浅议高压旋喷防渗墙防渗作用

浅议高压旋喷防渗墙防渗作用

徐小磊

中国水利水电第十一工程局有限公司 河南 郑州 450000

摘要：本章剖析了某水电站渗漏因素，给出了几种解决方法，经过方案比选，决定选择单管高压旋喷防渗墙作工程防渗解决方法。并根据某水电站在防渗施工中的实际应用案例，给出土大坝体防渗采用的高压旋喷防渗墙方案设计和施工过程中的工程质量管理办法，以提供给相关业主研究、设计和施工中选用的防渗处理方法及时借鉴。

关键词：高压旋喷；防渗墙；水利工程

一、引言

某水电站地处总库容为125万m²，是一个以防洪为重，兼具浇灌、供电等综合功用的小型水电站。水库工程堤坝为均质稳定土堤，最大坝高27.30m，坝顶宽4m，坝顶总长210m。由于水库工程能够保障上下游约0.7万人和众多耕地以及武装警察分遣队、汽车学校等单位。所以，水库工程堤坝的安全对上下游人民的生命财产和国民经济建设必不可少。水电站于1956年修建，于1959年竣工，于1965五年工程加固，土坝增高9m，将位于左岸的泄洪沟回填，另于右岸建设了泄洪沟，但因大坝在渗漏回填时处理不当，给施工带来了隐患。水电站建设运营至今已有50余年，根据现场调查的了解，在水库正常运行水位达到70m时，水电站堤坝下游面内部产生大量湿坡和散浸现象，以及水电站堤坝的左坝坡和山体交汇处发生渗漏等主要问题^[1]。

二、大坝防渗方案的确定

现场钻孔注水测量和土样测试结果表明，目前大坝电管的平均渗透系数K=1.53×2/s，为中等渗漏水，且填筑物密实度小，但多孔度大。因此根据目前坝体上出现的这些问题，建议以下解决措施并加以研究∶通过充填灌浆防渗；在大坝上采取复合型混凝土膜；混凝土防渗墙；深层搅拌桩顶渗漏；高压旋喷防渗墙顶部渗漏。方案中充填注浆成型屋顶漏水投资较小，且建造简便，能提高坝体的密实程度和渗透系数，但问题解决得不完全，每3~5次就必须重复注浆成型。方案铺设混凝土层，由于项目数量多、人工投资较多，工程需要在放空库建设，且坡比需要达1∶2.5以上，某水电站上游段坡度比较陡，不利于复合土工层的稳定性，因此坝上与山东体育学院坝底接合部处的工程建设质量较难控制。方案中混凝土防渗墙虽然具有很大的抗拉强度和防渗特性，但由于其弹性模量也较大，与土堤形状并不配合，从而造成防渗墙与土堤的接合面完全脱开，无法达到防渗墙和土堤的配合变形条件，且工程造价也较高。

鉴于某水电站为周边居民的重要生命源泉，水库下游约0.7万人和众多耕地，其防汛效果尤为重要。综合有关方面的考虑，葫芦丝高压旋喷灌浆防渗墙工程在其可靠性、耐久性、防渗有效性等方面均显著高于其他方法，尽管工程费用略高，但本着彻底解决、不留隐患的原则，该工程选择了葫芦丝高压旋喷灌浆防渗墙作为主要工程防渗解决措施^[2]。

三、高压旋喷防渗墙设计

单管式高压旋喷法是高压喷射注浆材料法一种，它是使用360°的旋转将高压喷射泥浆回流，不断地对加固混凝土体产生剪切、冲刷破碎和搅拌等作用，使新注入的泥浆与土体混合凝结为新的圆柱状胶结体-—混凝土，由于水泥具备较强的抗压和防水渗漏特性，所以使用该建设工法可以达到加固地基和防水止渗的效果。

（一）桩径取值

防渗墙厚度按下式计算取值∶经测算后，8=0.28m，取工程桩直径D=0.6m，孔距L=0.5m，桩与桩的搭接距离为10厘米，桩与桩之间的交圈厚度e=（D2-L2）2=0.33m>0.28m，均满足要求。考虑到对抗渗墙体连续性和施工方面的影响，本工程桩径取不等于0.6m。

（二）技术参数

某水电站坝址总长为188m，该方案在大坝坝顶桩号0+000~0+158段布置层次为单排序旋喷防渗墙，在大坝下防渗采取单管式高压旋喷防渗墙，旋喷桩桩直径不低于0.6m，孔间距为0.5m，桩与桩搭接距离不低于10cm。旋喷防渗墙钻孔后进入基岩底下0.5m，整个施工过程分两序孔间隔完成。

四、高压旋喷灌浆质量控制

（一）试桩及施工参数的确定

施工前应依据工程设计资料，根据施工的实际状况开展现场试验及试验性施工，并检查施工设备能否达到工程设计要求，以确认施工参数和施工工艺。

试桩结果完成并经过规定期限，即7天以上后，可进行在相应深度下进行的桩体完整性外观检验，以测定桩径，同时从桩身完整性中取芯，并进行无侧限电阻抗测量，以得到耐压性能值。在预压桩径、耐压性能值中，选择最符合工程设计规定的一种设计参数∶当孔径高达0.6m时，将注浆材料加压为25MPa以上；坝基岩性内上升速率为15cm/min，大坝渗漏后上升速率为20cm/min；最大旋转速率为18r/min。

（二）施工工艺方面的问题要求

1.钻机就位、成孔

钻机定位应正确，误差不得超过50mm；成孔时的垂直精度需要控制在1.5%之内，才能确保桩之间的良好咬合。该工程选用的新型XL—50式履带式旋喷钻头，钻机的就位平整，成孔时间深度均符合工程设计规定。

2.浆液配制搅拌

要提高泥浆的含量，必须通过二次用搅拌机混合泥浆，即从一个搅拌桶中按设定的水灰比例混合并搅拌水泥浆液，并用比重计对已混合好的泥浆密度加以测定，控制好泥浆密度后，并由专人记下其水、灰比例和泥浆密度等数值，搅拌3~5min为宜后装入第二只搅拌桶中备用。配制好的泥浆不得分层离析，停置时间∶当气温在10℃以上超过3h或在10℃以内超过5h时，都应当按废弃泥浆处置。同时使成桩身完整性均匀，做好回浆的循环回收使用，以减少建造成本^[3]。

（三）旋喷注浆异常情况的处理

高喷混凝土灌浆施工中，在钻进前和后灌浆作业流程中会出现塌孔、渗水、冒浆、串孔等重大问题，造成水压突减或骤增、孔口回浆密度及回浆量非常大等状况，此时，就应当找出病因，并适时加以解决。通过进行了适当的管理，保证了施工进度与工程质量。

塌孔处理方法为∶可增加水泥含量或在水泥中添加膨润土护壁，必要时还可采取套管式护壁法钻孔。

漏浆处理方法为∶建筑工程中如在岩层中出现了沙子、砂砾石或通道，就可以产生渗漏现象，主要体现在钻孔或灌浆时孔口内不返浆或回浆量的减少。在钻孔时，可增加水泥含量、在水泥中掺入过筛细土或向孔内充填水玻璃等堵漏法材料。灌浆时发现的渗漏，可采用阻止喷杆上升速度或减小提升速率、减小喷射压强与流速、在泥浆中添加速凝剂、增加泥浆密度、重新浇注水泥砂或水泥粘土浆液等措施。但无论在钻井或是灌浆的过程中，都需要在等孔时间内返浆顺利后可顺利提起钻杆及喷杆。

冒浆处理方法为∶冒浆，是指在灌浆作业流程中泥浆从坝坡、地层以及库内底层涌出并飞溅。

处理方法∶如土壤疏松可适当复喷；如附近存在空隙、通道等，则可不提升注浆材料管不断灌浆，直至冒浆完毕或抽出注浆管待泥浆完全凝结后再灌浆。但一般采用在冒浆处加覆盖、减小灌浆压力、或中断灌浆时间的方法。

串孔处理方法为∶可采用将串孔孔口进行处理后，密封并压重、减小注浆的成型压力等措施。注浆成型钻孔完成后，须及时对串浆孔复钻至设计高度。

五、结语

防渗墙建成后通过了外墙浇筑和抽芯检验。开挖结果显示按∶墙形成规律，墙厚30~60厘米，防渗墙穿透系数为K=（3.36~3.94）×10-2cm/s；允许渗漏比降J>100，墙体质量全部达到了工程设计标准。且水库经洪峰值满负荷运转后未出现任何渗漏迹象，防渗效果明显。经测试后证实∶单管高压旋喷砂浆技术已在某水电站土堤防渗施工中取得了很好的广泛应用，其具备造价适中、防渗功效好、对建筑条件需求较低等技术优势，值得在工程加固除险屋顶渗漏施工中推广与应用。

参考文献：
[1]孙礼珩. 庄河市华沟水库除险加固效果评价[J]. 黑龙江水利科技, 2019, 47(11):4
[2]卢彦东. 水库除险加固工程施工技术研究[J]. 科技创新与应用, 2020(23):2.
[3]王林. 红花岭水库除险加固施工方案分析[J]. 黑龙江水利科技, 2020, 48(8):3.