《湖南水利水电）２ｏ１８年第２期 墨奠喷 ｌＩ◆曩 【摘要】 高压旋喷灌浆防渗墙是一种防渗效果较好的土坝防渗技术，在水利工程除险加固中得 到广泛应用。文章结合漳平西园水库除险加固主坝的设计和施工过程，对高压旋喷灌浆防渗墙在该 工程中的应用进行介绍。 【关键词】 高压旋喷灌浆 大坝除险加固 坝体防渗 漳平市用于农田灌溉的水库共有１６座，水库大多 库水位在１８５．０ ｍ时，大坝排水棱体底部排水沟渗水 ４１ Ｌ／ｓ，渗水量随水位的上升和下降而增减。 建设于２０世纪６０ ８０年代，受当时施工条件、技术、设 量为０．备的，水库经多年运行大坝存在较为严重坝体湿 水库全部列入除险加固建设项目。 西园水库主坝原设计坝高１３．０ ｍ，顶宽２．５ ｍ，内 分期施工，每期施工均留有平台，大大地缩小了坝体断 面，竣工时坝顶宽最窄处仅２．５ ｍ，内坡为１：３～１：２，外 ３，外坡为１：２．５。施工时由受益村委会组织民工 坡、渗漏现象。２０１１－２０１４年漳平市小（Ｉ）、小（１Ｉ）型 坡为ｌ：１工程概况 坡为１：２ １：１．７５，与原设计相差较大，同时坝顶凹凸不 西园水库工程位于九龙江北溪上游，地处漳平市 平，高低不一，影响大坝安全。１９６４年为了确保水库大 西园镇西园村，坝址以上集雨面积０．５８８ ｋｍ２，河道长 坝安全运行，对大坝断面岸设计进行培厚整坡；大坝运 度１．８２ ｋｍ，河道比将３４．４％ｏ。 行后，由于多年受雨水冲刷，坝面坑坑洼洼，１９８３年对 脚增设贴坡导滤体。 ２０１１年３月，委托漳州市翔云岩土工程有限公司 西园水库于１９５７年９月动工，竣工于１９６０年１ 上下游坝面进行整修坝坡及干砌石护面，并在下游坡 月。经验收后，水库正式投入蓄水，现已运行５０多年。 大坝为均质土坝，最大坝高１３．０ ｍ，坝顶长７９．４４ ｍ，坝 项宽度３．０ ｍ，坝顶高程１９３．０ ｍ，设计正常蓄水位１９０．９ 对坝体和坝基进行定地质勘察工作，勘察结果如下： ｍ，设计洪水位１９１．６４ ｍ，校核洪水位１９１．９７ ｍ，总库容 为３３．３１ ｍ 。 （１）坝体压实填土渗透系数为（３．５６１～５．２５３）ｘｌＯ ｃｍ／ｓ，属弱透水性；根据大坝施工资料进场土料干湿 不均，坝体素填土的干容重１．４５ ｔ／ｍ ，小于设计值 １．６５ ｔ／ｍ３。 ２大坝存在隐患及历次加固情况 西园水库主坝主要存在坝体渗漏的工程隐患：当 （２）坝基多为强风化基岩覆盖，岩体破碎，风化层 收稿日期：２０１８一Ｏ１—０７ 作者简介：林坤灵（１９６３一），男，福建漳平人，大学本科，工程师，从事水利水电工程施工管理工作。 ５３ 林坤灵，／高压旋喷灌浆技术在土坝防渗加固工程中的应用 厚度较浅，大部分在（２—４）ｍ，根据坝址区地质测绘及 按下式计算拟定： 钻孔压水试验分析，坝基强风化泥质粉砂岩透水率为 （１０．６８～１１．３５）Ｌｕ，弱风化泥质粉砂岩透水率为（４．１２￣ 式中卜４．９７）Ｌｕ。 ８＝／ＸＨ／［Ｊ］ 最小防渗墙厚度（ｍ）； 设计允许破坏比降，水泥土桩体取８Ｏ。 △日－＿一防渗水头差，取最不利情况９．８（ｍ）； 经计算最小防渗墙厚度０．１３ ｍ，取工程施工桩径 经分析，造成上述问题的主要原因为： （１）施工碾压工艺较落后且不完善，同时施工质 量较差达不到设计要求。 Ｄ：０．６ ｍ，孔距Ｌ＝０．４ ｍ，桩与桩搭接长度０．２ ｍ，胶圈厚 ４４ ｍ＞０．１３ ｍ，满足要求。因此本工程采用 （２）坝基漏水的主要原因为坝基强风化岩体透水 度为０．率较大，未作彻底处理。 西园水库历史上曾经２次对大坝进行维修，均未 对坝体进行防渗处理，大坝渗漏问题未能得到解决。 ３大坝防渗方案比选 大坝防渗加固根据坝体渗漏原因分析和大坝实际 情况，拟采用劈裂灌浆和单管高压旋喷造防渗墙两种 防渗方案进行比选。 方案１：劈裂灌浆。场地要求：坝顶可满足墙体参 数：渗透系数Ｋ＜ｌｘｌ０ ｅｍ／ｓ，适用于坝体填筑土，以及 结构性强粉细砂和土砂夹层适水地基。优点是机理明 确、工艺合理、效果较好、工时较短、造价低，缺点是需 进行多次灌浆，墙体质量较差，施工质量较难控制，工 程投资预计７０．４８万元。 方案２：单管高压旋喷防渗墙。场地要求：坝顶可 满足墙体参数：渗透系数Ｋ＜ｌｘｌ０－５ ｅｍ／ｓ，抗压强度（２～４） ＭＰａ，造墙深＞３０ ｍ，适用于砂性土、粘性土与卵碎石 等，可进入残坡积土层，对全、强风化岩基也有一定作 用。优点是适用范围广，固结体强度大，成墙的整体性 好，厚度均匀连续，防渗效果较好，观测方便，耐久性 好，不会造成环境和地下水污染；缺点是造价高，工程 预计７６．４３万元。 综合考虑投资、对坝体的影响、施工条件、防渗效果 等因素，确定采用单管高压旋喷防渗墙加固方案。防渗 墙采用全坝段布设，防渗墙沿坝轴线布置单排孔，造孔 采用ＸＹ一１Ａ型和ＸＵ一３００型液压地质岩芯旋喷钻机。 ４大坝防渗加固设计 ４．１ 高压旋喷防渗墙主要技术参数设计 本工程拟定设计指标为：渗透系数Ｋ≤ｌｘｌ０ ｅｍ／ｓ， 渗透破坏比降大于８０，２８ ｄ抗压强度ｉ＞２．０ ＭＰａ，浆液 比重≥１．４ ｇ／ｅｍ，。单管高压旋喷浆液为纯水泥浆，输浆 压力为（２５～４０）ＭＰａ，提升速度（１０～１４）ｅｍ／ｍｉｎ。 ４．２大坝高压旋喷防渗墙设计 （１）桩径和桩距确定。单管高压旋喷防渗墙厚度 ＤＮ６００单管高压旋喷桩，间距取０．４ ｍ。 （２）大坝防渗墙布置。大坝根据本水库的实际运 行情况，高压旋喷造防渗墙沿坝轴线布置，顶部与设计 水位齐平，底部深入到弱风化泥质粉砂岩１．０ ｍ，高压 旋喷防渗墙最大深度主坝段为１５．８ ｍ，采用ＸＹ一１Ａ型 和ＸＵ一３００型液压地质岩芯旋喷钻机分两序孔间隔施 工，防渗墙从桩号０＋０００～０＋０９６．８ ｍ（左岸伸入坝肩６．４ ｍ，右岸伸入坝肩１１．０ ｍ）。钻孔深至坝基强风化下限， 坝体单管旋喷灌浆布置单排孔，孔距０．４０ ｍ，总钻孔数 ２４５孔，总进尺２ ５６６．７５ ｍ。 ５试验桩布置 高压旋喷施工前，须选择有代表坝区段进行试验， 以便确定高压旋喷参数。本工程试验桩选择在距做坝 肩２０ １１１（桩号０＋２６．５）处，大坝轴线下游０．８ １１１，试验桩 段香右坝肩延伸，共设３组。每组设单管高压旋喷试验 桩３根，间距０．４ ｍ，１根为单体连喷，每根深度３．０ ｍ。 试验桩灰浆比重选用１．４０，采用单管双嘴直接喷射水 泥浆，喷嘴直径２．８ ｍｍ，采用不同的喷射压力、提升速 度及回转深度进行试验。 试验桩完成７ ｄ后，对试验桩进行分层剥挖测量 试验桩的桩径、桩与桩间的搭接厚度，判断试验段的连 续性和完整性。试验桩完成２８ ｄ后，在桩体内钻孔取 样，检测单桩和群桩的平均抗压强度和渗透系数。 西园水库试验参数及成果见附表，从附表可知，３ 组试验的各项指标都能满足防渗墙的规范要求，本工 程采用第２组，即高压旋喷防渗桩灰浆比重１．４，灌浆 压力３０ ＭＰａ，提升速度（１０—１４）ｅｍ／ｍｉｎ，回转速度ｌ２ ｃｍ／ｍｉｎ。 ６高压旋喷防渗墙施工及质量控制 ６．１ 高压旋喷防渗墙施工 大坝坝体防渗施工，采用单管高压旋喷造防渗墙： 单管旋喷防渗墙的基本原理是利用钻机成孔并将注浆 硬管（即钻杆）及其喷头置于预定的地层深度，用高压 林坤灵，，高压旋喷灌浆技术在土坝防渗加固工程中的应用 附裹 西园水库试验参数及成果 泵将预制好的水泥浆加压（压力Ｉ＞２ｏ ＭＰａ），并经过高 压软管输送到喷头，从喷嘴中喷射出来，冲击和切割土 体，强制搅拌充填。同时以一定的转速提升钻杆，从而 形成一种新的、有一定强度的人工地基或地下防渗构 筑物（旋喷呈圆柱状）。当这些个体的构筑物相邻连接 胶合时即组成一道地下连续防渗墙。具体要求如下： 单管旋喷法施工工艺流程：施工准备一测量定位一机 具就位一钻孔至设计标高一旋喷开始一提升旋喷注 浆一旋喷结束成桩。 （１）施工准备：场地平整。先进行场地平整，清除 桩位处地上、地下的一切障碍物，场地低洼处用粘性土 料回填夯实，并做好排浆沟。 （２）测量定位。首先采用全站仪根据高压旋喷桩 的里程桩号放出试验区域的控制桩，然后使用钢卷尺 和麻线根据桩距传递放出旋喷桩的桩位位置，用小竹 签做好标记，并撒白灰标识，确保桩机准确就位。 （３）机具就位。人力缓慢移动至施工部位，由专人 指挥，用水平尺和定位测锤校准桩机，使桩机水平，导 向架和钻杆应与地面垂直，倾斜率小于１．０％。对不符 和垂直度要求的钻杆进行调整，直到钻杆的垂直度达 到要求。为了保证桩位准确，必须使用定位卡，桩位对 中误差不大于５ ｅｍ。 （４）启动钻机边旋转边钻进，至设计标高后停止 钻进：采用单管旋喷法施工。造孔：按设计孔位在坝顶 安装ＸＹ一１Ａ型和ＸＵ一３００型液压地质岩芯旋喷钻机。 孔径为１３０ ｍｍ，设计为单排孔，孔距为０．４ ｍ，先施工 Ｉ序孔，再施工Ⅱ序孔。先导孔应最先施工。先序孑Ｌ喷 灌结束３ ｄ后方可进行相邻序孔的施工。该序孔喷灌 结束３ ｄ后方可进行相邻序孔的施工。该方法插管与 钻孔两道工序合二为一，即钻孔完成时插管作业同时 完成。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，高压水喷 嘴边射水、边插管，水压力一般不超过１ ＭＰａ，至设计 标高后停止钻进。当在钻孔中直接进行高喷时，钻孔孔 径应大于喷射管直径２８ ｍｍ。 ６．２高压旋喷防渗墙质量控制 （１）浆液配置。高压旋喷桩的浆液，采用注浆材 料应使用３２．５ Ｒ早强型水泥，水泥浆液配制严格按 设计要求控制为水灰比１：１，水泥浆比重≥１．４。搅拌 浆时，先加水，然后加水泥，每次灰浆搅拌时间不得 少于２ ｍｉｎ，水泥浆应在使用前１ ｈ制备，浆液在灰浆 拌和机中要不断搅拌，直到喷浆前。喷浆时，灰水泥 浆从灰浆拌和机倒入集料斗时，过滤筛，把水泥硬块 剔出。水泥浆通过胶管送到旋转振动钻机的喷管内， 最后射出。 （２）喷射注浆。在插入旋喷管前先检查高压设备 和管路系统，设备的压力和排量必须满足设计要求。各 部位密封圈必须良好，各通道和喷嘴内不得有杂物，并 做高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。设计参数： 水泥浆：液喷嘴直径２．８ ｍｍ（２个），喷射压力（２８ ３２） ＭＰａ，浆液流量７０ Ｌ／ｍｉｎ，孔口搅拌浆时，先加水，然后 加水泥，每次灰浆搅拌时间不得少于２ ｍｉｎ，水泥浆应 在使用前１ ｈ制备，浆液在灰浆拌和机中要不断搅拌， 直到喷浆前。喷浆时，注浆方式为压入式上行法，自下 而上，当旋喷管下至设计深度注浆开始时应先试喷，待 注浆压力达到３０ ＭＰａ时才提升注浆管进行旋喷，旋喷 过程主要技术参数为： Ｉ——浆液喷射压力≥（２８—３２）ＭＰａ； Ⅱ——浆液比重≥１．４； Ⅲ——回浆比重≥１．４； Ⅳ——水泥用量０．２３ ｔ／ｍ； Ｖ——钻杆垂直度≤１％； Ⅵ——孔距＝０．４ ｍ（±０．０５ ｍ）： Ⅶ——旋转速度（１０～１２）ｒ／ｍｉｎ： Ⅷ——提升速度１２０ ｍｍ／ｍｉｎ。 旋喷作业系统的各项工艺参数都必须按照预先设 定的要求加以控制，并随时做好关于旋喷时、用浆量， 冒浆情况、压力变化等的记录。喷射时，先应达到预定 的喷射压力、喷浆旋转３０ ｓ，水泥浆与桩端土充分搅拌 后，再边喷浆边反向匀速旋转提升注浆管，直至距桩顶 １ ｍ时，放慢搅拌速度和提升速度。保证桩顶密实均 匀。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩体中 断，同时立即检查排除故障，重新开始喷射注浆的孔段 与前段搭接不小于１ ｍ，防止固结体脱节。 ５５ 林坤灵，，高压旋喷灌浆技术在土坝防渗加固工程中的应用 （３）高喷中的渗漏及其处理。由于旋喷经过棱体， （１）现场开挖检查，高压旋喷桩桩身胶结均匀，墙 （２）芯样试件抗压强度试验１ １组，抗压强度为（２．８～ （３）抽芯完成的桩孔进行静水注水试验检测１ １组， 合设计规范要求。这表明水库均质土坝采用高压旋喷 地层中空隙多且大，因此在高喷施工中有时孔口不返 体成型规则，厚度为（４５～６０）ｅｍ。 浆，说明在喷射加固范围内有渗漏通道。遇到孔内渗漏 段时应采取以下措施：①停止提升，浆液正常送入，旋 ４．６）ＭＰａ，满足设计要求。 喷正常进行；②若（３～５）ｒａｉｎ仍不返浆，从孔口回填细 在该处喷射（２～３）ｒａｉｎ，继续提升（１０—２０）ｃｍ，直至孔口 ６～５．８２ｘ１０－７）ｅｍ／ｓ，符 砂；③回填细砂仍无效时，采取提升（１０～２０）ｅｍ即停止， 检查各孔试验段的渗透系数为（１． 返浆；④按实际情况确定其它必要的处理措施；⑤凡经 桩防渗效果良好。特殊处理的渗漏段，待孔口返浆后均应将喷射管下放至 原不返浆的最下位置，再次进行正常喷射（复喷）。 ８结语 （４）冲洗。喷射施工完成后，应把注浆管等机具设 （１）土坝高压旋喷灌浆防渗加固施工具有无须放 备采用清水冲洗干净，防止凝固堵塞。管内、机内不得 空水库且泥浆不会造成环境和地下水污染，耐久性、防 残存水泥浆，通常把浆液换成清水在地面上喷射，以便 渗效果较好等优点。在施工中必须根据不同的土质和 把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。 （５）充填灌浆。喷射结束后应随即在喷射孔内进 行静压充填灌浆，直至孔口液面不再下沉。 备移到新孔位上，进行下一孔的施工作业。相邻两桩施 工间隔时间应不小于７２ ｈ。 土层深度，合理确定施工参数。 （２）单管高压旋喷桩的施工机械操作简单，便于 运输，随着高压旋喷桩防渗墙施工工艺的进一步成熟， 的防渗加固中得到广泛的应用。 参考文献 （６）移动机具。喷射灌浆结束后，把钻机等机具设 在丘陵山区交通条件较差，坝高３０ｍ以内的均质土坝 ７高压旋喷防渗墙检测成果 西园水库大坝高压旋喷桩按设计要求完成施工２ 个月后，进行墙体开挖和取芯检测，成果如下： ［１】ＤＩＪＴ ５２００—２００４．水利水电工程高压旋喷技术规范【Ｓ】． （上接第４７页） ６结语及下一步的工作计划 鱼潭电站汛限水位动态控制受天气可变性和入库 杂，并跟水情人员的调度经验有关，同时在开展动态调 加强与防汛调度部门沟通和继续开展关于汛限水位动 态控制的相关课题的论证工作，力争尽快得到防汛主 管部门的批复和执行，使汛限水位动态控制程序化、制 （２）联系原设计单位对水库各参数、库容曲线进 行全面的校核，并结合鱼潭水库运行近２０年的经验， 径流下垫面因素等不确定性影响较大，操作起来较复 度化、规范化。 度时需实时关注流域天气预报，实时动态天气云图以 及水情测报系统的实时降雨情况，才能全面对未来水 重新论证鱼潭水库运行调度方案，为满足水库开展动 充分利用水能资源，为社会经济 情做好预判，并在流域水情信息的获得方式非常可靠 态调蓄提供理论支撑，的情况下开展。但是在流域汛情非常紧张的情况时，严 发展提供优质的绿色能源。 格按照防汛主管部门的指令调度，此时不开展水库动 态调蓄，同时将库水位降至汛限水位以下。洪水结束， 展动态调蓄是可行的，发电效益也是可观的。下一步工 作计划： 参考文献 １】刘世军．汛限水位动态控制在江垭水库的应用［Ｊ］．大坝 天气转好，并结合水情测报系统数据可靠的情况下开 ［与安全，２００６，（０４）：１９－２２． ［２】湖南省水利水电勘测设计研究院．鱼潭水库ｉｇ４ｉ－－￣度设计 报告【Ｒ］．２０００． （１）鱼潭电站开展汛限水位动态控制，得到了当 地防汛主管部门大力的支持，为使该调度模式固化，需 ５６
