高压旋喷在水库防渗墙与建筑物连接中的应用

高压旋喷在水库防渗墙与建筑物连接中的应用

卢树雄

甘肃水利工程地质建设有限责任公司，甘肃 兰州 730000

【摘要】双塔水库副坝除险加固施工原设计为混凝土防渗墙直接与溢洪道侧墙连接，但由于防渗墙需要嵌入坝基基岩1.0m以上，项目部考虑防渗墙入岩时冲击钻冲击岩石可能会损坏溢洪道浆砌条石侧墙，后经研究最终采用高压旋喷防渗墙将混凝土防渗墙与溢洪道侧墙进行连接。

【关键词】水库：高压旋喷；防渗墙；除险加固

一、工程简介

双塔水库位于甘肃省瓜州县城以东约50km的疏勒河道上， 1958年开始建造，1960年开始蓄水。双塔水库主要是以蓄水灌溉为主，同时兼顾防洪、发电、城乡供水等综合发挥作用的的大（II）型水库。水库原库容2.4亿m3，兴利库容为1.2亿m3，该水库自运行以来共计进行三次除险加固施工，本次除险加固为2016至2017年实施，2020年通过竣工验收。

二、工程设计

双塔水库副坝工程本次除险加固工程施工副坝坝顶加宽，坝体培厚，坝体内设塑性混凝土防渗墙，坝基帷幕灌浆，上游坝坡现浇面板、下游坝坡预制块护坡等。防渗体施工主要为坝体内增加塑性混凝土防渗墙，墙厚0.6m，防渗墙嵌入坝基岩石1.0m及以上，坝基岩石为片麻状花岗岩，坝基以下部分进行帷幕灌浆。防渗墙与水库溢洪道相连接，溢洪道始建于水库建设时期，溢洪道两侧侧墙为浆砌条石，已运行多年。

三、工程施工过程及存在问题

坝体部分为砂砾石坝壳，坝体中间为粘土心墙，由于本次施工为除险加固因此防渗墙位于坝体黏土心墙内，防渗墙施工基岩以上坝体部分采用液压抓斗抓取成槽，基岩部分为片麻状花岗岩，由于片麻状花岗岩天然硬度较大，防渗墙嵌入岩石1.0m部分采用冲击钻冲击成槽，冲击钻机是一种以垂直往复运动依靠钻头重力冲击力进行钻孔的工程钻机，其工作原理类似于凿岩锤，具有很好的钻孔性能，对较硬的地层都可以有效额进行钻孔作业，且效率高效。但是冲击钻冲击岩石过程冲击力会产生一定程度的震动，对于一般坝体部分采用冲击钻不会产生影响。水库溢洪道侧墙为浆砌条石，高度为12m，厚度1.0m，溢洪道自水库建成后已运行多年，溢洪道对于水库而言溢洪道起着泄水、泄洪等作用，是水库的重要组成部分，关乎水库安全运行，溢洪道的安全对于水库而言至关重要，因此施工过程不得对溢洪道质量安全造成影响。如果采用冲击钻对溢洪道两侧混凝土防渗墙基岩部分进行施工，冲击过程中产生的震动可能会对溢洪道两侧侧墙为浆砌条石挡墙以及金属结构等形成一定程度的破坏，轻则造成浆砌石松动脱落，重则导致墙体坍塌风险，以及造成闸门及金属结构变形影响开关或漏水的风险，严重影响水库安全运行，为了施工过程不对溢洪道建筑物造成损坏，因此防渗墙与溢洪道连接部分需要采用其他防渗方案进行实施。

四、施工方案优化

项目部将以上影响因素报告工程各参建方，后经建设、监理、设计、施工四方讨论研究，此施工工艺实施过程可能会对溢洪道安全稳定产生一定影响，本水库为大型水库蓄水量大，必须保证溢洪道运行安全，溢洪道两侧防渗墙改用其他防渗形式且防渗效果达到原设计标准方案进行实施。最终研究确定采用高压旋喷防渗墙将新建混凝土防渗墙与溢洪道两侧挡墙进行连接，溢洪道两侧混凝土防渗墙施工时各预留10m采用高压旋喷与溢洪道挡墙连接，形成封闭防渗。经参建方反复讨论研究其施工方案定为共布设三排高压旋喷，排距0.5m、孔间距0.5m，成墙后墙厚不小于1.5m，高压旋喷成墙后厚度大于混凝土防渗墙，防渗中心线一致，高压旋喷防渗墙将混凝土防渗墙头进行包裹，形成良好的连接效果进行整体防渗，高压旋喷防渗墙喷射时钻头深入岩石1.0m达到入岩嵌入效果，渗透系数小于1*10-7cm/s,采用梅花形布置，对基岩以下部分按照原设计进行帷幕灌浆。

四、优化后方案实施

4.1高压旋喷灌浆施工工艺

高压喷射防渗墙是采用钻机钻孔至设计防渗深度后，用高压泥浆泵以及空压机相结合，将安装在钻杆端置于孔底的喷嘴，向周围土体高压喷射水泥浆液,旋喷台车钻杆以一定的速度一边旋转喷射同时向上提升，喷射出的高压水泥浆将钻杆周围内的土体结构切割，然后使土体强制与水泥浆液结合，水泥浆液凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的水泥浆液和土体的固结体，从而形成强度较大凝结体，成为了密实性好、强度高、有足够防渗性能的凝结体，满足工程防渗需要的一种防渗施工技术。

4.2确定工艺参数：

该部位高压旋喷墙施工采用两管法实施，布设三排高压旋喷，排距0.5m、孔间距0.5m，布设三排孔主要考虑质量更优，水泥采用P.O 42.5级普通硅酸盐。高压旋喷墙工艺参数为：水泥浆液压力28～32MPa，水泥浆液流量60～70 L/min，密度1.4～1.5g/cm3，密度1.4～1.5g/cm3，提升速度8cm/min。为保证施工质量严格遵守《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》DL/T 5200-2004进行施工以及高压旋喷施工方案组织施工，施工过程先下游排施工、后进行上游排施工、然后在进行中间排施工，每排施工均采用分序施工，先I序孔施工，然后在进行II序孔施工，全部喷射完成以后对基岩部分按照设计进行帷幕灌浆。

4.3质量控制

在施工过程中，严格按照既定施工专项方案组织实施，以确保施工生产正常进行。高压旋喷施工为隐蔽工程，隐蔽工程施工主要为过程控制，做好过程控制才能确保施工质量，施工过程严格按照确定的施工图进行放线布孔，保证孔位的精准度，保证钻杆的垂直度确保孔位均匀有效，时刻监控返浆量，返浆量大时加大钻进速度，返浆量变小时降低钻进速度，不返浆时停止钻进采用定点喷射保证墙体的密实度。严格控制浆液的密度，及时采用泥浆天平及密度仪测定，及时动态调整密度，保证浆液密度与设计密度相吻合，对施工过程进行详细记录并填写记录表，包括孔位、孔号、孔深进行记录，施工完成后按照记录数据绘制竣工图，以便后期进行查阅。

对用于工程的原材料等建立健全进场前进行检查验收，及时取样送检检测，杜绝不合格的材料进入现场。进场后按规定抽检，合格后方可使用。坚持“三检制”制度，坚持做到不合格的工序不交工。提高操作者施工质量的意识。在整个施工过程中，严格做到施工施工控制程序化、规范化、标准化，做到工前交底、工中检查、工后验收的流程化管理制度，确保施工质量。

4.4质量检查

由于高压旋喷施工过程不产生剧烈震动，施工实施完成后对溢洪道进行全面检查，未发现溢洪道墙体形成破坏，金属结构开启正常。全部施工完成按照施工规范要求14天以后进行质量检查，检查孔孔位布置在墙体中心线上的相邻两孔高喷凝结体的搭接处，自上而下分段钻孔，然后取芯和进行注水试验，在两侧各布置两个质量检查孔进行检查，钻孔取芯后芯样连续性较好，外观光滑密实，取芯率87％以上，后对各个检查孔进行注水试验，实验结果表明渗透系数均小于1*10-7cm/s,达到原设计防渗指标。

五、结束语

通过对施工方案的优化，施工过程未对溢洪道造成破坏，确保水库的安全运行以及溢洪道建筑物的完好性。高压喷射灌浆主要适用于冲积层、残积层、人工填土、砂类土、粘性土及砂砾土等，高喷法是利用高速高压水流强制性地破坏土体形成水泥固结体,在黏土心墙层中适用性好。本方案采用布设三排孔施工，按照工艺要求先下游排后上游排在中间排的先后顺序施工，在上下两排完成施工后再进行中间排施工时更能防止浆液的流失，进一步确保施工质量的可靠性，能保证预期的加固范围和控制固结体的形状，能在钻孔中任何一段内施工，也可以在孔底或中部喷射，施工噪音较小。高压旋喷与混凝土施工方案相比，施工过程不会因冲击入岩而产生剧烈震动，具有防渗性好、施工方便、工艺简单、施工速度较快以及墙厚能够灵活控制，在水库及防渗方面有着成熟可靠的应用，在水库建筑物与防渗体等连接方面便于使用。