吴晓宇，侯建宇

（淅川县水利局，河南 南阳 474450）

1 工程概况

某水利工程控制流域面积2 943 km2，现状建筑物主要包括拦河坝、泄洪闸、渠首闸及顺河坝，顺河坝起于泄洪闸后沿流域右岸一级阶地向东西布置，长度18.40 m，属于均质土坝。顺河坝坝基上部主要为厚度在4～10.50 m的重粉质壤土和粉质黏土层，坝基中部则是厚度15～20 m 的强透水砾质卵砾石层。考虑到坝基中部土层透水性强的实际，会导致坝基发生渗漏，并与坝基阶地地下水汇合后形成坝基承压水。在该水利工程运行过程中，由于各种因素的影响，导致原降压井降水效果弱化，个别坝段承压水位高出坝面，渗漏严重。为保证工程安全运行，必须采取有效措施进行坝体坝基防渗加固处理。

高压旋喷灌浆施工技术主要借助高压射流冲击破坏待加固地层结构，同时将水泥浆液或混合浆液灌入待加固地层，并使浆液和地层土颗粒充分掺混，形成坚固稳定的凝结体，达到地基加固防渗的目的。高压旋喷灌浆可灌性好，灌注加固深度大，所形成的防渗体弹性模量低，对地基结构变形适应能力强，故此水利工程坝体坝基渗漏加固拟采用高压旋喷灌浆技术。

2 施工技术方案

根据喷嘴运动方式，将高压喷射灌浆施工方式分为旋喷、摆喷和定喷三种，其中旋喷主要形成柱状凝结体，定喷形成板状凝结体，摆喷则形成厚度和长度介于旋喷和定喷之间的墙体，对于包括砂卵砾石在内的各类地层防渗均较为适用。综合来看，此水利工程选用摆喷的高压灌浆施工方式。为确定最佳的施工参数，选择地质条件最具代表性的顺河坝4+120～4+250坝段进行高压摆喷灌浆试验，根据试验结果，灌浆材料主要使用强度等级32.50的普通硅酸盐水泥占70%、黏性膨润土占30%的水泥黏土浆液，拌和用水和干料比为1:11.10，所确定出的此水利工程坝体高压喷射灌浆防渗施工其余技术参数详见表1。

表1 高压喷射灌浆施工技术参数表

高压摆喷灌浆防渗墙设置在顺河坝4+120～4+250 坝段以上高程为110 m 的平台上，防渗墙中心线平行于坝轴线，并与坝内块石护坡底边外沿相距4.80 m。采用三重管高压摆喷的灌浆形式，由下至上不间断灌浆，并通过折线连接防渗墙体，使折线轴线和防渗墙轴线形成120°夹角和30°摆角，相邻注浆孔间距1.40 m，并间隔灌浆。考虑到此水利工程坝体高程90～102 m以内的填筑及覆盖土层主要为重粉质壤土，防渗墙从土体顶板上1.40 m处灌浆至基岩以下1.20 m后形成封闭式防渗墙体，厚度≥20 cm，孔斜率不超出0.80%。

3 高压喷射灌浆施工及质量控制

3.1 施工准备

在准备阶段首先根据设计方案和施工进度要求，设置由2人组成的引孔班组及由4人组成的旋喷成桩施工班组，并安排技术员、协调人员机械维修工、记录员等各1名，设计施工工效为100～120 m/台班。同时，应当准备TT-201型三重管高压旋喷机1台，HY-110引孔钻机1台，BW-210泥浆泵1台，XX6-10空压机1 台，HJ-400 制浆机1 台，BWX-200/10 型注浆机1 台，钻头、喷嘴、压浆胶管等辅助设备若干。

进行三重管高压喷射灌浆施工所使用的水泥和外加剂应提前购置，并底部悬空30～50 cm 的方式存放在干燥区域，并在顶部覆盖防水篷布。

3.2 制备浆液

使用质量性能符合设计要求的强度等级32.50的普通硅酸盐水泥，按照1.60～1.70 g/cm3确定浆液密度，在采用高速搅拌机时水泥浆液的搅拌时间应至少为30 s，若使用普通搅拌机，则搅拌时间应至少为90 s。将拌制好的水泥浆液过筛后进行密度检测。

3.3 成孔

待钻机到达设计桩位后应调整垂直度，使钻杆和桩位保持一致，水平偏差和垂直度误差应分别控制在1.00 mm 和0.30%以内。钻孔施工开始前还应进行泥浆泵和空压机的调试及设备运转情况的检查，并用红色油漆在钻塔旁侧标注深度线，以便进行钻孔底部深度控制。在钻孔前进行试喷试验，如果试验显示钻孔机械运转正常，则应按照设计要求钻孔，并记录钻杆节数，保证钻孔深度。

钻进至设计深度后将岩芯管拔出，随即在射水的同时插入喷射灌浆管，以避免泥沙堵塞喷头，并将射水水压控制在1.00 MPa，防止过高压力破坏孔壁，用塑料将高压水流喷嘴包裹，防止吸入泥沙。待高压喷射灌浆至设计深度后开启泥浆泵，由下至上开始喷射，并将清理后的泥浆排出。为保证桩顶喷射灌浆施工质量，应在原位持续喷射10-12 s，并出现孔口冒浆后再提升旋喷。喷射至设计桩顶标高后停止，将钻头抬起后清洗灌浆泵和输浆管，再按设计要求将钻机移至下一桩位。

3.4 喷射灌浆

将喷浆管插入预定深度后严格按照试验参数自下而上进行高压喷射灌浆，并安排技术人员时刻注意检查浆液凝结时间、注浆量、浆液流速、注浆压力、旋转提升速度等参数是否符合试验要求，并进行记录。待浆液由孔底冒出地面后应按照“边喷浆、边旋转、边提升”的方式提升钻杆，待首根钻杆完全提升出地面后停止灌浆，立即拆杆并复喷，待达到旋喷压力后重新提钻，至桩顶标高后以较低压力继续喷射灌浆2-3 min，先停风再停水，此后还应继续低压喷射灌浆，等到浆液返回注浆孔口后结束旋喷，将钻杆提出。

喷射灌浆施工结束后还应将浆液换成水在大坝坝面喷射，以使泥浆泵和注浆管内的残余浆液全都排出，还应冲洗干净喷嘴等机具，将旋喷机移动至下一注浆孔位。

3.5 串浆应对及回浆处理

为避免该大坝坝体高压喷射灌浆过程中出现串浆，应使用小孔径喷嘴，降低成桩直径和喷射压力，并在浆液中按设计比掺加速凝剂和早强剂，加快防渗墙凝固成桩的速度。在灌浆过程中若浆液耗用量增大但浆液液面无明显上升迹象时，则表明发生了串浆。地下存在孔洞引发串浆时必须及时探明孔洞尺寸，对于较小孔洞，应通过浆液喷射方式填充处理，而较大孔洞必须先堵漏后再灌浆。

对于尺寸较大且不回浆的空隙应适当降低提钻和旋转速度，并增大注浆量和喷射压力，换上大孔径喷嘴。相反，若回浆量过大，则应加速提钻和旋转速度，降低注浆量，使用小孔径喷嘴以减少回浆。

4 防渗效果检查

该水利工程坝体坝基高压喷射灌浆施工结束后主要进行开挖检查、灌浆孔检测及室内检测，以进行工程防渗施工效果的全面评价。

4.1 开挖检查

高压摆喷孔灌浆坝段开挖检查后发现，摆喷孔桩搭接良好，相邻孔桩之间成套接已经形成，且摆喷后形成的喷射扇形区结构明显，与对接水泥土牢固胶结，两孔处水泥墙体对接厚实稳固，符合设计要求。

4.2 灌浆孔检测

该水利工程坝体共设置36 个检查孔，均位于旋喷桩上下游、中心处及桩间位置，采用钻孔取芯和注水试验以进行高压喷射灌浆加固效果及旋喷桩搭接情况的检查。通过所设置的检查孔主要对该水利工程进行191段注水试验，试验结果详见表2，检查孔渗透系数均值为0.67×10-6cm/s，符合规范所规定的不超出1.00×10-6cm/s 的相关要求，且坝体和冲积层高压喷射灌浆施工后渗透系数与透水率显著降低，表明该水利工程坝体和冲积层防渗性能显著改善。

表2 灌浆孔注水试验结果表

4.3 室内检测

待完成高压旋喷施工后现场检查孔注水试验过程中，还应取检查孔坝体层、淤泥层、砂卵砾石层喷射土体芯样进行室内检测。检测结果显示，各土层高压喷射灌浆体物理力学性能指标均符合防渗体加固设计要求。

此水利工程防渗施工前下游坝脚渗水量为89.70～96.80 L/s，高压喷射灌浆施工后坝体渗流量观测结果显示，库水位在1 697.80～1 706.00 m 时下游坝脚渗水量仅为0.10～0.27 L/s，表明高压喷射灌浆防渗效果十分显著。与此同时，此水利工程坝体防渗施工结束后便开始对大坝浸润线进行观测，根据观测结果，最高水位和最低水位时实测浸润线均比设计浸润线低，说明坝体高压喷射灌浆加固处理后坝体及坝基渗流稳定性提升。

5 结论

综上所述，高压喷射灌浆加固技术在水利工程坝体防渗处理中切实可行，且能使坝体结构强度和防渗效果明显增强，基本消除坝体渗漏，保证水利工程安全运行。高压喷射灌浆施工技术适用范围广泛，对于大坝坝体、淤泥、砂卵砾石坝基等多种地层渗漏加固效果良好，且高压喷射灌浆施工后质量检测方便，可以通过直接开挖检查、钻孔检测及取芯样试验等检测，而考虑到水利工程坝体高压喷射防渗墙坝顶窄，一般不宜做围井检查。