌漿部位，構(gòu)造裂隙、風(fēng)化巖層、繞壩滲漏都得到控制，抗沖蝕得到了加強(qiáng)。

（4）該水庫(kù)未加固前是自治區(qū)著名的“病險(xiǎn)”水庫(kù)，限制蓄水1400萬(wàn)m3，超蓄常出現(xiàn)病變形態(tài)，副壩加固后，2010年春洪蓄水1720萬(wàn)m3，增蓄水量320萬(wàn)m3。除水庫(kù)主壩發(fā)生有病變態(tài)外，加固的副壩運(yùn)行條件有了很大改善，原斜墻體的接觸沖刷和壩基管涌根源得到了徹底處理。

5 結(jié)語(yǔ)

加音塔拉水庫(kù)堆石壩體內(nèi)采用高壓噴射及靜壓灌漿處理措施，形成復(fù)合狀、板墻狀的防滲體，解決了水庫(kù)存在的嚴(yán)重漏水問(wèn)題，改善了壩體穩(wěn)定狀況。實(shí)踐證明，高壓噴射灌漿技術(shù)以及結(jié)合的靜壓帷幕灌漿技術(shù)降滲效果好，可以在水庫(kù)蓄水情況下施工，同時(shí)施工期短，速度快，施工費(fèi)用低。通過(guò)該水庫(kù)的成功實(shí)踐，說(shuō)明高壓噴射灌漿技術(shù)，可以在大孔隙的堆石體和極強(qiáng)透水地層中能夠構(gòu)筑成具有一定厚度和抗?jié)B、抗壓、抗折性能的高壓噴射凝結(jié)體，該技術(shù)可以應(yīng)用到較大顆粒地層、強(qiáng)透水地層和堵漏工程中，并在施工技術(shù)和施工工藝上取得較好的經(jīng)驗(yàn)，為今后病險(xiǎn)水庫(kù)的加固除險(xiǎn)提供借鑒?！?/p>