第１７卷第３期 ２０１１年３月 水利科技与经济 Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｖ０１．１７ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．，２０１１ 高喷灌浆在布见水库除险加固工程中的应用 彭 琦 （长江勘测规划设计研究有限责任公司，武汉４３００１０） ［摘要］高喷灌浆防渗加固技术具有适用范围广、设备简单、施工方便、工效高、经济等优点， 结合高喷灌浆防渗墙技术在布见水库除险加固工程中的实践，介绍了高喷灌浆设计、生产性试 验、主要参数的选择、施工工艺流程、施工质量控制措施以及灌浆质量检测情况等。 ［关键词］ 高喷灌浆；渗透系数；设计；试验 ［中图分类号］ＴＶ５２ ［文献标识码］ Ｂ ［文章编号］ １００６—７１７５（２０１１）０３－ｏｏ９１一ｏ３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｊｅｔ—ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｈａｚａｒｄ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｂｕｊｉａｎ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ＰＥＮＧ Ｑｉ （Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ Ｓｕｒｖｅｙ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３００ １ ０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｊｅｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｍａｎｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉ— ｃａｔｉｏｎ，ｓｉｍｐｌｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｅｃｏｎｏｍｙ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｐｒａｃｔｉｃｅ ０ｆ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｊｅｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｈａｚａｒｄ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｐｒ０ｊｅｅｔ ｏｆ Ｂｕｊｉａｎ ｒｅｓ— ｅｒｖｏｉｒ，ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｈｉｇｈ ｊｅｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ， ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｊｅｔ—ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ＳＯ Ｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｊｅｔ ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ ｏｆ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ；ｄｅｓｉｇｎ；ｔｅｓｔ 喷嘴中高压喷出，空气以０．７～０．８ ＭＰａ的压力从外喷气 １ 概还 嘴中喷出，可使凝结体直径达到１．０—１．８ ｉｎ；三重管法采 用３０～５０ ＭＰａ的超高压水射流，在高压水喷射流的外圈 环绕０．７～０．８ ＭＰａ的气流，形成的凝结体尺寸可比二重 管法更大；多重管法采用高压水流把土层冲空并抽出地 面以浆液填充置换形成凝结体，在沙土中，形成凝结体最 大直径可达４ｍ 。 高喷灌浆（即高压喷射灌浆）是利用钻机造孔，把带 有喷头的灌浆管下至土层的预定位置，以高压把浆液或 水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，土粒从 土体中剥落下来后，一部分细小土粒随着浆液冒出地面， 其余部分与灌入的浆液混合掺搅，在土体中形成凝结体。 其基本原理是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层 的结构和组成，同时灌入水泥浆或混合浆液形成凝结体， 借以达到加固地基和防渗的目的。 高喷灌浆按喷射角度可分为定喷、摆喷和旋喷３种。 高喷灌浆技术也可分为单管法、双重管法、三重管法和多 ２ 工程简介 布见水库位于广西壮族自治区平果县，在右江支流 新圩河中游，为中型水库。布见水库设计总库容 ４ ２２０×１０ ｍ ，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、供水 等综合利用的中型水库。工程主要由大坝、正常溢洪道、 非常溢洪道、输水涵管和电站等建筑物组成。布见水库 于２００７年被水利部大坝安全管理中心鉴定为三类坝，大 坝存在着渗漏问题。 布见水库大坝为黏土心墙坝，心墙为红褐色、紫红色 重管法。其中，单管法是利用钻机和高压泥浆泵等设备， 将浆液以１０～２５ ＭＰａ的压力从灌浆管底部的特殊喷嘴中 喷射出来，在地层中形成凝结体，桩径一般为０．５～ ０．９ Ｉｎ；双重管法通过在底部侧面的同轴双重喷嘴同时喷 射出高压浆液和空气，将浆液以３０ ＭＰａ左右的压力从内 ［收稿日期］２０１０—１２—１３ ［作者简介］ 彭琦（１９８１一），男，湖北武汉人，工程师，硕士研究生，主要从事水工结构设计与研究 第１７卷第３期 ２０１ １年３月 水利科技与经济 Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｖ０１．１７ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．，２０１１ 夹灰黄色粉质黏土，稍湿，可塑～硬塑状。局部夹极少量 碎石，为强风化砂质页岩，粒径约１～２０ ｍｍ。心墙填筑土 湿密度平均值为１．８７ ｇ／ｃｍ ，干密度平均值为 １．３９ ｇ／ｃｍ ，孑Ｌ隙比平均值为０．９７，最优含水率为 ２７．８％，平均压实度为９３．９％，土为硬塑状态。坝体心墙 游偏离高喷灌浆设计轴线 ｍ，试验检查孔孔位布置在相 邻两孔高喷凝结体的搭接处。高喷灌浆选取的施工参数 见表１。 表Ｉ 高喷灌浆双重管法施工参数表 填土的渗透系数 ＝１．０４×１０～～６．３４×１０ ｃｍ／ｓ，具中 等透水性。 大坝坝壳主要为红褐色、黄褐色及灰黄色含砾粉质 黏土，可塑～硬 状，碎石含量不均匀，一般约５％～ １５％，粒径３～５ ｍｍ，成份为砂质页岩。坝壳天然含水率 平均值为３４．６９％；湿密度平均值为１．８８ ｇ／ｃｍ ，干密度平 均值为１．３９ ｇ／ｃｍ ，孑Ｌ隙比平均值为０．９７，最优含水率为 ２７．８％，平均压实度为９３．９％。填土以中等 缩性为主， 呈町塑～硬塑状。坝壳填土的渗透系数 ＝２．４５×１０ ～１．１４×１０ ｃｍ／ｓ，具中等透水性 。 ３ 高喷灌浆设计 （１）结构布置。布见水库除险加固工程对大坝坝体 （桩号Ｋ０＋０００～ＫＯ＋１６０）进行高压旋喷灌浆防渗加固。 高压旋喷灌浆采用单排孑Ｌ，孔距７５ Ｃｉｌｌ，灌浆孑Ｌ沿坝轴线布 置，在坝顶路面直接钻孑Ｌ施１二，穿过坝体深入基岩１ ｍ。高 压旋喷灌浆轴线长１６０ Ｉｌｌ，最大孔深约３１ ｍ，高喷灌浆布 置见图１。原坝下输水涵管附近（桩号Ｋ０＋ｌ１２～Ｋ０＋ １２４）在坝轴线下游增加一排高喷灌浆孑Ｌ，与上排间距 ６５ ｃｎ，梅花形布孑Ｌ，形成双排高喷灌浆见图２。 一序孔二序孔 ■ 一、■’、一一、 一、、 寮 ● ＿１｛！ 卜●＿Ｉ＋书＋ 一 ｒ 、～ 、、 ＼ ／７５ ７５ 图１ 单排高压旋喷灌浆平面布置图 图２双排高压旋喷灌浆平面布置图 （２）高喷墙设计物理力学指标。①高喷单个桩径 ≥０．９ ；②成墙有效厚度／＞５０ ｃｍ；③抗压强度：Ｒ， ≥３，０ ＭＰａ；④渗透系数： ≤１ Ｘ １０ ｃｍ／ｓ。 ４ 高喷生产性试验 高压旋喷灌浆防渗墙工程施Ｔ前，应选择有代表性 的地层进行高压旋喷灌浆现场试验，以确定高 旋喷灌 浆的方法、有效桩径（或喷射范闻）、施工参数、浆液性能 要求以及适宦的孑Ｌ距等 本工程高喷灌浆采用双重管 法。根据工程现场的实际情况及地质条件，高压旋喷试 验孑Ｌ选择存位于帷幕钻孔Ｗ３８、Ｗ３９和Ｗ４０号孑Ｌ处，向下 ９２一 高喷灌浆试验孔实灌长度５．８ ｍ，实喷时间共 １００ ｒａｉｎ，消耗水泥量７ ２５０ ｋｇ。具体试验成果如下： （１）高喷单桩半径为５０ ｃｍ。 （２）高喷双桩搭接墙体有效厚度为６０ ｃｍ。 （３）经现场开挖和检查，成桩外观均匀。置换率达到 ７０％左右。 （４）试验检查孔压水试验成果见表２。 表２压水试验数据表 孔深 试验段长试段孔径外加水头单 渗透系数 ／ ／ ／ ｍ ／ｎ１／ｃｍ３．ｓ－１／ｃｍ‘邢 量 －１ ５．００ ４．００ １１０ １．ｏｏ ０．００５ ９．８０×１Ｏ一 （５）高喷灌浆防渗墙试验抗压强度Ｒ ＝４．６８ ＭＰａ。 高喷灌浆生产性试验成果表明，高喷灌浆相邻灌浆 孔可有效搭接，高压旋喷半径及搭接部位有效厚度均能 满足设计要求，高喷搭接部位墙体渗透系数满足要求。 ５施工工艺与质量控制措施 ５．１ 施工工序 高喷灌浆采用双重管法，局部采取三重管法，灌浆孑Ｌ 分两序施工，先施工一序孔，再施工二序孑Ｌ，主要施工工 序见图３。 高压水Ｊ 压缩气卜 ｔ～～，…～一一———— 一——～一＿Ｌ～…——～一 ｒ——————————————１ Ｌ一一一一成桩成墙 一…一卜 冲洗管路Ｉ —————————————— —一一Ｊ 孔口回填灌浆 图３高喷灌浆施工工序图 彭 琦：高喷灌浆在布见水库除险加固工程中的应用 ５．２材料 第３期 ６．２高喷墙抗压强度试验 高喷灌浆防渗墙抗压强度试验成果见表４，高喷墙芯 样抗压强度代表值大于设计指标３．０ ＭＰａ，也满足设计要 求。 表４抗压强度试验数据表 高压旋喷灌浆浆液使用水泥浆。水泥采用普通硅酸 盐水泥，其强度等级为４２．５级或以上，不得使用过期或受 潮结块的水泥。高压旋喷灌浆浆液的水灰比为１．５：１～ ０．６：１，密度约１．４～１．７ ｇ／ｃｍ 。 ５．３钻子Ｌ 高压旋喷灌浆钻￣Ｌ－ｆＬ径中１ １０～１５０ ｍｍ，钻孔孑Ｌ位与 设计孔位偏差≤５ ｃｍ。 钻孔施工时应采取预防孑Ｌ斜的措施，钻机安放要平 稳牢固，加长粗径钻具。钻杆和粗径钻具的垂直度偏差 不应超过５％ｅ，孑Ｌ深偏斜率不应超过１％。 钻进过程中，出现泥浆严重漏失、孑Ｌ口不返浆时，可 采取加大泥浆浓度、泥浆中掺砂、向孑Ｌ内填充堵漏材料或 对漏失段先行灌浆等措施，直至孔口正常返浆后再继续 钻进。 钻进暂停或终孑Ｌ待喷时，孔口应加以保护；若时间过 长，应采取措施防止塌孑Ｌ。 ５．４ 灌浆 高压旋喷灌浆应在钻孔施工完成，并检验合格后进 行。 高压旋喷灌浆宜全孑Ｌ自下而上连续作业。需中途拆 卸喷射管时，搭接段应进行复喷，复喷长度１＞０．２ ｍ。高压 旋喷灌浆因故中断后恢复施工时，对中断孔段进行复喷， 搭接长度／＞０．５ Ｊ１】。 高压旋喷灌浆过程中，出现压力突降或骤增、孔口回 浆密度或回浆量异常等情况时，先查明原因，及时处理。 高压旋喷灌浆过程中，若孑Ｌ内发生严重漏浆，可采取 以下措施处理：①孑Ｌ口不返浆时，应立即停止提升；孔口 少量返浆时，应降低提升速度；②加大浆液密度或灌注水 泥砂浆、水泥黏土浆等；③向孔内填入砂、土等堵漏材料。 ６灌浆质量检测与评价 ６．１ 围井压水试验 大坝高喷灌浆防渗墙现已完工，为了了解高喷防渗 墙的施工质量，对高喷防渗墙进行了围井钻孔注水试验， 试验结果见表３。由试验结果可见，围井压水试验渗透系 数值大于设计指标１ Ｘ １０ ｃｍ／ｓ，满足设计要求。 表３围井压水试验数据表 围井位置注人水量高喷墙平 厚度围井轴长渗透系数 ／／ＴＬ ・ ＩＴＩｌｎ ￣－Ｉ ／ ｍ ／ｍ ／ｃｍ ／＿ Ｓ ・ ＩＫ１２０～ＫＩ２４０ ２１４ ８ ．． ２１４ ｌ １５ ．１５ １ ７５５ ．× 一／ ． ９ ０ ．０ ．． ×１０１０—７ 孔之间 ．．，６．３工程质量评价 大坝高压旋喷灌浆工程有３０个单元工程，全部合格， 其中，优良４个，优良率１３．３％。根据大坝检查孔注水试 验成果，大坝高压旋喷灌浆渗透系数均大于设计指标 １×１０～ｃｍ／ｓ，满足设计要求。 ７ 结 论 高喷灌浆技术是解决病险土石坝渗漏问题的一种有 效措施，也是新建土石坝等工程的有效防渗措施，得到了 广泛应用。但高喷防渗墙对施工丁艺要求较高，合理选 择适合Ｔ程具体情况的孔距、施Ｔ参数等是高喷灌浆设 计的关键要素。同时还必须对高喷灌浆施工质量严格把 关，才能确保高喷灌浆能有效成墙，达到设计要求，从而 起到良好的防渗作用。灌浆质量检测试验结果表明，布 见水库除险加固工程高喷防渗墙所采用的施工Ｔ艺与施 工参数合理，防渗墙质量达到了设计要求。 ［参考文献］ ［１］顾淦臣，束一呜，沈长松，等．土石坝工程经验与创 新［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００４． ［２］长江勘测规划设计研究院．布见水库除险加固工程 初步设计报告［Ｒ］．武汉：长江勘测规划设计研究 院，２００７． ［３］丁时伟，李治军．基于旋控钻机的混凝土灌注桩施 工方法和工艺探讨［Ｊ］．黑龙江水专学报，２０１０， （２）：４８—５０． ［４］丁惠林，贾树臣，田彦中．浆砌石坝灌浆加固技术 ［Ｊ］．水利科技与经济，２００９，１５（１）：９１—９２． ［５］俞长贤，孙起．塑性混凝土防渗墙工艺在李家水 庄基础防渗中的应用［Ｊ］．水利科技与经济，２０１１，１７ （２）：９２—９４． （编辑：赵琳琳）
