坝基防渗高压旋喷灌浆试验

摘　要：本文简要介绍高压旋喷灌浆试验，并对高压旋喷灌浆检测作了简要说明。

关键词：高压旋喷灌浆试验；施工参数；检验

中图分类号：S275.5

文献标识码：A

文章编号：1003-6997（2012）11-0047-03

1　工程概况

某水库位于天山北麓，是一座防洪、灌溉为主的中型水库，是某灌区的主要灌溉水源，控制下游灌溉面积0.30万hm2。工程规模为中型水库，工程等别为三等，其中水工建筑物级别为永久建筑物级别，主要建筑物3级，次要建筑物4级。临时建筑物级别5级。

水库由大坝、放水涵洞、溢洪道组成。水库拦河大坝、放水涵洞、溢洪道均属于主要建筑物。设计洪水标准采用50年一遇，校核洪水标准采用1 000年一遇，该水库原设计库容为2 000万m3，除险加固后，水库总库容1 487万m3，水库淤积库容为181万m3，相应死水位718.83 m，兴利库容为909.60万m3，正常蓄水位726.89 m，相应库容为1 090.90万m3，设计洪水位为726.04 m，相应库容为970万m3，校核洪水位为729.54 m，相应库容为1 487万m3，汛限水位732.00 m，相应库容为608万m3，调洪库容879万m3，共用库容482.90万m3。

2　工程地质

2.1　地形地貌

水库在地貌单元上位于某河中上游的低山丘陵区，河谷形态为不对称的“U”型谷，两岸为倾向上游的单斜山，左岸山体陡峭，坡度为40°～60°，右岸坡度较缓30°～40°，发育3～4级阶地、大坝东付坝坐落于三级阶地上，阶地形式为基座式，基座上覆盖有2～3 m厚的砂砾石，上部为8～10 m厚的风积黄土[1]。

2.2　地层岩性

水库两岩出露地层为第三上新统昌吉河组，岩性以苍棕色、灰绿色、砖红色的中厚层砂质泥岩、泥岩为主。夹薄层粉砂岩、砾岩、泥灰岩，岩层成层状分布，泥岩为厚层状结构，单层厚度0.50～0.70 m，岩层倾向南（上游），走向近东西，倾角35°～41°，水库大坝主坝心墙坐落于基岩上，东付坝心墙坐落于三级阶地砂砾石层上。

水库大坝东坝肩坝基0-090～0+150段，717.70～722.70 m高程处下部沉积有砂砾石层，层厚为0.19～4.25 m，成透镜体状，在0+120处尖灭，砂砾石层底标高717.70～718.90 m，顶标高721.50～727.40 m。桩号0+000～0+020段粉土中夹有砂砾石透镜体，埋深2.30 m，层厚0.70 m，该砂砾石层透水性较强，渗透系数K=1.0×10-2 cm/s，是东坝肩绕坝渗漏的主要通道。坝体0+120～0+140段坝体填筑土与阶地边坡结合较差，碾压密实度较低，渗水严重，也是造成下游绕坝渗流的原因。坝基防渗处理范围为0-090～0+150段，高程715.00～727.50 m范围内，下部深入基岩内不小于1.00 m，上部深入粘土心墙或土体内不小于1.50 m。

3　坝基处理方案

该坝段采用高压旋喷灌浆进行处理，单排旋喷方式，双管法施工。钻孔孔距为0.80 m，沿坝轴线布置，采用普通硅酸盐水泥，强度等级R 32.5，水灰比(重量比)为1︰1，水泥浆液中掺入20 %～30 %的膨润土（占水泥重量的百分比），水泥浆液比重约1.60 g/cm3。施工分2序，先进行Ⅰ序孔的施工，再进行Ⅱ序孔的施工。浆液压力30 Mpa，水量60 L/min,喷嘴直径2 mm；气泵气压0.70 Mpa，气量2 m3/min，喷嘴直径2 mm，喷射提升速度10～30 cm/min，旋喷速度10～30 r/min。有效桩体直径不小于1.00 m，最小搭接厚度20 cm。墙体渗透系数10-6 cm/s,抗压强度R 28≥5 Mpa.

4 高压旋喷灌浆试验

该水库东坝肩（0-090～0+150）段采用高压旋喷灌浆施工工艺进行防渗加固。为了保证工程质量，确定合理的施工参数，在0+000～0-012.2段的施工轴线上进行施工性高喷试验，通过试验，选择和确定合适的施工参数及施工工艺，最大程度的适应工程的地层特性和施工条件，用以确定适合于该地层条件下的施工工艺和控制参数。

4.1　施工工艺

4.1.1　测定孔位　用全站仪测出旋喷桩的施工轴线及各旋喷桩的中心位置，定好孔位并做好标识，对标识好的孔位应妥善保护，在每个孔施工前，应重新校核一次孔中心偏差，对偏差超标的孔，应重新放线定位。

4.1.2　钻机安装　钻机安装时中心对正桩位，保证机身水平，立轴垂直，机架平稳。确保在钻进过程中钻机不发生倾斜和移动。

4.1.3　造孔　选取BT-100钻机，在钻孔之前先做好护壁的泥浆循环系统，制好泥浆。钻进过程中适当地提高泥浆的稠度，钻进速度先慢后快，保证成孔中心位移小于50 mm。钻孔孔斜率小于1.5 %。在钻进过程中要及时做好钻进记录，记录内容包括孔位、孔口高程、开钻时间、钻进速度、钻进深度，钻杆长度，地质情况的描述等参数，用于喷射时查验参考，特别是地层情况一定要描述得较为详细。以便喷射过程中根据地层的土性及软硬程度随时调整高速喷射系数，以确保桩体的均匀性。

4.1.4　旋喷灌浆　用普通32.5硅酸盐水泥拌制水泥浆液，水泥要过筛，其细度控制标准筛（4 900孔/m2）的筛余量不大于15 %。下好喷射管送浆，且待注入浆液冒出孔口后，即开始旋转提升，自下而上边喷边提升，喷射过程中要随时检查和记录各个参数，发现问题及时解决，直至达到设计高程后停止供浆。水泥浆液搅拌时间不少于3 min，应搅拌均匀，随拌随用，余浆存放时间不超过4 h，在制浆过程中遇见故障，应立即通知喷射人员，处理好后再进行施工。旋喷结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直至浆面不再下沉为止，回灌浆液一般采用邻孔高喷冒浆自流充填。

4.2　工艺参数

在高喷试验之前，先进行了前期勘探孔的施工，在基岩变化较大的两端，每5 m打一勘探孔，在基岩变化相对平缓的地方，每15 m打一勘探孔。通过勘探孔的施工，试验段勘探孔（桩号0+000、0-015）附近的地质情况如下：

0+000的地质情况：0～9.10 m为亚砂土，9.10～12.80 m为砂卵砾石，12.80 m以下为基岩。

0-015的地质情况：0～8.90 m为填土、亚砂土，8.90～12.70 m为砂卵砾石，12.70 m以下为基岩。

高喷试验段选择在0+000～0～012.2处轴线上，此段基岩高程718.53 m，坝顶高程731.34 m，喷顶高程727.50 m。

本试验段在粘土心墙施工轴线上布设14个试验孔，其中7个旋喷孔，7个摆喷孔。其中1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#孔用于确定旋喷桩的施工参数，8#、9#、10#、11#、12#、13#、14#用于确定摆喷桩的施工参数。试验孔的布置见图2。

4.3　试验设备，见表1

5　高压旋喷试验质量检测及效果

旋喷固结体系在地层下直接形成，属于隐蔽工程，因而不能直接观察到旋喷桩体的质量。必须用比较切合实际的各种检查方法来鉴定其加固效果。

5.1　开挖检查

试验段施工共完成高喷试验孔14个，共计完成钻孔163.50 m、高喷深度共计128.40 m。

试验段完工7 d后，用挖掘机挖至5.50 m左右，然后在高喷板墙的北侧继续人工开挖，开挖深度9.20 m左右，挖至砂砾石层以下1.60 m。1#～7#孔成桩规则，旋喷直径约1～1.20 m，成墙规则；摆喷桩的喷射直径1.10 m左右，在8#桩与9#桩、11#桩与12#桩之间，上部搭接不上，在5.70 m、4.60 m处开始搭接，因此本工程不宜采用摆喷工艺（摆喷角度为30°、提升速度12 cm/min）施工。3#桩和4#桩孔距为1.00 m，旋喷桩有效直径为1.00 m，搭接不好。在5.50 m处为粘土层，是原始地层，较硬，桩径略有减小，此层厚约1.40 m，为了保证更好的搭接，在正式施工中，将提升速度调整为11 cm/min。

5.2　钻孔检查

墙体成形4周后，在指定的位置（4#、5#桩搭接处、5#桩），对旋喷试验桩进行了取样，共取样4个，其中721.231 m高程取样2个、725.631 m高程取样2个送试验室做抗渗及抗压试验，检测结果均符合规范及设计要求。渗透系数及试件抗压强度见表2。

6　试验结论

7　施工经验总结

在喷射过程中，如发现浆液漏失，应停止提升，然后向孔口充填砂、土料或者向浆液中添加适量外加剂，待漏浆消失后，再继续提升；喷射时应先喷浆，再提升旋转，以防注浆管扭断；减少冒浆量可采取提高喷射压力、适当缩小喷嘴直径、加快提升和旋转速度；该水库东坝肩通过高压旋喷进行处理后，渗水明显减小，取得了很好效果，是一种施工方便、速度快、经济易行的方法，在今后类似工程中可大量推广应用。

参考文献：

[1]《地基处理手册》（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.