程雄輝

（婺源縣水利水電建筑工程有限公司，江西 婺源 333200）

水利工程在投入使用一段時間后，因為地質擾動或年久失修，壩基、壩體等部位容易出現(xiàn)不同程度的裂隙，除了會發(fā)生滲漏問題外，還有可能引起潰壩事故。因此，對于病險壩要及時開展防滲加固處理，目前常用的處理技術有多種，高壓噴射灌漿技術具有施工操作較為簡便、防滲加固效果良好等一系列優(yōu)勢，在水利工程病險壩處理中應用較為廣泛。施工人員在應用這一技術時，應重點加強鉆孔環(huán)節(jié)、制漿環(huán)節(jié)和高壓噴射環(huán)節(jié)的質量控制。通過采取精細化的技術管控措施，才能進一步提升病險壩的防滲加固效果，確保水利工程得以安全運行。

1 工程概況

某水庫大壩為均質土壩，始建于1996年，2007年做大壩加高處理。目前攔河壩最大壩高為23.7 m，壩頂長1 323.7 m，寬6.1m，壩頂高程105.3 m。最大庫容8.11×109m3，最大泄流量6 216 m3/s，設有8個泄洪閘。水庫防洪標準為1 000年一遇。從現(xiàn)場調查情況來看，該水庫壩基中部以砂卵石和礫質粗砂為主，透水性較強。加上降壓井長期缺乏維護，對承壓水的釋放效果變差，導致多處壩段承壓水位超過地面，使得水利工程在使用過程中存在較大的安全隱患。本文以6+000—6+200壩段為例，采用高壓噴射灌漿技術對該處病險壩做防滲加固處理。

2 高壓噴射灌漿方案設計

2.1 工藝設計

本次施工中防滲加固壩段上共布置了282個孔，從6+000開始進行編號，依次為1#、2#…282#。為防止高壓噴射灌漿時相鄰2個孔出現(xiàn)串漿、塌孔等問題，現(xiàn)場施工采取了序孔相間施工方法。將鉆孔分成3序，其中1、4、7…為I序，2、5、8…為II序，3、6、9…為III序。高壓噴射灌漿的施工流程如圖1所示。

2.2 高壓噴射防滲墻設計

本次工程中將高壓噴射灌漿點設置在水庫大壩103 m平臺上，此處土質以粉質壤土為主，防滲墻中心線與壩軸線平行。高壓噴射作業(yè)選擇三重管高壓擺動噴射灌漿方法，按照“由上到下”的順序依次完成注漿。高壓噴射防滲墻的厚度要求不低于20 cm，從粉質壤土頂板上1.2 m開始灌注，至基巖下1.0 m。相鄰2個灌漿孔之間以折線方式連接，折線軸線與防滲墻軸線之間夾角120°，擺角30°，間隔距離為1 400 mm，具體布置如圖2所示。

本次工程中所用漿液主要由3種材料配制而成，分別是水泥、黏性土和水，三者比例為0.7∶0.3∶1.1。其中水泥使用42.5普通硅酸鹽水泥，黏性土為膨潤土。水壓力為40～42 MPa，水量為65 L/min；氣壓力為0.8 MPa，氣量為1 m3/min；漿壓力為0.6 MPa，漿量為100 L/min。噴嘴的擺動速度為6°/s，噴嘴最大擺動角度為45°。不同土層的噴嘴提升速度有差異，其中砂層最快，在12～15cm/min，土層次之，在8～10 cm/min，卵石層最慢，在7～8 cm/min。

3 高壓噴射灌漿施工要點

3.1 結合地質資料開展現(xiàn)場試驗

開始病險壩防滲加固施工前，應當開展工程所在地區(qū)的水文地質勘察，充分掌握該地區(qū)的地質條件、水文特點，為后續(xù)的防滲加固處理提供依據(jù)。按照施工方案進行高壓噴射孔的測量放樣，標記出孔位并復核確認無誤后，開始進行現(xiàn)場試驗。沿著防滲板墻的軸線，每隔15 m布置一個地質先導孔。同時結合地質勘查資料，對于局部砂層、基巖面變化明顯的地區(qū)要采取加密處理措施。然后通過先導孔鉆芯取樣并開展實驗室分析，以便于準確掌握砂層、基巖面的變化情況。根據(jù)現(xiàn)場試驗結果，科學確定各個鉆孔的深度，保證鉆孔底部能夠深入基巖面，從而提高防滲加固效果。

3.2 造孔

現(xiàn)場鉆孔前應使用經緯儀確定孔位，保證孔位的實際坐標與設計圖上標注的坐標最大偏差小于等于5 cm。如果孔位偏差太大，需要重新鉆孔。經復核確定孔位無明顯偏差后鉆機進場。為防止鉆孔期間鉆機傾斜、抖動而影響成孔質量，需要進行地面整平處理，并放置幾條墊板，使用水平尺檢查并調整墊板，使其保持水平，然后將鉆機置于墊板上。使用經緯儀調整鉆機主軸與水平面之間呈90°，然后固定鉆機，設定好鉆機的各項參數(shù)，包括鉆頭轉速、進給壓力和鉆孔深度等。本次工程中要求開孔直徑和終孔直徑均為120 mm，根據(jù)這一參數(shù)合理選擇鉆頭。同時要求鉆孔深度需要進入第三紀粘土巖的深度大于等于1.0 m。啟動鉆機進行鉆孔時，現(xiàn)場施工人員還應密切關注鉆機運行工況，如果遇到壓力示數(shù)增加但是鉆孔深度不變的情況，考慮可能是遇到堅硬石塊，應及時調整鉆進方式，改為沖擊鉆進模式破碎石塊，保證鉆孔順利。另外，還應隨時監(jiān)測孔深，避免出現(xiàn)超鉆或欠鉆；關注孔斜率變化，本次工程中要求孔斜率小于等于0.8%，如果接近該值要及時調整，保證成孔質量。孔深達到設計要求后，反旋拔除鉆頭，并清理鉆孔內的泥渣、碎石，檢查成孔效果，確保孔徑、孔斜率等參數(shù)符合要求，無孔壁開裂問題。最后使用清水沖洗鉆孔，觀察到反出水清澈后方可停止。之后鉆機移動至下一孔位點繼續(xù)鉆孔。

3.3 制漿

本次工程中所用漿液均要求現(xiàn)配現(xiàn)用，避免漿液離析、泌水而影響灌漿加固效果。如上文所述，漿液按照水泥∶膨潤土∶水=0.7∶0.3∶1.1的比例配制。確定該配合比后，還要對各類物料的質量做嚴格檢查。每一批次的42.5普通硅酸鹽水泥應提供出廠化驗報告，并且在水泥進場后做好防潮處理，避免結塊影響使用。鈣質膨潤土的分散性良好，制漿用水保證干凈。干料嚴格按照配比進行稱重，然后將水泥與膨潤土充分混合后再加入水攪拌，制作得到漿液。攪拌時間控制在8～10 min，以保證漿液均勻、無明顯顆粒為宜。最長攪拌時間不得超過12min，防止離析。漿液制備完畢后要求在6 h內使用完畢，超過6 h后以廢漿處理。另外，由于本次施工是在夏季進行，因此還對漿液溫度有特殊要求，采取防曬與降溫措施，使?jié){液最高溫度不超過40℃。

3.4 高壓噴射灌漿

漿液制備完成后盡快用于高壓噴射灌漿，要求相序間隔施工不低于3 d，可有效減少高壓噴射注漿時出現(xiàn)串漿等情況。1#孔下放噴射管前，要選擇就近的一處空地進行試噴，其目的是檢查設備運行是否正常，管路有無堵塞問題，同時校正噴射方向。然后將噴射管伸入鉆孔內部，要求噴嘴距離孔底15～20 cm，在高壓噴射機具上設定作業(yè)參數(shù)，包括灌漿壓力、漿液流量和擺動速度等。各項參數(shù)設定完畢后，啟動設備開始灌漿。現(xiàn)場高壓噴射灌漿應當按照“一邊噴射、一邊擺動、一邊提升”的操作方式，從下往上完成該鉆孔的灌漿。期間施工人員還要密切關注施工參數(shù)，判斷灌漿壓力是否穩(wěn)定，漿液量是否有突然減少或增加的情況，以及進出漿比重是否正常等。如果發(fā)現(xiàn)異常要立即停止注漿，解決問題后再繼續(xù)施工?，F(xiàn)場應保證孔內漿液順利上返，保證漿液封堵裂隙后可以順利從孔口排出，避免出現(xiàn)壩體劈裂現(xiàn)象。觀察到孔口返漿后即可停止灌注，靜置一段時間后利用回漿進行二次灌注，直到孔口漿液面不再下降，然后移動至下一鉆孔繼續(xù)灌漿。

3.5 施工中特殊情況的處理

對于現(xiàn)場施工中遇到的一些特殊情況，也要求施工人員能夠給予妥善處理，從而保證病險壩的防滲加固達到理想效果。本次施工中對于特殊情況采取了以下處理措施。①灌漿期間遇到進漿、回漿比重不符合，甚至是無回漿，需要調整設備參數(shù)，減慢提升速度，等到回漿量及進出漿比例恢復正常后，再調回原參數(shù)進行作業(yè)。②單孔灌漿要求一次性完成，因特殊情況導致灌漿中斷的，需要盡快復噴。同時復噴時要求新舊兩端漿液的搭接長度大于等于0.5 m，以提高加固效果。③如果灌漿期間發(fā)現(xiàn)相鄰兩孔有串漿情況，要立即封堵串漿孔。

3.6 施工質量檢查

所有孔全部按照要求進行灌漿處理后，進行30 d的養(yǎng)護，養(yǎng)護期結束后開始進行施工質量檢查。本次工程中分別采取了2種試驗，即圍井注水試驗和鉆孔取芯試驗。圍井注水試驗用于檢驗防滲墻的滲透性能，該試驗在養(yǎng)護結束后開始。利用防滲墻的灌漿孔和鑿出的新灌漿孔圍成封閉的圍井。同時在圍井的中心處鉆一個質檢孔，向該孔內注水，并根據(jù)一段時間內封閉圍井的滲透效果來判斷防滲墻的質量，具體布置形式如圖3所示。

圍井注水試驗參考《水工建筑物防滲工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范》執(zhí)行。在本次病險壩防滲加固設計方案中，要求防滲墻的滲透系數(shù)K≤1.0×10-5cm/s，試驗結果見表1。

結合表1數(shù)據(jù)可知，本次圍井注水試驗中所選4個孔位，其滲透系數(shù)均小于設計要求，說明防滲加固達到了理想效果。

表1 圍井注水試驗結果

鉆孔取芯試驗用于檢測防滲墻結石體的強度。正常情況下，漿液從鉆孔滲透到壩體或巖層的裂隙后，通過堵塞裂隙從而達到防滲、加固的效果，因此結石體的強度會有明顯上升。本次試驗分別在施工段隨機選出2處進行鉆孔取芯，1#孔的塊體密度為1.80 g/cm3，抗壓強度為2.50 MPa，變形模量為9.12×103MPa，抗剪強度為0.64 MPa；2#孔的塊體密度為1.72 g/cm3，抗壓強度為1.88 MPa，變形模量為8.47×103MPa，抗剪強度為1.83 MPa。2次檢測結果均符合設計要求，說明本次病險壩防滲加固取得理想效果。

4 工程效果

在高壓噴射灌漿結束并進行防滲墻質量檢查后，對6+000—6+200壩段102.5 m左右測壓管進行了觀測，并記錄觀測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)整理見表2。

表2 庫水位102.5 m左右測壓管水位

結合表2可知，在庫水位相同的情況下，采取防滲加固措施后測壓管內水位有所下降。其中，2#測壓管的水位降幅最小，為0.25 m，3#測壓管的水位降幅最大，達到了0.55 m，說明高壓噴射防滲墻起到了較好的防滲效果。

5 結束語

高壓噴射灌漿是現(xiàn)階段病險壩除險加固中較為常用且效果良好的技術措施。從技術應用實踐來看，成孔效果、漿液質量和高壓噴射技術等，是決定防滲加固效果的主要因素，同時也是現(xiàn)場施工中予以控制的關鍵點。在本次施工中，通過科學設計鉆孔參數(shù)，嚴格按照配比制作漿液材料，以及加強高壓噴射中技術要點的把控，保證了防滲加固施工的順利完成。從最終的質量檢驗來看，防滲墻在抗?jié)B性能、結構強度等方面均達到了設計要求，取得了理想的防滲加固效果。