高压旋喷灌浆在水利工程除险加固工程中的应用

黄能高

(江西省抚州市临川区抚河河道堤防维护中心，江西 抚州 344000)

0 引 言

为了有效应对水资源时空分布不均衡的问题，我国在20世纪50-60年代修建了大量的水利工程，有效地保障了人民群众的生命财产安全。在长期的运行中，一些水利工程出现了不同程度的病险问题。对水利工程进行除险加固，能够有效的保障水利工程的安全可靠运行，能够使工程更好地发挥出实际效益。高压旋喷灌浆作为常见的水利工程除险加固工程中的施工工艺，能够有效地降低施工成本、提升施工效率。

1 工程概况

中洲堤位于抚河干流中游右岸和千金坡干港左岸，中州堤能够与桥东防洪墙进行有效配合，形成对于当地的全方位保护，圩堤全长30.40km。中洲堤2010年(应急)除险加固工程(Ⅱ标段)项目设计和施工标准为堤防四级，本期工程堤防总长6.65km，桩号分别为0-050-0+650、1+350-2+550、3+950-4+550、10+800-12+400、13+550-13+850、18+700-19+250、19+900-20+800、23+000-23+800段。主要建设内容包括：堤基清基、压浸盖重、填塘固基、堤基防渗、黏土回填、护坡固脚以及排涝站等。中洲堤设计防洪标准(重现期)为20年，堤防工程级别为4级。工程主要内容为堤身加高培厚、抛(砌)石固脚、混凝土护坡、堤身堤基防渗、填塘压浸、草皮护坡、穿堤建筑物接长加固等。

2 高压旋喷灌浆施工工艺

2.1 高压旋喷灌浆施工工艺

高压喷射灌浆施工工艺的主要应用原理是在钻机造孔之下，通过灌浆管下至土层的预定位置，由于灌浆管配置有喷头，在高压设备的支持下，能够实现高压液体的喷射，进而实现对土层的破坏。在破坏的过程中，钻杆会同时向上匀速抬升，使得浆液能够与土粒充分搅拌，在浆液经过一段时间的凝固后，就能够形成稳定的固结体，于是就达到了防渗和提高地基承载力的效果。一般来说，高压喷射灌浆有旋喷、定喷和摆喷3种港式，往往根据工程的特点和当地的土质结构进行选择[1]。

2.2 高压旋喷灌浆施工的具体流程

2.2.1 高压旋喷灌浆施工参数选定

轴线布置在临水面距堤中心线3.0m，单排布孔,高压摆喷灌浆分两序施工，采取折接方式连接，折接摆角≥31°，墙顶为设计洪水位标高以上0.5m，桩底深入基岩1.0m；高喷灌浆钻孔孔位与设计孔位偏差≤50mm，孔斜率<1%，成墙后抗压强度≥3.0MPa，防渗体有效厚度≥15cm，渗透系数K≤5.0×10-6cm/s。

射水造墙设计造孔布置在堤顶，轴线距设计堤顶轴线2.0m，防渗墙轴线放样时可进行调整，单排孔布置，射水造墙顶高程在设计洪水位以上0.5m，墙厚0.35m，射水造墙有效深度应该处于基岩之外0.5m左右的位置。

在进行混凝土防渗墙施工时，分二序施工分开操作，其中将奇数槽孔设置为为I序槽孔，偶数槽孔设置为为II序槽孔。II序孔的建造必须在I序孔混凝土初凝后进行。为了有效保障搭接部位的质量，在造孔时可以借助成型器侧向高速喷嘴，通过高速的冲刷，使墙体侧面保持干净、无黏土状态。

固壁泥浆比重为1.1-1.20g/cm3，黏度为18-25s，含砂量<5%。防渗墙孔均为垂直孔，其偏斜率应<0.3%；成墙后墙体抗压强度R28≥10MPa，墙体渗透系数k≤1×10-6cm/s，墙体允许渗透坡降J<50。

2.2.2 施工工艺

高喷：场地平整→测量放线→钻孔→制浆→喷浆→回灌。

射水造混凝土墙：场地平整→测量放线→设备就位→造孔→清孔→混凝土拌制→混凝土浇筑。

深层搅拌桩防渗墙：场地平整→测量放线→设备就位→对中调平→预搅下沉→注浆搅拌提升。

2.3 高压旋喷灌浆的施工步骤

1)场地平整：

进场后对施工场地进行平整，铲除地表植被，以满足施工需要为宜。

2)测量放线：

沿高喷轴线测量放样，确定每孔孔位，并根据测量控制点放出每孔孔口高程，设竹片作为孔位标志，注明钻孔编号。编号如：

3)钻孔：

钻机的设备是XY-2GP型，其中钻头采用直径110mm的三翼合金钻头，硬质合金钻头也能够满足需要。在钻孔施工时，采用二序施工分开操作，为了有效固壁钻孔时可以采用膨润土泥浆。为保证钻孔质量，施工过程中认真如实填写报表。

4)成孔检查验收：

终孔后，进行终孔检查。检查孔位、孔深，钻孔验收经监理人员验证合格后方可进入下一道工序作业。

5) 浆液拌制：

施工时采用P.C32.5水灰比为0.9∶1或1∶1，控制进浆比重在1.40-1.45g/cm3，施工班组每次新制浆液均需测试一次比重。质检员对每根桩喷射过程中对浆液比重抽检2-3次。水泥浆液要充分搅拌，严格过滤。水泥浆液在使用中要遵循随配随用的配用原则，并且在存放时要严格按照具体的存放要求进行存放。

6)喷浆：

当钻孔完成验收工作后，要将钻机移位，安排高喷台车开展工作，由下高喷管，为了防止喷嘴堵塞，要对喷嘴进行缠胶布处理。当喷管下放到预定位置后，要对喷嘴位置进行调整，以此将所需的物料输入孔内，并开始高压灌浆，由下至上进行提升、喷射同步作业。一序孔和二序孔喷射间隔时间≥24h。详细高喷施工参数见表1。

表1 高压摆喷施工技术参数表

7) 冒浆回灌及封孔：

完成喷射灌浆工作之后，要对高喷台车进行移位，并将高喷台车后的高喷孔中的产生的回浆进行引入，如果回浆量与要求不符，则要向喷射孔内注射水泥浆液，当孔口液面处于稳定的不再下沉状态时停止灌注。

8) 防渗体质量实验方法及步骤：

高喷灌浆质量采用围井检测，在高喷灌浆结束7天后进行。开挖检查围井上部，主要检查防渗墙厚度、强度、搭接长度及质量等是否满足设计要求。

对围井进行注水试验，在围井中心钻孔，钻孔直径≥110mm，孔深至围井底部，在孔内下入过滤花管。

按照《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》的规定计算高喷板墙的渗透系数。计算高喷灌浆围井的渗透系数公式如下：

式中：k为渗透系数，m/d；稳定流量，m3/d；t为高喷墙平均厚度，m；L为围井周边高喷墙轴线长度，m；H为围井内试验水位至井底的高度，m；h0为地下水位至井底的高度，m。

3 高压旋喷灌浆在水利工程除险加固工程使用中的注意事项

3.1 在浆液的配置上

浆液质量直接决定了高压旋喷防渗墙的质量，因此，在实际的施工中必须严格把控。由于浆液制备主要材料为水泥，在水泥的使用中，要对每一批次的水泥进行检查，具体检查水泥的质量合格证和国家认可的质检部门检测报告。本工程使用的水泥质量全部合格[3]。

3.2 在钻孔工作上

首先，钻孔位置要严格规范，钻机水平位置反复调整且安装牢固平稳。其次，在孔序及孔径上，要按照分序加密原则进行推进，要将偏差降到控制范围内。第三，在孔深上，在钻到坝体基岩交界面时，应测量钻孔深度是否与设计相符，这对于钻到坝体基岩交界面时应测量钻孔深度是否与设计相符具有重要影响。最后，在孔壁的选择上，要使用优质黏土和膨润土为原料制作护壁泥浆，对于护壁泥浆的要求是具有比较强的亲水性、稳定性、分散性，同时还要有良好的可塑性。

3.3 在灌浆工作上

施工前需先修筑导流围堰，围堰布置在排涝闸进出口适当位置，围堰为土石围堰，根据施工期的抚河水位确定堰顶高程为31m，顶宽6m，两侧边坡1∶3，临水面用1.5m厚的编织袋装土防护，堰体中部采用2m厚的黏土防渗。施工喷射时，先应达到预定的喷射压力，正常回浆后再逐渐提升注浆管。必须要确保灌浆至坝基交界面时能够正常回浆，否则不能提升高度，且应保证高度回到1m 后返回交界面再重复提升，以提升固结体整体性。

4 防渗加固效果分析

4.1 射水造混凝土防渗墙防渗检测

施工完成后，施工单位对射水造混凝土防渗墙的抗渗情况进行了检测，检测情况见表2。

表2 射水造防渗墙混凝土抗渗检测情况统计表

4.2 防渗墙质量检测

施工完成后，对防渗墙进行了围井注水实验检测，共检测10组检测结果见表3。

表3 防渗工程围井注水实验检测表

4.3 本期工程中的6个分部工程，通过分部工程验收，2个分部工程评定为优良，优良率为33.3%。根据水利部《水利工程建设项目验收管理规定》(水利部令第30号)和《水利水电建设工程验收规程》(SL223-2008)的规定，中洲堤2010年(应急)除险加固工程(Ⅱ标段)单位工程自评质量等级评定为合格。

5 小 结

本工程在堤坝防渗工程中，不仅能够有效地降低成本、而且开挖小，对于周围环境的影响小、施工方便，经济和社会效益良好。在高压旋喷灌浆技术的应用之下，很大程度上提升了临川区中洲堤的防渗抗灾能力，减轻了防洪压力，有效地保障了人民群众的生命财产安全，具有比较突出的社会效益和经济效益。