高压摆喷灌浆技术在三陵病险水库土石坝加固工程中的应用

代 涛，江山红

（1.长江科学院，湖北 武汉 1430015；2.长江规划勘测设计研究院，湖北 武汉 430000）

1 概 况

三陵水库位于三亚市西部宁远河下游的崖城镇三陵岭附近；水库拦截宁远河支流，坝址距三亚市中心60 km，距离崖城镇15 km；三陵水库是以灌溉为主，结合防洪，养殖等综合利用的小（一）型水利工程，水库设计灌溉面积240 hm2。坝址以上集水面积19.5 km，水库正常蓄水位为84.44 m，相应库容649.0万m3，校核洪水位88.06 m，总库容888.0 万 m3。

由于水库运行时间长，且年久失修，大坝两侧坝肩及坝体基底严重漏水。依据设计要求，坝体采取高压摆喷灌浆，形成截水帷幕墙。摆喷喷灌浆孔距采用1.3 m，桩喷射直径不小于1.5 m，墙顶高程87.81 m，墙底高程以钻孔时入岩1.5 m为准。处理范围内地层自上而下为坝体填土、砂卵石层、中风化岩层。

2 工艺试验施工设备及技术参数

高压摆喷灌浆施工前，先在坝头设计轴线附近进行高压摆喷桩工艺性试验，数量为一组2根，深度按进入岩层1.5 m控制，通过试验确定满足设计要求的最终施工参数，以此作为控制施工的设计参数。主要施工机械设备见表1。

喷管的2个喷嘴夹角180°，25°摆动喷射，其余技术参数见表2。

表1 主要施工机械设备表

表2 高压摆喷灌浆主要施工技术参数表

3 高压摆喷灌浆布置形式

沿设计灌浆轴线按设计要求布孔，桩径1.5 m，桩孔间距1.3 m，分二序进行施工，施工时采用二喷嘴25°摆动喷射，喷嘴夹角为180°。高压摆喷灌浆墙顶及入岩深度按设计要求控制，成孔深度原则上按设计孔深控制。

1）高压摆喷灌浆平面布置见图1。

2）高压摆喷灌浆剖面大样见图2。

图1 高压摆喷施工工序平面图

图2 高压摆喷灌浆剖面大样图

4 高压摆喷灌浆施工工艺及流程

1）高压摆喷灌浆采用三管法喷射工艺，即三管同时喷射高压水、气、浆，利用高压水气切割搅拌地层，水泥浆充填置换，桩体沿轴线相互搭接形成防渗灌浆体。

2）高压摆喷灌浆分二序孔钻灌施工，Ⅰ序孔喷射施工完成48 h后，相邻的Ⅱ序孔才可以施工。

3）施工工艺流程见图3。

图3 施工工艺流程图

5 高压摆喷灌浆施工工法

5.1 施工方法

1）采用三重管法高喷灌浆，高喷形式为高压摆喷，防渗墙体结构形式为折线搭接式板墙结构。

2）施工现场布置→测量放轴线控制点→钻进→护壁→成孔检查验收合格→下入三重管→高喷灌浆→封孔。

5.2 钻孔

1）采用XY-100型钻机钻孔，首先把钻机对准孔位，用水平尺掌握机身水平，垫稳、垫牢、垫平机架。钻孔直径φ110 mm，控制孔位偏差不大于3 cm，孔斜率用测斜仪测量，不大于0.5%。

2）钻孔使用合金钻头，泥浆护壁，正循环钻进，钻孔深度按设计孔深确定。由于高喷孔地层主要为填土、砂砾石层，因此泥浆护壁是成孔的关键，本工程泥浆制备采用优质膨润土为主，泥浆比重控制在 1.08～1.1 g/cm3，粘度 17～20 s，胶体率大于90%，含砂量不大于8%。

3）对钻进过程遇到的填土、砂砾石层及强风化岩层进行详细记录，以确定各个层位的喷浆提升速度。

5.3 下喷射管

将喷射管下放至设计深度，为防止喷嘴堵塞，下管时，将喷嘴用电工胶布包扎一层进行防护。喷射中，接、卸换管及事故处理后的下管时，要比原停喷高度下落20 cm以上，以使墙体的上下连贯。

5.4 制 浆

1）灌浆材料采用32.5R普通硅酸盐水泥，其细度要求通过80孔/cm2标准筛的筛余量不大于5%。标号不明、性能不稳定的水泥不能使用。水泥应保持新鲜，受潮结块、超过保质期等不合格者严禁使用，并应分期分批进行质量鉴定。

2）灌浆用水采用水库水，不能含有杂质，经沉淀后才能使用。

3）拌浆采用WJ100型拌浆机进行，浆液比重控制在1.45～1.55 g/cm3，高压喷射过程中，每个孔必须检测浆液比重一次，通过控制浆液比重来控制浆液质量。高喷时的冒浆要先经过沉淀池，经处理后集中排放。

5.5 高压喷射

1）用HM2-280S-4型高压水泵喷射高压水流，BW150型注浆泵进行注浆。当喷射管下到设计深度后，在现场指挥人员的安排下，送入符合要求的水、气、浆，喷射30 s，待孔口冒出水泥浆液后，按预定的提升、摆动速度，自下而上边喷射、边摆动、边提升，直到设计高度，停送气、浆，提出喷射管。

2）喷射灌浆开始后，必须时刻注意检查注浆的流量、气量、压力以及摆动、提升速度等参数是否符合设计要求，并且随时做好记录，喷射参数见高压摆喷灌浆主要施工技术参数表，最终以设计要求施工参数为准。

5.6 清洗

当喷射到设计高度后，喷射完毕，应及时将各管路冲洗干净，不得留有残渣，以防堵塞，尤其是浆液系统更为重要。通常是把浆液换成水进行连续冲洗，直至管路中出现清水为止。

5.7 废浆处理

摆喷过程中，会产生较多的废水泥浆，将废浆集中汇入沉淀池，采用立式泥浆泵，接胶皮软管引至坝后坡水坑，然后经处理到指定位置排放。严禁废水废浆流入水库。

6 高压摆喷灌浆施工技术保证措施

6.1 成孔

按设计要求钻深终孔，孔位偏差不大于2～3 cm，为保证成孔的垂直度，经常检查钻机的水平垂直度，控制好钻机的转速压力与地层的关系，若发现孔斜超标，则需重新钻孔，保证泥浆护壁的浓度，做好废渣的清理工作，认真做好钻机的现场记录。

6.2 喷灌

1）喷灌前下管深度达不到设计钻孔深度时，重新扫孔处理。

2）喷灌过程中水压、气压、水泥浆、提升速度各技术参数由专人观察记录，要求每30 min记录一次，发现问题及时更正，当水、气、浆有一管路出现故障时，即时停止喷灌，提升喷管，待排除障碍后再将喷管下放至已喷墙体内0.5 m，各机械正常运转，技术参数满足设计要求时，再喷灌提升，否则重新扫孔。

3）在高喷提升作业前，水、气、浆各参数必须正常3 min后才能进行。若发现孔口无回浆，则需立即停止提升，继续灌浆直至孔口有回浆，方可继续提升喷灌。

4）在喷灌过程中，建立完善的三检制度，加强施工监督。

5）喷射完成后，一定要及时做好桩孔内水泥浆的回灌工作。

6.3 砂砾石层分布层位的高压摆喷灌浆施工

此段灌浆下部范围内存在砂砾石层，该段桩孔喷灌时，一定要将提升速度控制在12 cm/min内，有必要时进行复喷，其它填土层和风化岩层提升速度控制在15～18 cm/min内，以确保摆喷桩体直径达到1.5 m，保证高压摆喷灌浆质量。

7 结语

1）根据单元工程质量评定标准，对高压摆喷施工工序进行了评定，单元工程全部合格。

2）通过钻孔取芯、室内试验、注水试验等试验，防渗墙芯样完整，墙体连续性好，芯样无侧限抗压强度和防渗系数符合设计要求。

3）摆喷防渗墙的成功施工表明：高压摆喷技术在墙体较深、地层复杂的部位应用中，施工速度快，施工工艺、方法成熟，各项指标均能满足设计要求。