淺談水庫除險加固中灌漿的應用
摘要：很多水庫的土層結構使大壩滲流不穩(wěn)定，嚴重威脅水庫大壩的安全。經(jīng)過大量的研究測試證明：利用高噴灌漿技術對水庫進行除險加固，對其主體工程防滲板墻設計采用折線連接，分兩序孔進行施工，取得良好效果。
關鍵字：水庫,除險加固,高噴灌漿,應用
一、前言
因為水庫的長期運行，工程存在老化、人為破壞、自然侵蝕等現(xiàn)象，為了水庫的繼續(xù)安全運行，需要對水庫存的問題及隱患進行排查、修補、加固。水庫的除險加固是當前我國水利工程建設的頭等大事、重中之重、當務之急,如何合理統(tǒng)籌使用民生資金,用有限的資金最大限度地解決好事關老百姓切身利益的水庫除險加固工程,是關系到人民生命財產(chǎn)安全的關鍵工作,在水利建設中占有重要的地位。而很多實踐說明：灌漿技術在水庫除險加固工程中應用較多，通過灌漿技術，可以消除壩體、壩基滲流隱患，提高防滲能力和穩(wěn)定性。隨著施工技術的不斷發(fā)展進步，水庫除險加固工程中應用的灌漿技術有很多，本文主要探討高噴灌漿技術在水庫除險加固工程中應用。
二、高噴灌漿工作原理
灌漿，就是將某種具有動態(tài)性和凝固性的漿液，按一定的混合比例，通過鉆孔用灌漿設備壓入建筑物或其基礎部分縫隙中的措施。灌漿又稱注漿，其實質是使?jié){液在被灌載體中滲透、擴散，一段時間后固化硬化，從而達到加強加固載體和抗?jié)B防水的目的。
灌漿的作用主要體現(xiàn)在下面幾個方面：固化作用。某些漿材(例如水泥和某些化灌材料)可與地層中的粘土等松軟物質發(fā)生化學反應，將其凝固成堅固的“類巖體”;填充作用。漿液凝成的結石將地層空隙充填起來，可以阻止水流通過，提高地層的密實性;壓密作用。在漿液被壓入的過程中，將對地層產(chǎn)生擠壓，從而使那些無法進入漿液的細小裂隙和孔隙受到壓縮或擠密，使地層密實性和力學性能都得到提高;粘合作用。某些漿液的膠凝性質可以使己經(jīng)脫松的巖塊、建筑物裂縫等充填并粘合在一起，使其聯(lián)合承載能力得到改善。
1. 基本原理高噴灌漿法是利用工程鉆機鉆孔至設計處理的深度后,利用高壓水泵,通過安裝在鉆桿(噴桿)桿端置于孔底的特殊噴嘴向周圍土體噴射高壓水。噴流動壓以脈沖形式?jīng)_擊土體,使土體結構破壞出現(xiàn)空洞,同時壓入漿液(一般為水泥漿)。鉆桿以一定的速度邊旋轉(邊擺動邊或不動)、邊提升,再壓入高壓空氣(用空氣壓縮機壓入),這樣鉆桿在旋轉和提升過程中,在射流后形成空隙,在噴射壓力作用下,迫使土粒向與噴嘴移動相反的方向移動,土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補入。補入的漿液與土、砂和砂礫經(jīng)高壓空氣并強制攪拌混合,然后析水固結,凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結體,即形成樁、板、墻、柱等。
2.噴射灌漿，將高噴管下入到孔內，按造孔記錄及設計板墻底線控制下入深度，然后啟動高壓水泵、空氣壓縮機，攪漿機供漿，同時全面檢查各管路是否封閉，水、漿、氣壓力及流量是否符合設計參數(shù)要求，噴射管的噴射方向是否對正。啟動設備3min后，待水泥漿從孔口返漿，再按設計提升速度開始提升。噴射灌漿結束后，進行靜壓回填灌漿，至液面不析水、不下沉為止。
3.設計高噴防滲墻。高噴防滲墻(簡稱高噴強)，是由旋噴柱形樁、擺噴扇形斷面樁或定噴板狀墻段，其中的一種或兩種、三種彼此結合搭接起來形成的地下防滲墻。該防滲板墻設計采用折線連接，分兩序孔進行施工，第一序孔造孔及噴射灌漿完畢，等待14d后，再進行第二序孔的造孔及高噴灌漿的施工。
三、施工準備及主要施工方法
灌漿前應該全面、仔細、及時做好各項準備工作，包括：收集資料，進行隱患探測和分析，做好灌漿設計，準備好灌漿材料、機具。
1、施工材料
1.1、水泥是土壩壩體灌漿的主要材料，水泥性質應該滿足灌漿。高壓噴射漿液采用普通硅酸鹽水泥拌制，水泥強度等級不能低于32.5級。需要提高墻體強度時，按監(jiān)理人指示，采用42.5級硅酸鹽水泥中外摻高效擴散劑。每批水泥按要求進行檢測，符合設計要求方可使用。
1.2、水。灌漿用水應符合拌制水工硂用水要求，并滿足DL/T5200-2004的有關規(guī)定。
1.3、灌漿漿液采用純水泥漿。
2、施工準備工作
2.1、對施工現(xiàn)場進行平整，對低洼和表部松散部位回填和加固，應滿足施工機械行走的需要。
2.2、測量放樣。根據(jù)設計樁位布置現(xiàn)場控制點，由技術人員現(xiàn)場放出具體孔位并明確標識，孔位中心偏差不大于5CM。
2.3、水、電、氣及制漿系統(tǒng)等布置于施工前完成。
3、施工一般工序和設備。
3.1、高壓擺噴灌漿施工工序為：布孔、鉆孔、制漿、高壓灌漿、靜壓回灌。
3.1.1布孔分三個階段。第一階段布先導孔，沿壩體灌漿軸線方向每30米左右布置一個先導孔，利用先導孔采取芯樣，可摸清各壩段壩體土質類別、地層變化、漏漿程度、基巖深度等情況。第二階段布試驗孔，根據(jù)工程地質報告和先導孔鉆孔情況在大壩一端按設計孔距布置試驗孔，進行現(xiàn)場試驗確定合適的孔距和灌漿參數(shù)。第三階段布灌漿孔，按現(xiàn)場試驗確定的孔距沿防滲墻軸線布灌漿孔，先導孔可作為灌漿孔之一。鉆孔可采用任意一種鉆進方式。
3.1.2高壓擺噴灌漿采用高壓旋噴(三管法)的方式施工。根據(jù)試驗結果結合原設計參數(shù)確定下列正式施工參數(shù)：高壓水壓力30～40M Pa，流量75L/m in;壓縮空氣壓力0.7M Pa;流量800～1500L/m in;水泥漿壓力1M Pa，流量80L/m in，比重1.7;提升速度80～100m m /m in，旋轉速度8～10r/m in;噴嘴3 個，直徑1.7～1.8m m ;高噴桿插入已造好的灌漿孔前，分別接上水管、氣管和漿管進行試噴，檢查機械及管路情況，如水、氣、漿是否暢通，各種參數(shù)是否滿足設計要求，并調準噴射方向和擺動角度。然后用膠布包扎嘴和氣嘴2～3 層，用慢速卷揚機提升，插入時要輕、慢，防止刮塌孔壁。
一切正常后，垂直下入噴管至設計深度，先送水泥漿液，后送水和氣，按規(guī)定參數(shù)進行原位噴射，待孔口返出漿液密度達到1.2 g/cm3后再按設計的提升速度由下至上進行連續(xù)擺噴作業(yè)，如果中途因故中斷后恢復施工時，應對中斷孔段進行復噴，復噴搭接長度不小于0.5 m。
3.1.3靜壓回灌。當噴桿提升至距地面40cm高度時，先停止水和氣，再停水泥漿，由于孔內漿液會發(fā)生析水、沉淀和凝固收縮，高噴墻體的頂部會產(chǎn)生凹穴，需用水泥漿及時進行靜壓回灌填補。靜壓回灌要間斷進行，直至填筑到孔口，漿液不再下沉時為止。每孔完成高噴灌漿后，要對水泥漿管道系統(tǒng)進行沖洗，防止管道堵塞。
高壓旋噴灌漿是一個置換過程，由于氣流的升揚作用，有許多粉土會隨回漿和氣流被置換至施工場地內，為了做到文明施工，除了施工過程中做好漿液的導流工作外，還要在灌漿結束后及時清洗現(xiàn)場和清理現(xiàn)場，恢復原狀。
3.2、孔主要施工設備有：鉆機、高噴臺車、制漿機、高壓水泵、空壓機、灌漿泵。
四、施工中特殊情況的處理
高噴灌漿施工中，在鉆孔和灌漿過程會出現(xiàn)塌孔、漏漿、冒漿、串孔等問題引起壓力突降或驟增、孔口回漿密度或回漿量異常等情況，此時，必須查明原因，及時進行處理。清河水庫在高壓擺噴灌漿中，以上情況都有不同程度發(fā)生，經(jīng)過及時恰當?shù)奶幚恚_保了施工進度和質量。
a、孔的踏到。塌孔是在占孔后，由于在鉆孔部位的地層中含砂或礫石較多時，會出現(xiàn)坍塌、脫落，導至灌漿時噴射管無法下到設計深度。此時可采取加大泥漿濃度或在泥漿中加入火堿、膨潤土護壁，必要時可采用套管護壁法鉆進。
b、灌漿的滲漏。漏漿是由于地層中存在砂、砂礫石或通道，主要表現(xiàn)在鉆孔或灌漿時孔口不返漿或返漿量降低。由于鉆孔時可采取加大泥漿濃度、泥漿中摻加細砂或向孔內填充水玻璃等堵漏材料。滲漏處理：1、停止提升，漿液正常送入，旋噴正常進行;2、若5～8m in 仍不返漿，從孔口回填細砂;3、回填細砂仍無效時，采取提升20～30cm 即停止，在該處噴射3～5m in，繼續(xù)提升20～30cm ，直至孔口返漿;4、凡經(jīng)特殊處理的滲漏段，待孔口返漿后均應將噴射管下放至原不返漿的最下位置，再進行正常噴射(復噴)。
c、冒漿。冒漿是指在灌漿過程中漿液在壩坡、地面或庫區(qū)底部流出或噴出。
解決方法：減少冒漿采用的措施有3 個：1、提高噴射壓力;2、適當縮小噴嘴孔徑或減少注漿量;3、加快提升和旋轉速度。。
d、串孔。串孔是指在某一孔口正常灌漿時，漿液從相臨孔口返出，說明鉆孔在地下有通道相通。重要處理：應立即封堵被竄孔或將串孔孔口開挖清理后封閉并壓重、降低灌漿壓力等措施。待灌漿孔灌漿結束后，應盡快對串漿孔進行被竄孔的掃孔、高壓灌漿或繼續(xù)鉆進。
五、結束語
高噴灌漿技術在水庫除險加固工程中得到了很好的應用，它具有工程造價適中、防滲效果良好、施工條件要求低等優(yōu)點，隨著這項技術逐步成熟，必將在更多的防滲工程中推廣和使用。但同時高壓擺噴灌漿的效果受地理條件的影響較大，所以在不同的地理環(huán)境要嚴格確定相應的施工技術參數(shù)，從而使高壓擺噴防滲墻的成墻質量達到最佳。
參考文獻
【1】《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范》，DL/T 5200-2004;
【2】《高壓擺噴灌漿防滲技術在水庫除險加固設計中的應用》，李小利，2008年第S3期。
【3】《高壓噴射灌漿技術施工工藝和質量控制》，建設工程教育網(wǎng)，2011/12/28
