高压摆喷灌浆在土质坝中应用浅析

摘要：从榆阳区尤家水库除险加固工程实施高压摆喷灌浆进行坝体防渗和增加稳定施工全过程中，结合土质坝数量较多，以及防渗和稳定方面存在问题的现状，分析高压摆喷灌浆在土质坝中应用是一种行之有效的防渗，增加稳定的方法。

关键词：高压摆喷灌浆 坝体防渗 稳定

1 榆阳区尤家峁水库除险加固工程高压摆喷灌浆的具体实施过程

1.1 工程概况 尤家峁水库位于榆林市榆阳区榆溪河一级支流沙河下游的榆阳区尤家峁村，距榆林市区约4km。该水库1985年6月开工建设，1988年10月建成并投入运行，水库运行二十多年来，为当地的经济建设和发展发挥了重要作用。 该水库原设计是以灌溉为主，兼顾防洪、防沙治沙、渔业养殖等综合利用的水利枢纽工程；水利总库容1584.0万m3，属Ⅲ等水利枢纽工程。水利枢纽由大坝、放水洞、西沙渠注水陡坡等建筑物组成；大坝分主坝和副坝，坝体为均质沙坝，最大坝高29m，坝顶高程1099.0m，大坝全长1047.0（主坝全长706.0m，副坝长341.0m）坝顶宽14.0m。经过二十几年的运行，水库主坝工程以暴露出许多严重问题，如大坝渗流量大、大坝背水坡渗水冲沟严重威胁坝体安全等，致使水库多年低水位运行，不但工程效益不能发挥，若遇较大洪水，工程一旦失事，其后果不堪设想。2011年11月经水利专家鉴定为病险库工程，2012年9月省水利厅陕水计发[2012]264号文“关于榆阳区尤家峁水库除险加固工程实施方案的批复”中指出“同意该水库采用高压摆喷灌浆方案对坝体进行防渗加固”。该设计由陕西省三门峡库区勘测设计院（现陕西省水环境勘测设计院）完成。

1.2 高压摆喷防渗幕墙成墙机理 高压摆喷灌浆，先利用高喷台将带有喷嘴的注浆管，下到预定的位置，然后将水以高压的形式从喷嘴中喷射出来，冲击破坏地层，高压射流切割搅碎的地层，呈颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，形成按设计方向、深度、厚度和结构形式，与地基紧密结合，构成具有一定强度和抗渗能力、连续的防渗固结体，因而比静压注浆的可灌性、可控性好，节约灌浆材料。

1.3 高压摆喷防渗幕墙防渗功能 在土层中高压喷射所采用的硬化剂主要是水泥，能形成一种特殊的凝固体水泥～土网络结构，是一种空间不均匀材料，由于在高压摆喷搅拌过程中，水泥和土被混合在一起，土颗粒间被水泥浆液所充满。水泥水化后在土体颗粒的周围形成各种水化物的结晶。它们很快地胶结在一起形成空间网络结构，土体被分隔包围在这些水泥的骨架中，随着土体的不断挤密，由水不断减少、消失，形成了一种特殊的水泥土骨架结构，其渗透系数可达10-6～10-7cm/s。

2 尤家峁水库实施高压摆喷灌浆分析

尤家峁水库高压摆喷灌浆防渗幕墙的实施已经通过了单位工程验收。但是笔者在工程的实施全程监理的过程中，对本工程进行了分析。

防渗墙形成后，经过观测，下游渗流量从49升/秒，降至36升/秒；防渗墙前、后的水位差在3.5m左右，浸润线在坝角下游下降了0.6m。从以上数据可以看出防渗墙形成后，渗流量是有所减少，浸润线有所降低，但从实际情况来看，这些现象都是暂时的，因为防渗墙没有深入不透水层，形成的是悬挂式幕墙，所以对于坝体来说这只是延长了渗径，在近期内渗流量肯定会减少，浸润线肯定会降低，但是幕墙底部却形成了高压水区，将来会成为集中渗流的通道，经过长时间运行后，渗流量可能会同实施工程前没有大的差别，浸润线也会有所上升。

以上情况在施工过程中，在坝体上进行了地质复勘，通过对柱状图的分析，如果要到相对不透水层，墙深要增加10m左右。施工单位和监理单位也曾建议二种方案，第一种是将墙体延伸10m，将防渗墙深入相对不透水1～2m；另外一种是将墙顶降低10m，墙底高程降低10m，在坝上游从墙顶高程搭接土工防渗铺至设计洪水位线。如果按以上的建议实行，防渗效果肯定会更好，但是后来经反复请示汇报，由于资金等方面的原因，还是维持了原设计。

虽然在实施过程中有些不尽完美，但是高压摆灌在我区来说是第一次，它的实施，给我们以后的同类工程的施工总结了很好的经验。

第一，验证了设计参数基本合理，施工工艺完全能达到技术规范的要求。第二，验证了设计孔距1.35m在砂土中有点偏小，因为在实施过程中，墙体要经过放水洞，按设计1.35m孔距就无法进和施工，经过进行试验，证明此施工方式，有效长度2.4m，搭接0.9m，搭接宽度0.7m，最后确定孔距为3.6m，经检测完全成墙符合要求。第三、在具体实施中，总结了一套处理事故和实际操作的经验。

①高喷灌浆先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ、Ⅲ序孔，相邻孔施工间隔时间不小于24小时，采用自下而上灌浆法。

②搅拌制浆：采用P.032.5MPa水泥，不利用回浆。浆液比重≥1.6g/cm3，每隔10min测量一次浆液比重，终喷后统计水泥用量，做好制浆过程中的记录。

③下喷射管：下管前应在地面进行水气试喷并调整喷射方向，当三管下到设计深度送入符合要求的水、气、浆后先进行静喷5～8min，由现场值班技术人员测定，经监理工程师批准后方可提升。

④喷射灌浆：喷射管下至设计要求浓度后，按设计要求参数喷射提升，自下而上至设计高度，停水、气提出喷射管，继续向孔内充填水泥浆液，直到孔口浆面不再下沉为止。喷射过程中要做好记录，终喷时须经现场技术员和监理工程式师签字验收。

a喷射过程中出现漏浆孔口不返浆时，应立即停止提升加大浆液比重（或用加入水玻璃的灰浆）直至孔口返浆，方可继续提升；b喷射过程中孔内严重漏浆，或发现严重漏浆通道，掺入细砂或在浆液加入速凝剂，待孔口返浆下常后继续提升；c喷射过程中要固定喷射方向桩，以便随时检查和防止喷射方向位移；d高喷灌浆采用全孔连续作业，每次拆卸管后须进行搭接复喷，其长度不小于0.3m；e因各种原因使喷射中断超过30分钟，恢复喷射时，要下落0.5m再开喷；超过2小时，恢复喷射时，要下落0.7m以上再开喷。

⑤终喷回灌：每孔喷射结束后，利用灌浆用灰浆及时进行回灌，直至孔口液面不再下沉为止。

⑥喷射过程中漏浆现象的处理。由于筑坝材料中均匀或碾压不实等原因，在喷射进程中必然会在不同深度出现漏浆或严重漏浆现象。针对漏浆情况，采取减小水压力、停止提长升、增大水泥浆液比重、充填水泥砂浆等一系列有效措施进行处理直至孔口返浆正常后再提出来管续喷，确保工程质量。

⑦埋管事故处理。在喷射过程中，因漏浆或严重汛浆必然会造成埋管事故。对轻微埋管事故，采取集中力量用管钳摇动三管、打吊锤等方法即可处理；对严重埋管事故，采取在三管周边造孔、用■127岩芯诧异套钻三管的方法进行处理。达到了预期效果，节省了人力、物力。

⑧钻孔孔斜超标的处理。钻孔时斜率超标，应在原位扩孔纠斜，直到孔斜率小于1%时，才能进入下道工序。

⑨灌浆过程中串浆情况处理。灌浆中出现相邻两孔浆时，应及时填堵被串孔，加大浆液比重、减缓提升速度，待被串通道密实后、灌浆孔孔口正常返浆时，再正常提升、喷灌浆孔结束后，尽快将被串孔扫孔、灌浆。串孔特殊情况说明坝体被串部位地质薄弱，通过串孔已形成连续幕墙。

3 高压摆喷灌浆是解决土坝渗流稳定问题的有效方法

榆阳区现有中小型水库103座，其中95%以上是土坝，而且绝大部分存在渗流稳定问题。通过尤家峁水库高压摆喷灌浆的实施，为该区解决土坝渗流稳定问题提供了一个很好的方法。

第一，从原理完全可行，高压摆喷是借助于35～38MPa的高压浆射流定向冲切掺搅地层，浆液只在射流所作用的范围内扩散，与地层粉细颗料汇合于一体，固结形成防渗体，施工中基本不改变坝体应力状态，具有较好的可控性和可灌性，质量标准易控制。第二，从经济上是可行的，高压摆喷每延米造价在390元左右，高压旋喷每延米造价在550元左右，摆喷比旋喷投资节省约1/3。同粘土心墙比较，虽然粘土心墙的每延米造价在240元左右，但其施工工艺复杂，安全性差，而且防渗效果较差。第三，技术设备性能可行，实施高压摆喷无论从钻机，还是高喷台车等都能达到设计要求，而且完全可以钻至深及相对不透水层。第四，高压摆喷再配合其他表层措施，防渗效果会更好。

参考文献：

[1]陕西省三门峡库区勘测设计院《尤家峁水库坝体高压摆喷防渗幕墙工程施工图设计说明书》，2012.10.

[2]中华人民共和国水利部《水工建筑物防渗工程高压喷射灌浆技术规范》（报批搞），2001.6.

[3]《高压喷射灌浆防渗工程应用》[M].中国科学技术出版社，

1994.