高压灌浆在水库除险加固工程中的应用

摘要：高压喷射灌浆是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成桩柱或板墙状的凝结体，用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。根据喷射管运动的不同分为定喷、摆喷、旋喷三种工艺^[1]。高喷灌浆技术作为一种新型技术，目前已广泛应用于水库除险加固等防渗处理工程。某水库除险加固工程采用高压灌浆与基岩帷幕灌浆结合处理形成防渗墙，通过防渗处理，加固效果明显，达到预期设计目的。

关键词：水库除险加固;高压灌浆;施工措施

1、工程概况

某水库是一座以供水、灌溉为主，兼顾防洪、发电等综合利用的中型水库。扩容后水库正常蓄水位为802.41m，100年一遇设计洪水位802.50m，2000年一遇洪水位803.05m，总库容9114万m³。

水库主要建筑物由主坝、六座副坝以及导流副坝、溢洪道、主坝放水设施和坝后电站组成。主坝为均质土坝，顶标高为804.50，最大坝高19m，坝顶宽4m，长度1380m。采用高压喷射灌浆以及帷幕灌浆形成防渗墙，防渗墙中心线长度1285m。高喷灌浆施工范围为基岩上部冲积堆积层和人工填土层，要求深入基岩1.0m，与帷幕灌浆有效搭接1.5m。

2、高压灌浆施工

2.1、高压灌浆工作原理

高压喷射灌浆目前较常采用三重管喷射工艺。工作原理是利用钻孔机成孔，把带有喷嘴的注浆管下插至预定位置后，利用高压系统把气、水、水泥浆液形成高压射流从喷嘴中射出，冲击、切割土体，使原有土体结构发生改变，与浆液充分搅拌混合，形成板状或柱状的密实凝结体，提高土体的防渗和承载力^[2]。

2.2、高压灌浆施工工艺

本工程高压灌浆采用摆喷和旋喷两种形式，摆喷摆角30°，墙体折线搭接，旋喷为单排套接。分二序进行施工，即在一序孔灌浆施工完成14天后再进行二序孔的灌浆施工。

坝体高喷灌浆主要工序主要包括高喷先导孔灌浆试验、浆液配制，喷射施工时提升速度及喷杆转动速度控制、施工时高喷灌浆过程中的特殊情况处理、桩孔回填、环境保护等。

施工总工艺流程：Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→检查孔施工→竣工验收

单孔施工工艺流程^[3]：定孔位→钻孔进至设计孔深→高喷灌浆台车就位→地面试喷→下入喷管至设计位置→制浆、送浆→起拔套管（边拔套管边注水泥浆，直至孔口浆液面基本不下降为止），按设计参数提升速度提升喷完全孔→桩孔回填→封孔结束。见图所示。

（1）、定孔位：采用全站纬仪进行高喷灌浆轴线放样，确定施工轴线后，按孔距（旋喷0.75m，摆喷1.25m）逐孔定好孔位，用钢筋标记好。并每隔20m设置控制性桩号。施工时用钢卷尺校核，控制孔位偏差不超过50mm。

（2）、钻孔：钻孔采用SGZ-ⅢA钻机原浆护壁回转钻进，钻孔孔径比喷射管外径大20～40mm，本工程钻孔孔径为Φ110mm。施工中采取预防孔斜的措施，进行孔斜测量，控制孔斜率不超过1%。钻孔的有效深度至少超过设计墙底深度0.3m。钻孔原始记录完整，详细记录钻孔过程中发现的土体空洞、孤石等情况，终孔经旁站监理验收确认。

（3）、地面试喷：高喷施工前，根据孔深计算喷管长度，检查管路畅通情况、密封是否良好，在每孔注浆前对注浆总体效果进行地面试喷，观察气、水、浆液的喷射情况，检查喷射方向和摆动角度。

（4）、浆液制备：灌浆浆液按试验确定的最优配合比采用重量法配制，误差严格控制在5%之内。本工程浆液水灰比控制在0.8：1-1：1，浆液密度大于1.55g/cm³，制浆使用高速制浆机制浆，严格检测其浆液密度，搅拌时间不少于30S。

浆液自制备至用完的时间控制：当环境气温10℃以下，不超过5h;当环境气温在10℃以上时，不超过3h;当浆液存放时间超过有效时间时，按废浆处理。

（5）、下注浆管：下设注浆管至设计深度，喷管下入孔底的深度与实际钻孔深度的差值应不大于0.10m，如达不到设计深度，必须重新扫孔至设计深度。为防止喷嘴堵塞，采用一边低压送水、气、浆，一边下管的方法。

（6）、高压喷射灌浆：检查各项工艺参数达到设计要求后，开始从下至上进行高压喷射灌浆，浆液冒出地面待返浆正常后，再开始提升喷管，连续喷射到设计高程为止。喷射过程的返浆量应控制在进浆量20%左右。在灌浆过程中严格按设计、监理工程师确定的工艺参数进行。

施工中应如实记录高喷注浆过程中的各项技术参数、浆液材料的用量、异常情况及处理情况等，并定时检查施工的工艺参数。高喷灌浆施工中，应采取措施保证孔内浆液上返畅通，避免造成坝体劈裂。

（7）、桩孔回填：高喷灌浆完毕应及时进行回灌，避免高喷灌浆后由于孔内浆液的析水、收缩而使上部墙体产生空缺现象，影响墙体的质量，采用水泥浆进行回填。

2.3、高压灌浆施工参数

高压喷射灌浆主要施工技术参数的确定是防渗墙成墙质量的重要环节，严格按照规范操作和高喷灌浆施工技术参数进行施工，是确保施工的关键。施工主要技术参数有室内配方和现场试验决定。本工程是先根据设计拟定初步技术参数，进行现场试验，然后经实体开挖检查，从成体质量到搭接效果确定达到设计要求后，由监理及设计正式确定施工技术参数。本工程实际施工参数为：

1、摆角：摆喷30^o;旋喷360^o;

2、提升速度：土层10～12 cm/min、接确面6 cm/min;

3、高压水：水压40Mpa，流量70-80L/ min;

4、高压气：气压0.8Mpa，流量1.2m³/min;

5、浆液：浆压0.6Mpa、流量75L/ min、进浆比重1.55-1.65 g/cm³、回浆比重不小于1.2g/cm³。

2.4、特殊情况处理措施

在高喷灌浆过程中，出现压力突降或突升、孔口回浆浓度或回浆量异常，孔内出现严重漏浆等情况时，应查明原因及时处理。一般原因是由于

土体孔隙较多，且有集中漏浆通道，因此应根据情况分别采取以下措施进行处理^[4][5]：

（1）、降低喷管提升速度或停止提升，浆液正常送入，摆（旋）喷正常进行;若3～5s仍不返浆，关闭气，高压水，提升三重管，浆液继续送入孔内，并往孔内灌砂;当灌砂无效时，采取提升2～10cm即停止，在该处喷射2～3s，继续提升2～10cm，以此周而复始直至孔口冒浆。

（2）、降低灌浆压力、进行原地注浆，如果仍无法正常返浆，可采取浓浆灌—停—灌的间歇性灌浆处理。

（3）、在浆液中掺加适当的速凝剂，一般在灌浆液中掺入水玻璃，掺入量为0.5%～3%，加速浆液凝固，从而封堵渗漏通道。

（4）、在喷射过程中发生串浆，应填堵被串孔。待灌浆孔高喷灌浆结束后，尽快进行被串孔扫孔，再进行高喷灌浆。

（5）、凡经特殊处理的渗漏段，待孔口返浆后均应将喷射管下至原不返浆的最下位置以下20cm，再进行正常喷射（复灌），确保防渗墙墙体质量。

（6）、出现裂缝时，立即停灌，分析其发生原因，是灌浆压力过大产生劈裂缝，应待裂缝基本闭合或对裂缝部位采取粘土充填灌浆后再行灌浆。

3、灌浆质量检查及效果分析

3.1、高喷质量检查：高喷质量检查常采用钻孔取芯检查以及围井试验。本工程在高压旋喷段采用钻孔取芯检查，高压摆喷段为围井试验。质量检查情况如下：

（1）、高压摆喷灌浆：本工程高压摆喷灌浆段长共10346.72m，随机布置7个围井进行试验，渗透系数在4.74×10^-7-1.29×10^-6cm/s之间。

（2）、高压旋喷灌浆：本工程高压旋喷灌浆段长共10548.36m，旋喷墙体按每单元布置一检查孔，共检测24个孔。检查孔布置在防渗墙相邻两施工孔之见的连接处，自上而下分段钻孔、取芯并做静水头压水试验，渗透系数在0.4×10^-7-9.20×10^-7cm/s之间。

3.2、灌浆效果分析：跟本工程施工的先导孔检查情况对比，坝体原渗透系数为1.19*10^-4-全泵量吸收，钻孔施工时Ⅰ序孔钻孔很少有回水，而Ⅱ序孔钻孔基本上都有回水，回浆比重均大于1.35g/cm³，经灌浆施工后检查的渗透系数均达到了设计要求。本工程在帷幕灌浆和高喷灌浆施工全部完成后，库区蓄水至正常水位，主坝下游的渗流量比灌浆前减少了95%，灌浆效果明显。

4、结束语

高压喷射灌浆属隐蔽工程，施工时必须严格按照规范操作和高喷灌浆施工技术参数进行，才能确保施工质量。该技术具有功效高、技术可靠、防渗效果良好、施工条件要求低等优点，已广泛应用于水库除险加固工程的防渗施工中。

参考文献：

[1]夏可风，孙钊，查振衡，等。DL/T5200-2004水电水利工程高压喷射灌浆技术规范，中国电力出版社，2005年。

[2]夏可风，赵存厚，肖恩尚，等。DL/T5148-2012水工建筑物水泥灌浆施工技术规范，中国电力出版社，2012年。

[3]刘文清。水利水电防渗工程施工工艺与技术标准实用手册，安徽文化音像出版社，2004版。

[4]徐至钧，全科政 编著。高压喷射注浆法处理地基，机械工业出版社，2004年。

[5]邓林书.高压旋喷灌浆技术在大坝防渗处理中的应用，2010年