查 演，陈文斌

(1.贵州普华建设工程有限公司，贵州 贵阳 550002；2.西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100)

高喷灌浆与振动沉模组合防渗技术在水库大坝除险加固中的应用

查 演1，陈文斌2

(1.贵州普华建设工程有限公司，贵州 贵阳 550002；2.西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100)

在大坝超薄防渗墙(墙厚15～30 cm)施工中，单一技术很难兼顾防渗墙既能深入基岩不透水层，又具有较高经济性.据此，结合小型水库除险加固工程实例，从可实施性、经济性和防渗加固修复效果等维度，对采取振动防渗板墙和高压喷射灌浆相结合的组合防渗技术的施工进行分析，发现组合防渗技术较单一高喷灌浆，施工工效要高55%以上，经济性造价要约低20%.通过探坑开挖检查、注水试验和取样室内检测，结果表明：防渗墙体整体连续性和密实度均较好，各项检测指标均满足设计规范要求.

振动沉模；高喷灌浆；渗透系数；超薄防渗墙

混凝土防渗墙是土石坝除险加固修复的主要手段，工程实践应用中发挥较好防渗加固效果.但在实际中单一的防渗技术也存在不少问题，如槽孔间接缝处理困难、施工机械设备利用率不高、施工效率偏低、综合投资偏高等问题.高压喷射灌浆防渗技术具有无需地基开挖、可灌性和可控性好等优点，通过高压(20～40 MPa)喷射浆液冲击切割土体，让浆液和土体均匀混合并按一定比例重新排列凝固后形成连续防渗固体，但由于其自身施工工艺限制，在超薄防渗墙(墙厚15～30 cm)水库大坝防渗加固修复工程中，其造价要明显高于振动沉模防渗技术[1-2].振动沉模防渗技术具备施工效率高、工艺设备简单、操控便捷、作业机械化程度高、墙与坝体变形协调性好等特点，在超薄防渗墙工程中具有非常好的进度、质量和成本控制优势；但该方法受施工设备制约，其成墙深度不超过25 m，通常不能达到基岩相对不透水层是其最大不足.基于上述应用背景，结合土石坝防渗除险加固原则，在超薄防渗墙施工中采取防渗技术集成应用理念，将高压灌浆与振动沉模两种技术结合起来形成组合防渗结构，利用各自优点弥补双方缺点，确保防渗工程具有较高的可实施性和经济效益.

1 组合防渗施工原理

振动沉模工效相对与高喷灌浆高效要提高1倍以上，采用振动沉模与高喷灌浆相结合其整体工效相比单一高喷灌浆方案要提高55%以上.组合防渗施工方案其单价，较单一高喷方案要节省约20%[3].将振动沉模与高喷灌浆相结合，形成组合防渗方案，不仅可以利用高喷灌浆深度大、可深入岩体内部，对基岩地质条件适应性强等优势，同时可以发挥振动沉模形成墙体厚度均匀、完整性好、工效高和造价低等优势.

1.1 高压喷射灌浆施工

高压喷射灌浆技术(high pressure jet grouting technology)，是利用能量较大的水气混合浆液同轴喷射通过冲击切割和强烈扰动，切割掺搅地层与土石粒均匀混合，硬化后形成一定形状的凝结体[3].高喷灌浆防渗施工具体包括8个基本工序，即灌浆试验、测量放线、灌浆孔定位、灌浆孔钻孔、下喷射管、灌浆、终喷和封孔等(见图1).

图1 高压喷射灌浆施工工艺

高喷灌浆只需在存在渗漏裂缝的部位，钻一个孔径约50～300 mm的小孔，便可以在土体内部喷射凝结形成0.4～4.0 m的凝结体.在浆液喷射过程中，可以根据工程实际合理调整旋喷角度、速度和提升速度，合理控制喷嘴大小和增减喷射压力，确保形成的凝结体与设计相匹配.另外，可以通过对单管、二重管和三重管等喷射过程中的压力、吸浆量和冒浆量等进行实时监测分析，动态了解喷射效果及可能存在缺陷，及时调整施工特性参数或施工工艺，确保喷射灌浆质量.

1.2 振动沉模施工

振动沉模技术(vibration sinking technology)，是依靠高频大功率振动锤产生垂直激振力，将空腔模板沉入到预定位置，形成一定厚度和深度槽体，采用双模板边灌浆边振动拔模套接成槽、护壁、浇注等为一体的一次连续成墙施工技术[4-5].最后形成充盈性、稳定性和单元墙体间接缝紧密性均较好的连续完整防渗墙墙体.振动沉模主要施工工序为：模板就位→A板下沉→B板下沉→A板灌浆并提拔模→A板再下沉→B板灌浆并提拔模→B板再下沉，A板和B板往返循环连续施工，最终形成连续密实单板墙体，具体施工(见图2).

图2 振动沉模施工示意图

振动沉模施工中，由于模板作为防渗板墙凿槽造孔的核心设备，受材料物理特性等因素制约，因此其施工深度和厚度均较高喷灌浆适用性低，最大施工深度≤25 m，很难达到基岩不透水层；厚度也仅为8～30 cm.但由于该技术高效施工效率和优越经济性，在小型土石坝除险加固工程超薄防渗墙施工中，得到广泛推广应用且取得非常良好防渗加固修复效果.

2 组合防渗在水库大坝除险加固中的应用

2.1 工程概况

工程属于小(Ⅰ)型已建水库，坝址以上径流面积18.23 km2，总库容760万m3，兴利库容695.00万m3，年供水量1 200万m3.水库于1968年开始修建，1983年进行增高培厚.水库大坝为均质土坝，筑坝材料就地取材，主要以沙壤土构成，坝顶高程725.50 m，最高坝高25 m，坝轴线长235 m，坝顶宽6.0 m，正常蓄水位723.68 m.

2.2 大坝病险现状及防渗加固修复方案

2.2.1 大坝病险现状

水库运行初期各工况运行良好，2007年以后坝体下游面出现大面积湿坡和大流量渗漏现象，局部存在涌水和射流等严重渗漏问题.2009年，大坝进行全面安全复核，鉴定为“三类坝”，主要病险危害有：(1)设计标准偏低，坝顶高程不能满足防洪要求.(2)坝体结构土填充密实度远低于设计96%～98%要求(仅达到78%～91%，平均为85%)，填筑质量较差.(3)坝体为均质土坝，没有设置内部和面板防渗结构，坝基无截水墙等，防渗性能较差.经钻芯取样分析，坝基和坝体渗透系数K为9.68×10-5～5.32×10-4cm/s，属于中等透水性，大坝存在严重的坝基和坝体渗漏、坝肩与山体结合部渗漏.坝基和坝体存在较大渗漏通道，易发生管涌破坏危及大坝安全[5].(4)结构应力分析表明，大坝上、下游面存在拉应力，结构稳定性和抗震稳定性较差.(5)坝肩抗滑稳定安全系数低于规范指标.

2.2.2 防渗加固修复方案

由于大坝坝基接触带为强风化花岗闪长岩，断层节理高度发育且完整性较差；坝体以沙壤土为主，且接地取材存在草根、树枝等杂质，常规单一灌浆方式很难满足工程防渗加固修复要求[6].鉴于水库大坝坝体、坝基和坝肩存在严重渗漏问题，结合坝址区水文地质条件，采用振动沉模防渗板墙和高喷灌浆相结合的组合防渗方案进行防渗修复除险加固.根据两种工艺施工特点，大坝先采用振动沉模施工防渗板墙解决坝体上半部(坝体705.50 m～坝顶725.50 m处，深20 m)渗漏问题，后采用高喷灌浆1 m进行搭接，最后采用高喷灌浆解决大坝坝基、岸坡渗透和接触带冲刷问题.高喷桩端进入坝基开挖线以下不低于3 m，深达坝基相对不透水层.振动沉模防渗板墙和高喷灌浆相结合的组合防渗结构(见图3).

图3 组合防渗结构示意图

(1)振动沉模防渗板墙施工

采用振动沉模防渗板墙，以解决坝体上部不渗透破坏问题.采用频率为1 050次/min的高频大功率振锤，按照图2所示施工工艺将A、B两空腔模板沉入到地层过程中，使模板周边土体得到充分挤压密实(挤压范围2～4倍模板厚度)，并在拔拉模板过程中自下而上同步跟进灌浆，通过振捣搅合确保浆液更加均匀密实.根据《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》(SL174—2014)中的相关技术指标，设计振动沉模建槽灌浆形成厚20 cm塑性砂浆防渗墙体，技术指标要求为：28 d抗压强度≥4 MPa；性模量≤1 000 MPa；渗透系数K≤9×10-6cm/s；允许水力梯度J允在50～60范围内；采用32.5R级普通硅酸盐水泥，浆液密度1.9～2.0 g/cm3.振动沉模防渗墙从坝顶725.50 m高程到坝体705.50 m高程(深20 m)，下部接高压摆喷灌浆防渗墙，搭接深100 cm.

(2)高喷灌浆防渗墙施工

采用高喷灌浆，以解决坝基、坝坡渗透和接触带冲刷问题[7].防渗墙顶高程706.50 m，通过1 m深高喷搭接与上部防渗板墙形成连续完整防渗体.由于坝址区属于典型“V”字型河谷，防渗墙体分别深入左、右岸坝肩岩体内部，纵深分别为26.2～26.7 m和18.5～19.3 m.高压摆喷孔距1.5 m，双排均布，嵌入强风化花岗岩深度≥3 m，以达坝基相对不透水层.

2.3 防渗加固修复效果分析

(1)振动沉模板墙防渗加固修复效果

鉴于振动沉模防渗板墙墙体仅有20 cm厚，厚度较小，采用常规钻孔取芯分析进行施工效果检验和质量评价，难度较大[8].综合工程实际，决定采取探坑开挖(开挖以检查沉模板墙形状、结构等是否垂直、平整等)和墙体取样分析(测试防渗板墙抗压强度、渗透系数等指标是否满足设计规范要求).大坝坝体振动沉模成墙面积2 676.50 m2,施工完成后经探坑开挖检查表明：防渗板墙成墙质量良好，板墙整体和与高喷衔接部位连接紧密，墙体上不存在孔洞、断层、缩板等问题，墙体连续完整.通过墙体取样室内检测，结果(见表1).

表1 振动沉模防渗板墙物理性指标检测结果

表1表明，振动沉模防渗板墙典型芯样抗压强度检测值最小为4.38 MPa，>4 MPa要求；渗透系数检测值最大为1.30×10-6cm/s，<9×10-6cm/s指标要求.振动沉模防渗板墙，施工质量较好、整体连续完整密实保护度高，主要物理性技术指标均满足规范要求，达到预期较好的防渗加固修复效果.

(2)高喷灌浆防渗墙防渗加固修复效果

大坝坝基及左右岸坝肩高喷灌浆，共计完成钻孔386孔，钻孔总进尺6 358 m，灌浆总延米6 168.25 m.工程施工完成后，开挖检查表明：高压旋喷防渗墙桩间搭接良好，孔位、孔深和入岩深度均达到规范要求，搅拌均匀无裂缝等现象.通过注水试验和取样室内检测，结果(见表2).

表2 高喷灌浆物理性指标检测结果

表2表明，高喷灌浆防渗墙典型芯样的抗压强度(3.65～4.75)MPa，>2.5 MPa要求；渗透系数检测值0.73×10-6～1.96×10-6cm/s，<9×10-6cm/s指标要求.高喷灌浆防渗墙，所采取的防渗加固方案和施工技术是合理的，施工密实度、抗压强度和防渗加固修复效果均较好.

3 结 论

高喷灌浆与振动沉模技术，在水利水电已建工程坝体裂缝渗漏等隐蔽性工程处理中得到广泛推广与应用，且取得良好的应用效果.但对于小型水库大坝超薄防渗墙(墙厚15～30 cm)施工而言，单一防渗加固修复技术很难兼顾施工可实施性、技术可靠性和节能经济性.将高喷灌浆与振动沉模技术相结合，形成组合防渗体系，不仅可以将防渗墙深达大坝基岩相对不透水层，同时可以获得较好的经济效益，实现两种技术优势的充分融合.

[1] 张 峰,胡栋辉,张 茜.萧山东江闸绕壁渗漏加固处理[J].浙江水利水电专科学校学报,2011,23(4):5-7.

[2] 张 峰,高宜能,卢 勇.高压摆喷防渗墙在大治河闸站工程中的应用[J].水科学与工程技术,2010(6):77-79.

[3] 尹红莲,陈克森,王明森,等.王河地下坝高喷灌浆与振动沉模试验研究[J].中国农村水利水电,2009(3):104-107.

[4] 王辉雄.振动沉模超薄防渗墙技术在水利工程的应用[J].小水电,2010(1):77-79.

[5] 王 章.水利工程中水闸加固施工技术的应用[J].水利科技与经济,2016(1):109-110.

[6] 刘建光.帷幕灌浆在砂卵石坝基防渗加固中的应用与研究[J].浙江水利水电专科学校学报,2012,24(2):18-22.

[7] 张灿峰,孙晓范,白永年.振动沉模超薄防渗墙成墙技术新进展[J].水利建设与管理,2010,30(9):1-3.

[8] 吴阳锋,吴国芳.坝基帷幕灌浆在石门坎水库除险加固中的应用[J].浙江水利水电学院学报,2015,27(4):13-16.

Application of Anti-seepage Composite Technology with High-pressure Jet Grouting and Vibration Sinking Technology in Reservoir Dam Reinforcement

CHA Yan1, CHEN Wen-bin2

(1.Guizhou Puhua Construction Engineering Co., Ltd., Guiyang 550002, China; 2.College of Water Resources and Architecture Engineering, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China)

Single anti-seepage technology cannot be good at both the impervious walls embedded into the bedrock impermeable layer and higher economy during the construction of ultra-thin impervious wall with 15～30 cm thickness. The construction feasibility, economy and anti-seepage reinforcement effect of have been analyzed based on engineering case of the small reservoir reinforcement project. Combined with the high-pressure jet grouting technology, the construction efficiency of anti-seepage composite technology is 55% higher, while the economic cost is about 20% lower. Every index of seepage control body with good overall continuity and density is proved to meet the designed requirements by excavating checks, water injection experiments and indoor sampling inspections.

vibration sinking; high-pressure jet grouting; permeability coefficient; ultra-thin impervious wall

2016-09-20

国家科技支撑计划项目(2015SXC21P35)；中央高校基本科研业务专项资金(37809506)

查 演(1980-)，男，陕西乾县人，高级工程师，主要从事水利水电工程建设与管理工作.

TV543

A

1008-536X(2017)04-0011-04