高压喷射灌浆造防渗墙在土石坝防渗加固应用中的分析

【摘要】简述了我国病险水库的主要病险问题、成因及采用的加固措施，本文以“某市水磨坑水库除险加固工程”为例，对高压喷射灌浆造防渗墙在土石坝坝体防渗加固处理中的应用进行了分析，采用高压喷射灌浆造防渗墙加固后，不仅减小了坝体渗流量、水力坡降，还降低了浸润线，增加了坝体的安全性。

【关键词】小型水库，土石坝坝体，防渗加固、高压旋喷灌浆

0 前言

根据我国各省、市、县相关水利普查机构的调查，我国10万m3及以上（即小（2）型及以上）的水库工程共98002座，其中小型水库占比超过95%；经过多年的运行，水库工程各种设施相继损毁、老化，大多数水库处于带病运行状态。不仅不能正常运行、充分发挥水库工程应有的效益，而且时刻威胁着广大人民群众的生命、财产安全，严重制约当地的经济建设和社会发展。

本文以“某市水磨坑水库除险加固工程”为例，采用了一种高压喷射灌浆造防渗墙对水库进行除险加固的新工艺，分析了在坝体进行防渗处理中的效果。

1 基本情况

水磨坑水库原名为杏田水库，后更名为水磨坑水库，水库枢纽工程于1968年11月动工，1970年03月完工。坝址以上控制集雨面积1.5km2，主河道长度1.12km，坡降93.6‰。水库原设计校核洪水位183.39m，设计洪水位182.86m，水库正常蓄水位为181.8m，水库总库容58.34万m3，其中兴利库容38.08万m3，调洪库容19.42万m3，死库容0.84万m3。是一座以灌溉为主，结合养殖等综合利用的小型水库。

2 渗漏原因分析

针对水磨坑水库大坝坝身存在渗漏问题，本次进行了现场检查及地质探查工作，分析其主要原因有：

（1）现场检查时，发现坝体周围有白蚁活动，并在后坝坡坝体上发现白蚁巢穴，这可能是导致坝体渗漏的原因之一；

（2）为了查清坝体内部土质及压实度的情况，本次进行了地质勘察工作：根据坝体填筑土扰动样的室内标准击实试验成果，其最大干密度平均值为1.765g/cm3，8组填筑土干密度为1.39～1.67g/cm3，填筑土压实度为0.78～0.94，可见填筑土密实度不均匀，不满足规范对填筑土压实度的要求，压实度不能达到规范要求可能是导致坝体渗漏的原因之一。

（3）在坝体现场注水试验中：坝体现场注水K值为2.10×10-5cm/s～6.40×10-4cm/s，填筑土的渗透性为中等～弱透水。8次现场注水试验成果中有4次为中等透水性，占总试验段数的50%，说明坝体填筑后防渗性能差。从中等透水试验段的分布可见，左右坝段填筑土及中间坝段的中部防渗性能差。因此，大坝坝体存在渗漏隐患。

3 防渗加固措施分析

（1）大坝防渗方案

根据渗漏原因分析和大坝实际情况，并结合类似的工程经验，本次坝体防渗加固采用方案为：坝顶轴线上游侧对坝体进行高压喷射灌浆造防渗墙。

坝体进行高压喷射灌浆造防渗墙，防渗墙顶高程为183.82m即校核水位，桩号为坝0-013～坝0+121.8。为了满足高压喷射灌浆形成桩柱间的搭接，本方案对坝段布置单排孔，高压喷射灌浆孔距为0.5m，成桩直径≥0.60m，孔斜率≤0.5%，钻孔伸至坝基全风化层下限以下0.5m作为高喷与坝基的搭接段，最大防渗墙高度为17.8m，坝体及全风化层需钻孔总进尺2961m，单管高压旋喷进尺2742m，防渗面积1371m2。

（2）防渗方案技术要求

高压喷射灌浆造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，用高压泵将预制好的水泥浆加压（压力25～40MPa），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，并以水泥质浆液强制搅拌充填、参混其中。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。具体施工工艺如下：

①造孔：

用水平尺掌握机身水平，垫稳、垫牢、垫平机架，控制孔位偏差不大于5cm，单管钻孔中心距为0.5m。钻进过程要记录完整（孔深、孔斜率及孔斜方向），终孔要经值班技术员及监理工程师签字认可，不可擅自终孔。钻进时要严格控制孔斜，孔斜率小于0.5%。

②下注浆管：

将注浆管下放到设计深度，将喷嘴对准喷射方向不准偏斜是关键。用震动钻时，下管与钻孔合为一体进行。为防止喷嘴堵塞，可采用边低压送水、气、浆，边下管的方法，或临时加防护措施，如包扎塑料布或胶布等。

③喷射灌浆：

当喷射管下到设计深度后，送入合乎要注的浆，喷射1～3min；待注放的浆液冒出后，按预定的提升速度自下而上边喷射边转动，边提升直到设计高度，停送浆，提出喷射管。喷射灌浆开始后，值班技术人员及监理工程师必须时刻注意检查注浆的流量、压力以及提升速度参数是否符合设计要求，并且随时做好记录。每孔旋喷结束后，及时向孔内回灌，保证桩顶密实。

④旋喷过程主要技术参数（施工技术参数必须在施工前先进行现场试验调整确定）：

Ⅰ 浆液喷射压力25～40Mpa；

Ⅱ 浆液流量80～120L/min，浆液比重1.5～1.42g/cm3；

Ⅲ 提升速度10～15cm/min；

Ⅳ 旋转速度10～15r/min；

Ⅴ 钻杆垂直度≤0.5%；

Ⅵ 旋喷桩间距0.5m（±0.05m），桩径≥0.60m；

Ⅶ 渗透系数：k≤1×10-6cm/s。

⑤开挖检查：在高压喷射灌浆造防渗墙成墙28天后，沿墙轴线布设开挖检查点，开挖检查点每处开挖长2～3m，深2～3m，检查墙体的均匀性和完整性、墙段连接和墙厚、固结体垂直度、形状的质量。

⑥钻孔取芯检查：在成墙28天后，沿墙轴线布设钻孔检查点进行钻孔取芯检查。利用钻孔做注水试验，并取芯样做室内试验检测抗压强度、渗透系数等物理力学性能指标，抗压强度应大于2.0Mpa，渗透系数应小于1×10-6cm/s。

在喷射开始施工时，要进行现场试验以具体确定灌浆参数，试验桩采用两组试验桩，每一座坝体填土的标准贯入锤击数不同，高压喷射注浆固结体的直径是不同的，通过现场旋喷试验并开挖检验，具体确定旋喷孔距，单管旋喷形成孔径不小于60cm，孔斜率≤0.5%，旋喷桩之间的搭接≥0.10m。试验时参数选用：

Ⅰ 浆液喷射压力：第一组28Mpa，第二组32Mpa；

Ⅱ 浆液比重：1.45～1.5 g/cm3；

Ⅲ钻杆垂直度：≤0.5%

Ⅳ孔距=0.5m：（±0.05m）；

Ⅴ喷管提升速度：10～12cm/min。

2）高喷机就位后，需先进行试桩，待各项参数达到要求后再下喷射管至孔底，先按规定参数进行原位喷射，待浆液返出孔口、情况正常后方可开始提升喷射。在喷灌过程中，随时监测进浆比重，回浆比重、流量，提升速度等施工参数，并详细记录。

5 结束语

针对水库病险问题，除险加固的方法有很多种，我国主要采用混凝土防渗墙、高压喷射灌浆、劈裂灌浆、膏状稳定浆液灌浆、土工膜防渗等。本文分析了高压喷射灌浆造防渗墙在坝体防渗加固中的，它不仅减小了水力坡降及渗漏量，还降低了浸润线，增加了坝坡的稳定。在选取防渗加固措施的时候，主要还是坚持因地制宜的原则，根据水库不同的病险特点以及地质条件，选取最为合理有效的加固措施，最大限度地发挥加固措施的优势，做到从技术上和经济上等多方面可行、合理。

【参考文献】

[1] 张振刚，张岚，段中德. 我国水库数量及分布，2013.07

[2] 周晨露，张艳华. 小水库渗漏原因分析及防渗方案设计，水利经济与科技，2010.12

[3] 饶江，邱世华，颜庆智. 我国病险水库加固措施的探讨，城市建设理论研究 2012年17期

[4] 李炜. 《水利计算手册》（第二版），中国水利水电出版社，2006（2007重印）

[5] 水电水利工程高压喷射灌浆技术规范 DL/T 5200-2004