高压摆喷灌浆技术在坝基防渗加固修复中的应用

史天波 陈文斌

（1贵州黔水工程监理有限责任公司 2西北农林科技大学）

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高压摆喷灌浆技术在坝基防渗加固修复中的应用

史天波1陈文斌2

（1贵州黔水工程监理有限责任公司 2西北农林科技大学）

为解决七里坡水库运行中长期存在的坝基渗漏且不断加剧问题，根据大坝安全鉴定成果，应用高压喷射灌浆技术，在大坝上游坝坡增设垂直防渗体进行加固修复处理。经过对坝体和坝基粉砂层、河流冲积层及强风化基岩进行高压水泥浆液灌注，硬化后形成固结体实现对渗漏通道的有效堵截。经现场开挖检查、围井注水试验、室内检测和渗流监测，结果表明：处理后的防渗墙体整体连续性和密实度均较好，各项检测指标均满足设计与规范要求，坝基渗漏得到有效处理，防渗效果较好。

高喷灌浆 防渗墙 渗透系数 坝基渗漏 小型水库

高压喷射灌浆技术，由于其具有防渗地层适用范围广、施工便捷、固结体形状可控、材料广阔和性价比高等优点，从20世纪80年代开始，在我国水利水电工程基础防渗中得到了广泛推广应用，并取得了较好的防渗加固修复效果。为规范施工技术和确保施工质量，国家发改委于2004年颁布实施了《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T 5200-2004），有效指导高喷灌浆向地基加固以外水工建筑物工程领域发展。这项技术，不仅可以用在松软地层的坝基坝肩防渗、坝体截潜流和临时围堰等新建水利工程中，而且可以作为主要加固修复工程措施用于已建工程坝体结构裂缝渗流、漏洞及安全隐患等防渗处理和深基坑或大坝止水帷幕。通过合理控制和工艺参数调整，高喷灌浆技术可以适用于任何松散地层。另外，由于高压喷射灌浆技术具有无需地层开挖、对施工场地要求不高、可灌性和可控性好等特点，通过定、旋、摆等灌浆工艺，固结形成防渗所需要的凝结体，其施工深度最高可到90 m，对于50 m以内施工深度其工艺参数较为成熟，可以有效克服很多防渗技术不能深达基岩相对不透水层的不足。在水库除险加固防渗修复工程中，结合工程特性合理选用高喷灌浆防渗技术，可以获得较大地层适应性和工程施工造价经济性，确保防渗工程高效优质、节能经济的顺利进行。

1 高压喷射灌浆施工原理

受历史条件、设计标准和施工技术等因素的影响，20世纪50年代末到80年代初，我国兴建了一大批以当地材料填筑为主的土石坝。鉴于当时设计、施工理念和技术、资金水平等限制，专门防渗结构和防渗措施未设置或设置不足，加上后期运行维护落实不到位，许多水库大坝出现坝身渗漏、坝基和坝肩接触带渗漏等问题，大坝带病运行，严重制约着水库大坝安全稳定运行和经济效益的正常发挥。坝基渗漏现已成为中小型水库大坝病险的主要问题，同时也是大坝防渗加固修复的关键部位。对于土石坝坝基防渗加固修复处理，常规混凝土防渗墙和灌浆法，不仅施工工艺复杂，同时灌浆压力难以掌握以及大体量开槽、造孔易引起地基应力“释放”而造成坝体结构应力变形，施工难度较大、成本较高、防渗工程节能经济性较差。高压喷射灌浆可以利用钻机钻孔精确达到需处理的薄弱部位，通过高压喷射浆液切割岩体冲击搅拌，硬化后形成防渗凝结体，从而达到精准防渗加固目的，且对坝体结构不会带来较大扰动，工程造价也比较低，非常适用于病险土石坝除险加固防渗修复。

高压喷射灌浆技术（简称高喷灌浆法，Jet Grouting），是在化学注浆法基础上结合高压水气混合射流切割技术研究而发展起来的。以常见的“水泥”为主材，水泥砂浆在喷射过程中扩散、充填和置换，切割掺搅地层与土石粒均匀混合，硬化后形成一定形状的凝结体，在坝体内构筑一道严密堵截渗流的连续防渗墙。高喷灌浆防渗施工系统主要包括：造孔系统、给水（气）系统、供浆系统、提升系统和孔口喷射系统等，其防渗工艺设备组成如图1所示。

图1 高喷灌浆系统组成

高喷灌浆按照图1所示进行设备组装后，其主要施工工序为：钻孔布置→钻孔→下喷射管→制浆（供水、供气）→喷射→摆动提升→固结成墙→回灌→冲洗→充填封孔。高喷灌浆只需在存在渗漏裂缝的部位，钻一个孔径约50-300 mm的小孔，便可以在土体内部喷射凝结形成0.4-4.0 m凝结体。在浆液喷射过程中，可根据工程实际合理调整喷嘴角度、灌浆速度和提升速度，合理控制喷嘴大小和增减喷射压力，确保形成凝结体与设计相匹配。另外，可以通过对单管、二重管和三重管等喷射过程中的压力、吸浆量和冒浆量等进行实时监测分析，动态了解喷射效果及可能存在的缺陷，及时调整施工特性参数或施工工艺，确保喷射灌浆质量达到设计要求。

2 大坝除险加固高压摆喷防渗应用

2.1 工程概况

七里坡水库属于小（1）型已建水库，坝址以上流域面积4.73 km2，河道长5.12 km，河道比降48.7‰，总库容230.50×104m3，其中兴利库容208.50×104m3。水库大坝于1976年11月开始动工修建，1979年9月主体工程竣工，1980年3月下闸蓄水，是一座以灌溉为主、兼顾防洪和引水发电的综合利用水利工程。大坝填筑材料为当地砂壤土，以“人工挑抬”填筑夯实而成，坝顶高程436.50 m，最大坝高29.5 m，坝顶长218 m，坝顶宽8.0 m。防洪标准为100年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

2.2 大坝安全鉴定及坝基防渗加固

2.2.1 大坝安全鉴定

水库蓄水运行后不久，发现大坝存在坝基接触带渗漏问题，并曾多次出现过管涌和砂沸渗漏现象。虽经1995年和2003年两次灌浆加固修复处理，但由于未全面进行论证分析，防渗效果非常有限，坝基渗漏问题仍然存在。钻芯取样分析结果表明：原高压喷射灌浆段土体渗漏系数达7.1×10-5cm/s，远大于规范≤1.0×10-5cm/s的指标要求；坝基少部分分布有4-6 m厚的河流冲洪积层，透水性强；大部分坝基以强风化基岩为主，强风化带较厚，岩体内部裂隙发育；加之施工时清淤不彻底，是导致坝基渗漏的主要原因。原坝基设置的高压喷射帷幕灌浆，由于其钻孔深度不够，未深入基岩不透水层，导致喷射灌浆未能形成连续的密实防渗墙，不能有效截断基岩、覆盖层与坝基间的渗漏通道，导致高水位蓄水运行后，渗漏通道不断扩大，渗漏量不断加大且呈加剧趋势。2013年，大坝进行全面安全复核，鉴定为“三类坝”，坝基渗透比降小于规范允许值，加上坝基严重渗漏问题，急需采取合理防渗加固修复工程措施堵截坝基渗流通道，有效提高大坝整体防渗安全稳定性。

2.2.2 防渗加固修复方案

根据地质勘查资料，大坝坝基接触带主要为强风化砂岩，断层节理高度发育，且完整性较差。坝基主要以粉砂层和粗砂层为主，在大坝0+27.00-0+56.00和0+135.50-0+172.50段，粉砂层平均厚度为2.5 m，粗砂层平均厚度为2.3 m。鉴于大坝坝基渗漏主要是由于坝基清淤不彻底、原喷射灌浆未达基岩不透水层等引起，结合坝址区水文地质条件，采用高压摆喷灌浆进行大坝坝基防渗修复除险加固。

根据《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》相关要求，对于地层地质条件较复杂或深度较大的高压喷射工程，应根据工程特性合理选定典型地层段进行高喷灌浆现场试验，通过不同孔距、排距等系数调整以获得较优喷射特性参数组合，从而确保高喷灌浆施工质量[4,5]。在大坝0+145.50-0+162.50段，按照1.6 m、1.2 m和1.0 m三种孔距布孔进行试验，每种孔距布孔5个，试验深度均为25 m，共设置15个孔，试验段总长度17 m。经现场试验及对试验区段防渗墙厚度、抗渗性能等指标进行综合分析，最终确定高压摆喷施工特性参数见表1。

设单排高压摆喷灌浆孔，喷孔间距为1.2 m，嵌入强风化花岗岩深度≥3 m，以达坝基相对不透水层。按照设计要求，在喷孔间距1.2 m情况下，两孔中心搭接间距为1.6 m。因此，决定采用三管法（桩径为1.0-2.0 m）进行高压摆喷射施工。摆喷灌浆孔按照折接形式进行布置（图2）。

图2 高压摆喷灌浆孔折接布置示意

对坝基渗漏严重部位，在浆液中掺加环氧树脂等水下堵漏外加剂后再进行灌浆。高喷灌浆成墙渗透系数指标为1×10-6≤K≤9×10-6，并采取合理漏浆、串孔、灌浆中断等应急处理措施，以确保灌浆施工进度和质量。

2.3 摆喷灌浆防渗加固修复效果分析

防渗加固工程竣工后，开挖直观检查喷射效果及墙体斜街情况表明：防渗墙桩间搭接良好，孔位、孔深和入岩深度均达到规范要求，板墙对接完好，成墙最小厚度＞50 cm。钻孔法和围井法对坝基防渗墙体进行质量检查，按照每个单元工程布置2个检查孔，每5个单元工程布置1个注水试验围井，对墙体强度和渗透系数进行检测，检测结果如表2所示。

表2 高压摆喷灌浆防渗特性指标检测结果

表2表明：高压摆喷灌浆坝基防渗墙其典型芯样的抗压强度为3.25-4.32 MPa，均大于规范要求（≥2.5 MPa）；渗透系数检测值为0.98×10-6-4.27×10-6cm/s，均小于规范要求（≤ 9×10-6）。加固后坝体与坝基渗漏得到明显控制，无明显渗漏点，防渗加固质量满足运行要求。尤其是坝基强透水层埋深较浅坝段，渗漏检测其渗漏量明显减少，大坝坝基渗漏问题得到有效处理。

3 结论

高压喷射灌浆技术在坝基坝体防渗、结构裂缝防渗加固修复等水利工程领域，应用效果良好，多采用定喷和摆喷形式，具有结构经济、施工进度较快和质量较高等优点。七里坡水库由于大坝填筑土料渗透性大、坝基清淤不彻底、强风化基岩内部裂隙发育、河流冲洪积层厚等原因，导致大坝坝基接触带存在严重渗漏问题。结合水库病险状况及工程特点，优选技术、经济和施工条件等均较优越的高压摆喷灌浆技术进行坝基防渗处理加固修复后，大坝渗水险情得到明显控制，未发现明显的渗漏点。经试验测试，防渗墙墙体强度、渗透系数等技术指标均满足规范要求，坝基渗漏得到有效处理，收到了良好的防渗加固修复效果。

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S543；TV62+1

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1008-0120（2017）02-0019-03

国家科技支撑计划项目（2015SXC21P35）；中央高校基本科研业务费专项资金（37809506）

2017-04-27

史天波（1967-）：男，高级工程师；通讯地址：贵州省贵阳市宝山南路27号凯尼大厦12-6，550002