彭勤涛

（福建省永川水利水电勘测设计院有限公司 福州市 350002）

1 概述

灌浆技术是一种经济且技术先进可靠、施工工艺简单和施工速度较快的防渗技术，在解决病险水库中的坝体、坝基防渗加固项目中应用较多。灌浆技术分为高喷灌浆和劈裂灌浆，其中高喷灌浆分为高压旋喷灌浆、高压摆喷灌浆和定喷灌浆。现结合具体的工程实例来介绍灌浆技术的机理、施工要求和适用范围。

2 防渗灌浆技术

高喷灌浆技术主要应用于均质粘土心墙坝和均质土坝，灌浆形成的防渗墙位于坝轴线或平行于坝轴线上，以水泥浆或水、气、水泥浆液高压旋喷套接成柱墙或摆喷成折墙，形成坝体的防渗墙以达到加固坝体结构和防渗防漏的除险加固效果。

高压喷射灌浆技术是借助高速射流（水、浆液或空气）直接冲击、切割、破坏、剥蚀原地基材料，受到破坏、扰动后的土石料与同时灌注的水泥浆液发生充分的掺搅混合、充填挤压、移动包裹至凝结硬化，从而构成坚固的凝结体，成为结构较密实、强度较高、有足够防渗性能的构筑物，以满足工程需要的一种技术措施。

劈裂灌浆是向坝内土体钻孔内压水或灌浆，作用在孔壁上的径向压力引起孔的扩张，使孔壁土体受劈裂挤应力而产生裂缝，压注水泥或混合浆液，使坝体沿轴线方向形成一道或数道粘土帷幕，起到加强坝体结构和防渗的效果。

福建地区病险土石坝除险加固常采用高压旋喷套接和摆喷折接形式。

3 工程应用

3.1 高压旋喷灌浆实例

福建龙岩永定县境内的田地水库正常蓄水位为599.80m，死水位585.60m。主坝为均质土坝，地基为变质石英砂岩，坝顶高程604.80 m，最大坝高26.0 m，坝顶长度152.5 m，坝顶宽度5 m。大坝由于运行时间较长，坝体内白蚁活动和坝背坡植物生长，坝后坡有浸润湿处和少量渗水，采用三管高压旋喷灌浆后效果良好，坝背坡的渗水消失。高压旋喷套接形成的防渗墙，墙体由单个圆柱体连接而成，在施工过程中由于地质或转杆铅直度等原因，导致墙体下部分叉，形成防渗墙的保证率不高。因此在坝高小于30m的条件下，常采用三管高压旋喷灌浆或单管高压旋喷灌浆。

三管法使用带水、气、浆3个通道的喷射管转杆，转至设计高程或强风化地层内，从内喷嘴中喷射出压力为（30～40）MPa或更高水流，同轴喷射的水流与气流冲击破坏土体，然后由水泥浆泵灌注较低压力的水泥浆液进行充填置换，以达到加固的效果。

（1）田地水库除险加固的三管旋喷参数。

孔距与钻孔要求：用单排孔，布置在原坝轴线的下游0.5 m，孔距为1 m，分序造孔，先导孔先施工。灌完第一序孔后再造第二序孔，孔距（1.0～2.0）m，坝体采用水泥灌浆，钻孔采用钻机钻孔，孔径为130 mm，造孔铅直斜小于0.5%。

（2）施工工艺流程。

施工准备：先进行场地平整，清除桩位处地上、地下的一切障碍物，场地低洼处用粘性土料回填夯实，并做好排浆沟。

测量定位：根据高压旋喷桩的里程桩号定出试验区域的控制桩，然后根据桩距放出旋喷桩的桩位位置。

机具就位：移动设备至施工部位，定位校准桩机，使桩机水平，导向架和钻杆应与地面垂直，倾斜率小于0.5%。

采用三管高压旋喷施工，造孔：使用XY-1A型和XU-300型等液压地质岩芯旋喷钻机钻孔，宜优先使用跟管钻进。

下入喷射管：使用钻机钻孔时，为防止泥沙堵塞喷嘴，可采取包扎塑料膜或胶布的防护措施，也可边低压送水、气、浆边下管，水压力一般不超过1 MPa，如压力过高则易将孔壁射塌。

浆液配置：为了提高均质土坝的防渗能力，增加高喷墙凝结体的塑性，施工中选择水泥浆液作为高喷的主要浆材。如32.5 R级以上硅酸盐水泥。水灰比为 1.5∶1～0.6∶1，进浆密度（1.4～1.7）t/m3，回浆密度小于 1.25 t/m3。

喷射注浆:喷射管下到设计深度后，开始时先送高压水，再送水泥浆和压缩空气（在一般情况下，压缩空气可延送 30 s），之后原地静喷（1～3）min，待达到预定的喷射压力和喷射量，且孔口冒出浆液后，再按预先定好的提升、旋转或摆动速度，自下而上进行喷射作业，直到设计高度方可停送水、气、浆，提出喷射管，设计参数：水压力（35～40）MPa，流量 Q=（70～80）L/min，压缩气压力为（0.6～0.8）MPa，气量（0.8～1.2）m3/min，水泥浆压力（0.2 ～1.0）MPa，流量 Q=（60～80）L/min，提升速度（10～20）cm/min,旋转速度（10～20）r/min,浆液比重：浆液采用 32.5 R 级普通硅酸盐水泥搅拌，浆液比重（1.4～1.7）t/m3。 喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆旋转30 s，水泥浆与桩端土充分搅拌后，再边喷浆边反向均匀旋转提升注浆管，提升速度为（15～25）cm/min,直至距桩顶 1 m时，放慢搅拌速度和提升速度，保证桩顶密实均匀。中间发生故障时，如不返浆，应停止提升和旋喷，以防桩体中断，排除故障后，重新开始喷射注浆的孔段与前段搭接不少于1 m，防止固结体脱节。

冲洗：喷射施工完成后，应把注浆管等机具设备采用清水冲洗干净，防止凝固堵塞。

充填灌浆：喷射结束后水泥浆液凝固析水，孔桩凝结体顶部会出现凹陷，应随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，充填灌浆多用灌浆返浆，直至孔口液面不再下沉。

移动机具:相邻两桩施工间隔时间应多于72 h，间隔应大于（4～6）m。

（3）在施工中应注意的事项。

喷射前检查旋喷管的高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭。喷射时，先应达到预定的喷射压力，喷浆量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时应停止提升和旋喷，以防桩体中断，同时立即进行检查排除故障。旋喷过程中冒浆量控制在10%～25%之间。高压喷射注浆完毕后，应迅速拔出喷射管。质量检查在旋喷注浆结束后28天进行，检查桩的数量为已经完成桩数的2%～5%，不合格者进行补喷。

（4）施工参数确定。

高压喷射灌浆施工参数很多，主要参数为孔距、浆密度、水压力、提升速度、转速等，先按设计参数进行试验最终确定施工参数。应选定部分一序孔作为先导孔，转取芯样，划分层位，核对补充勘探资料，先导孔能进一步确定高旋喷墙底部位置，当地层复杂、层位变化较大时，先导孔间距可小一些，反之则宜大一些，一般（20～30）m,先导孔的深度应比其他高喷孔稍深。

（5）旋喷防渗墙施工完后进行取芯试验和压水试验，测定防渗墙的抗渗和强度指标。

3.2 高压摆喷灌浆实例

福建省龙岩永定县境内田龙水库正常蓄水位431.07 m，死水位414.77 m，主坝坝型为粘土心墙，地基为砂岩，坝顶高程为435.77 m，最大坝高33.2 m，坝顶长度为260 m，坝顶宽度为5.0 m。大坝由于运行时间长、管护弱，大坝背坡有多处漏水浸润点，量水堰水量较大，经三管高压摆喷灌浆施工后，漏水点消失，量水堰过水量达到设计的要求。由于坝高大于30 m，采用高压三管摆喷灌浆提高施工的保证率。摆喷墙为折板式结构，形成防渗墙折接，墙体施工的整体强于高压旋喷的柱体套接。其施工工艺如下：

造孔：按设计孔位在坝顶安装150型钻机。三管钻孔中心距为1.2 m～1.5 m。为了防止坝坡滑动，采用隔断间断或分序施工，每单位施工段长6 m。

安放灌浆管：边下钻边注入低压水冲洗防堵。同时注意机械震动和及时量测调整校正垂直度，使钻杆偏差≤1%。

注浆施工：注浆材料应使用32.5 R及以上早强型水泥。注浆方式为压入式上行法，直下而上，当摆喷管下至设计深度注浆开始时应先试喷，待注浆压力达到20 MPa时才提升注浆管进行摆喷，摆喷过程主要技术参数为：浆液喷射压力≥20 MPa；浆液比重≥1.4 t/m3；回浆比重≥1.4 t/m3；水泥用量0.23 t/m；钻杆垂直度≤1%。

设计参数：坝中孔距1.2 m，坝肩孔距1.5 m，灌浆分两序施工，河床一序孔距2.4 m，二序孔距1.2 m，坝肩一序孔距3.0 m，二序孔距1.5 m。摆喷折角25o～30o， 搭界长度≥20 cm， 防渗墙厚度≥（15～30）cm，平均厚度20 cm。

施工参数：水压（35～40）MPa，流量（70～80）L/min,压缩空气压力（0.6～0.8）MPa，气量（0.8～1.2）m3/min,水泥浆压力（0.2～1.0）MPa，流量（60～80）L/min，提升速度（10～20）cm/min,摆速 10 次/min，喷嘴直径（2.0～3.2）mm.

施工前先进行摆喷试验，确定施工参数，摆喷防渗墙施工完成后应进行取芯试验和压水试验，测定防渗墙的抗渗和强度指标。

4 经验和体会

由于一般中小型土石坝水库的修建时间较长，坝体内和坝基地质情况复杂，在高压灌浆过程中经常会遇到异常的情况。

如灌浆过程中，孔口不返浆，一般采用分两序或多序的施工应急方案，如是三管旋喷或摆喷，则减小水、气的压力，加大浆液的浓度或灌砂措施直至孔口返浆。由于坝身未压实孔隙较多或有鼠洞等空隙，高压喷射灌浆施工过程中，浆液不返浆，或产生坝体横行或纵向的裂缝，一般也是采用先停止原孔桩的喷射，进行分序的方法施工，增加一序或多序，待原孔浆终凝后对原灌浆孔进行搭接复喷。及时清理工作面上的返浆，有组织地导引至沉浆池。及时发现坝面上的细微裂缝，可以有效防治坝体纵向裂缝导致坝体过度劈裂或塌坡等严重的安全事故。

由于灌浆的施工技术特点，会产生由于桩垂直度不能满足规范的要求，坝体内下部的高压喷射桩不能完整套接或折接，使防渗墙不完整，影响坝体的防渗效果。由于坝体内地质情况不同，可能在高压喷射过程中，形成桩体缩径的现象，也会影响防渗墙的完整性。所以高压喷射灌浆技术目前只适用于坝高较小的坝体内（坝高30m）。若坝高较大，则施工的质量保证率会明显下降，就需考虑其他除险加固方案。

1 DL/T 5148-2001.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].

2 DL/T 5200-2004.水利水电工程高压喷射技术规范[S].

3 SD 266-88.土坝坝体灌浆技术规范[S].