单管高压旋喷防渗墙在土坝防渗工程中的应用

水利建设与管理・２０１０年第５期　５５　单管高压旋喷防渗墙在土坝防渗　工程中的应用　丁丽珍　（福建省泉州市洛江区农业水务局　３６２０１１）　【摘要】本文分析了新南水库渗漏原因，提出了几个处理方案，通过方案比选，确定采用单管高压旋喷防渗墙作为　大坝防渗处理方案。并针对新南水库防渗工程中的应用实例，提出土坝坝体防渗选用高压旋喷防渗墙设计和施工过　程中的质量控制方法，供有关业主、设计和施工人员选择防渗处理方案时参考。　【关键词】高压旋喷灌浆坝体防渗　质量控制　１工程概况　新南水库位于泉州市洛江区双阳街道新田村，总库容　１４３万ｍ，。是一座以防洪为主，兼有灌溉、供水等功能的小　（１）型水库。大坝为均质土坝，最大坝高２７．３０ｍ，坝顶宽　调，导致防渗墙和土坝接合面脱开，难以满足防渗墙与土　坝协调变形要求，且工程造价较高。方案⑨深层搅拌桩和　方案⑥旋喷防渗墙都是形成水泥土加固体，在加固效果　方面，由于单管高压旋喷法注浆量大，被加固土体的吸浆　量较饱和，而深层搅拌法注浆量相对较小，被加固土体的　吸浆量不够饱和。因此，一般来说单管高压旋喷桩的承载　４ｍ，坝顶长２１０ｍ。水库保护下游０．７万人口和６７ｈｍｚ耕地　及武警支队、顺源汽车学校等单位。因此，水库的安全运行　对下游广大群众的生命财产和经济建设至关重要。　新南水库于１９５６年兴建，１９５９年竣工，１９６５年大坝　加高，土坝加高９ｍ，将位于左岸的溢洪道回填，另在右岸　新建溢洪道，由于新旧坝体回填时处理不当，为工程留下　力及抗渗性要优于深层搅拌桩。但深层搅拌法节省材料　用量，深层搅拌桩目前一般的施工深度多在１３～１４ｍ，工　程质量控制较好，该工程平均深度１８．２３ｍ，深度越深，垂　直度偏差越难控制。各方案比较见表１。　了隐患。水库运行至今已有５０多年，据现场调查了解，当　水库运行水位超过７０．Ｏｍ时，大坝下游面中部出现湿坡　和散浸现象，大坝左坝坡与山体交界处存在漏水等问题。　鉴于新南水库是双阳街道的主要生活水源，水库保　护下游０．７万人口和６７ｈｍ２耕地及武警支队、顺源汽车学　校等单位，其防洪效益尤为重要。综合相关因素分析，单　管高压旋喷灌浆防渗墙在其可靠性、耐久性、防渗效果方　面明显优于其他方案，虽然造价略高，但本着彻底处理、　不留隐患的原则，该工程采用单管高压旋喷灌浆防渗墙　作为大坝防渗处理方案。　２大坝防渗方案的确定　现场钻孔注水试验及土样试验显示，大坝土料的平　均渗透系数　：１．５３ｘｌＯ％ｍ／ｓ，属中等透水，填土密实度　低，孔隙率大。针对坝身存在的上述问题，提出如下处理　方案并进行比较：⑧采用充填灌浆防渗；⑤在坝体上游铺　设复合土工膜；⑥混凝土防渗墙；③深层搅拌桩防渗；⑥　高压旋喷防渗墙防渗。　３高压旋喷防渗墙设计　单管高压旋喷法是高压喷射注浆法之一，它是利　用３６０。旋转高压喷射浆流连续地对加固土体产生切　割、冲击破碎和搅动作用，使注人的浆液和土体混合凝　固为新的圆柱状固结体——水泥土，水泥土具有较强　方案⑧充填灌浆防渗投资小，施工简单，可增加坝体　密实度及渗透系数，但问题处理不彻底，每３～５年需要重　复灌浆。方案⑩铺设土工膜，工序多、人工投入多，需放空　的抗压及抗渗性能，因此采用该工法可起到强化地基　和防水止渗的作用。　３．１桩径取值　防渗墙厚度按下式计算取值：　６＝ａ／－／／［）］　库施工，且坡比必须达到１：２．５以上，新南水库上游坡太　陡，不利于复合土工膜的稳定，坝面与山体、坝底接合部　位的搭接质量较难控制。方案＠混凝土防渗墙有较高的　强度和防渗性能，但其弹性模量也大，与土坝变形不协　丁丽珍／单管高压旋喷防渗墙在土坝防渗工程中的应用　引　表１　项目　优点　各方案分析比较情况　充填灌浆　复合土工膜　混凝土防渗墙　深层搅拌桩　单管高压旋喷　施工工艺简单，可增加　施工简单、工期短、　强度高耐久性好、防渗性能　适用范围广，成墙质量　坝体密实度及渗透系数　性能稳定　防渗性能好　好节省水泥　好，防渗及耐久性好　、、缺点　浆液收缩，多年后还需　需放空库水才能施　工程造价高，弹模　施工深度大于１４ｍ时　有重复灌浆　工２０％的返浆，造价较高　搭接质量较难控制　大，与土坝变形不协调　桩体的垂直度难以保证　，投资（万元）　４０　４４　２０３　・　６０　１２２　式中卜△　最小防渗墙厚度；　防渗水头差，ｍ；取最不利情况２２．５ｍ；　３．２技术参数　新南水库坝顶全长１　８８ｍ，该方案从大坝坝顶桩号０＋　ｆ．，１一设计允许破坏比降，水泥土桩体取８０。　０００～０＋１５８段布设单排旋喷防渗墙，坝体防渗采用单管　经计算，６＝０．２８ｍ，取工程桩径Ｄ＝０．６ｍ，孔距Ｌ＝Ｏ．５ｍ，　桩与桩搭接为１０ｃｍ，桩与桩的交圈厚度ｅ＝（Ｄｚ—Ｌ２）　＝　０．３３ｍ＞０．２８ｍ，满足要求。考虑到防渗墙体连续性和施工　方面的因素，本工程桩径取不小于０．６ｍ。　表２　孔间距（ｍ）　０．５ｍ　高压旋喷防渗墙，旋喷桩桩径不小于０．６ｍ，孔距为　Ｏ．５０ｍ，桩与桩搭接不小于１０ｅｍ。旋喷防渗墙钻孔进入基　岩以下０．５ｍ，施工分两序孔间隔进行。灌浆施工的各种技　术参数见表２。　技孔序　术参数表　喷嘴直径（ｍｍ）　２．６～２．８　水灰比　灌浆压力（ＭＰａ）　浆液流量（Ｉ　ｒｎｉｎ）　旋转速度（ｒ／ｍｉｎ）　提升速度（ｃｍ／ｍｉｎ）　１：１　≥２２　４５－５５　１８　１８　分Ｉ、Ⅱ序　大坝旋喷桩防渗加固如下图所示。　旋喷桩防渗墙轴线　４．２施工工艺方面的控制　４．２．１钻机就位、成孔　钻机就位应准确，偏差不大于５０ｍｍ；成孔的垂直精　度必须控制在１．５％以内，才能保证桩间的咬合，其施工　技术要求较高。该工程采用新型ｘ卜５０型履带式旋喷钻　。　序孔　４高压旋喷灌浆质量控制　４．１试桩及施工参数的确定　●嗍　机，钻机就位平整，成孔深度满足设计要求。　４．２．２浆液配制搅拌　为了保证浆液的浓度，应当采用二次搅拌配制浆液，　旋喷柱防渗墙布置图　即在第一只搅拌桶中按确定的水灰比配制并搅拌水泥浆　液，用比重计对配制好的浆液密度进行测量，控制浆液密　施工前应根据设计资料，结合工程实际情况进行现　场试验或试验性施工，检验施工设备是否满足设计要求，　确定施工参数及施工工艺。　试桩完成经过一定时间（７天以上）后，可以开挖　一度，并由专人记录所加水、灰和浆液密度等数据，搅拌３～　５ｍｉｎ后放人第二只搅拌桶中待用。禁止采用一只搅拌桶，　一边配浆一边抽浆，否则难以控制浆液水灰比。制备好的　浆液不得离析，停置时间：当气温在ｌ０℃以上超过３ｈ或　在ＩＯ￣Ｃ以下超过５ｈ，均应按废浆处理。控制好喷管的提　定深度进行桩体外观检查，测量桩径，同时在桩体　上取芯，进行无侧限抗压试验，获取抗压强度值。从　实测桩径、抗压强度值中选取满足设计要求的一组　施工参数：孔径达到０．６ｍ时，注浆压力需２５　ＭＰａ以　上：基岩内提升速度１５ｅｍ／ｍｉｎ，坝体内提升速度　２０ｃｍ／ｍｉｎ；旋转速度１８ｒ／ｍｉｎ；水灰比１：１，水泥浆液比　重为】．４９。　速，使成桩体均匀，注意做好回浆循环回收利用，以降低　施工成本。　４．２．３喷射注浆　注浆管必须下到成孔深度（即设计深度），从设计深　度旋转提升射浆管，同时喷射高压水泥浆，使其与扰动土　体充分混合，由下而上地进行。喷射管分段提升的搭接长　丁丽珍／单管高压旋喷防渗墙在土坝防渗工程中的应用　５７　度不得小于］ＯＯｍｍ。高喷灌浆应分两序进行，先序孔提升　必须待孔口返浆正常后才能正常提升钻杆或喷杆。　４．３．３冒浆　速度可稍慢，后序孔相对来讲可稍快。相邻孔高喷灌浆间　隔时间不宜少于２４ｈ。　冒浆是指在灌浆过程中浆液在坝坡、地面或库区底　部流出或喷出。　４．３旋喷注浆异常情况的处理　高喷灌浆施工中，在钻孔和灌浆过程会出现塌孔、漏　浆、冒浆、串孔等问题，引起压力突降或骤增、孔口回浆密　度或回浆量异常等情况，此时，必须查明原因，及时进行处　理。新南水库在高压旋喷灌浆中，以上情况都有不同程度　的发生，经过及时恰当的处理，确保了施工进度和质量。　４＿３．１塌孔　解决方法：若土质松软则适当复喷；若附近有空洞、　通道，则应不提升注浆管连续注浆，直到冒浆为止或拔出　注浆管待浆液凝固后重新注浆。可采取在冒浆点加覆盖、　降低灌浆压力、间断灌浆等措施。　４－３．４串孔　串孔是指在某一孔口正常灌浆时，浆液从相邻孔口　返出，说明钻孔在地下有通道相通。　解决方法：可采取将串孔孔口开挖清理后封闭并压　重、降低灌浆压力等措施。灌浆孔结束后，应尽快对串浆　孔复钻至设计高程。　塌孔是在成孔后，由于在钻孔部位的地层中含砂或　砾石较多，可能会出现坍塌、脱落，导至灌浆时喷射管无　法下到设计深度。　解决方法：可加大泥浆浓度或在泥浆中加入膨润土　护壁，必要时可采用套管护壁法钻进。　４．３．２漏浆　５结语　防渗墙完成后进行墙体开挖和抽芯检测。开挖显　施工中如果地层中存在砂、砂砾石或通道，可能出现　漏浆现象，主要表现在钻孑Ｌ或灌浆时孔口不返浆或返浆　量降低。　解决方法：钻孔时可加大泥浆浓度、在泥浆中掺加细　砂或向孔内填充水玻璃等堵漏材料。灌浆时发生漏浆可　示：墙体成型规则，墙厚３０～６０ｃｍ，防渗墙渗透系数Ｋ：　（３．３６～３．９４）Ｘ１０—９ｅｒａ／Ｓ；允许渗透比降．，＞１００，墙体质量　完全满足设计要求。水库经汛期满负荷运行后未发现　任何渗漏现象，防渗效果明显。检测后证明：单管高压　旋喷灌浆技术在新南水库土坝防渗工程中得到了很好　的应用，它具有工程造价适中、防渗效果良好、施工条　件要求低等优点，值得在水利工程加固除险防渗工程　中推广和使用。◇　采取停止喷杆提升或降低提升速度、降低喷射压力和流　量、在浆液中掺入速凝剂、加大浆液密度、灌注水泥砂浆　或水泥粘土浆等措施。不论是在钻孔还是灌浆过程中，均　（上接第３页）施落实到县、乡，落实到村、户，及时转移受　威胁地区群众，确保人民群众生命安全。　第六，强化重点工作，确保大坝安全。今年水库安　全度汛工作的重点，一是病险水库，二是在建工程，二三　进度、安全三者的关系，坚决杜绝违规操作、违章施工。　水电站及其上级主管部门要设立防汛机构，在有管辖　权的防汛抗旱指挥部的统一指挥和调度下，强化水电　站立项、设计、施工、监理和调度运行等环节管理，从根　是水电站。病险水库要制定切实可靠的度汛方案、抢险　应急预案，准备更为充足的抢险物料，切实做到组织、　管理、预案、制度、队伍、物资六个到位，不能确保安全　本上消除水电站安全度汛隐患。　同志们，水库防洪安全事关经济社会发展大局和　人民群众生命安全，责任重于泰山。我们要以对国家和　人民高度负责的精神，充分认识做好水库安全度汛工　作，确保水库安全度汛的重要意义和重大责任，深刻认　识水库安全度汛面临的严峻形势和突出问题，克服麻　度汛的病险水库，要坚决空库迎汛。在建水库要理顺在　建工程管理体制，明确政府监管部门，强化项目法人责　任制，跨汛期施工的在建工程一定要制定施工度汛方　案和应急抢险方案，尤其要落实防御超标准洪水的应　急度汛方案，并报有管辖权的防汛抗旱指挥机构审批，　确保工程安全。工程施工过程中一定要正确处理质量、　痹思想，增强忧患意识，加大工作力度，强化各项措施，　扎扎实实地做好各项工作，夺取今年水库安全度汛工　作的全面胜利。◇