專題講座資料（2021-2022年）古田嶺里水庫土壩涵洞周邊高噴加固處理方法

1、古田嶺里水庫土壩涵洞周邊高噴加固處理方法盧祖貴(福建省古田縣水利局 古田 352200)摘 要：高壓噴射灌漿是土壩防滲加固最常用、技術(shù)相對成熟的方法之一，但在實際施工中，位于壩體較高部位的涵洞處理一直是個難題。福建古田縣嶺里水庫土壩高噴加固處理時，通過精確布孔、鉆孔，結(jié)合采用各種噴射的靈活組合和噴嘴方向的調(diào)節(jié)等措施，使得涵洞周邊噴灌質(zhì)量達(dá)到了土壩除險加固的規(guī)范要求。現(xiàn)場靜水頭壓水試驗證明古田縣嶺里水庫土壩總體防滲效果較好。實踐證明古田縣嶺里水庫采用的土壩高噴加固涵洞周邊處理方法對類似工程具有一定的參考與借鑒價值。關(guān)鍵詞：水庫土壩；高噴加固；涵洞 1 工程概況嶺里水庫位于福建省古田縣杉洋鎮(zhèn)嶺里村

2、，水庫壩址主河道長2.99km，河道坡降69.5，壩址控制流域面積2.05km2，水庫總庫容119.3萬m3，是一座具有防洪、灌溉、供水和發(fā)電等綜合效益的?。ㄒ唬┬退畮?。嶺里水庫大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高26.0m，大壩正常蓄水位614.8m，壩頂高程619.0m，壩底高程593.0598.0m，壩底厚96.30m，壩頂長119.20m，壩頂厚度5.0m，大壩基礎(chǔ)上游部分為土基，下游部分為巖基。輸水涵洞位于大壩中部偏左岸，進(jìn)水口底高程602.0m，為城門型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，全長79m，斷面尺寸為0.65m×1.2m。出水口底高程599.2m，涵洞水力坡降為3.5%，最大輸水量為1.2m3

3、/s。主要為下游灌溉、人飲和發(fā)電等供水。該水庫建于1980年，1986和1996年分別對大壩進(jìn)行劈裂灌漿加固，但效果并不明顯，2002年被鑒定為三類壩。為了早日消除大壩安全隱患，確保大壩安全運(yùn)行，經(jīng)充分論證和專家會商，認(rèn)為該水庫土壩土質(zhì)及施工工藝差，劈裂灌漿加固很難控制壩身的劈裂程度，可能形成無法灌到位的新裂縫。由于高噴對不同土和環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，機(jī)具振動小，不會對臨近建筑物或坡下埋設(shè)物造成不良影響。所以決定采用高壓噴射灌漿，對大壩進(jìn)行防滲加固處理。2 壩體及涵洞周邊存在主要問題2.1 壩體問題   嶺里水庫大壩經(jīng)過近30年的運(yùn)行已進(jìn)入老化狀態(tài)，不僅存在管理嚴(yán)重落后、蟻患危害

4、大等問題，同時還存在嚴(yán)重的滲流安全問題：(1) 土壩施工質(zhì)量差，局部出現(xiàn)接觸漏水情況，壩體存在滲漏及接觸滲漏，長期發(fā)展會形成流土、管涌等破壞形式。(2) 左岸壩肩凝灰熔巖風(fēng)化層較厚，上部基巖較破碎，右岸接頭和背水坡滲漏，危及大壩整體穩(wěn)定。壩基未進(jìn)行防滲帷幕灌漿，存在較嚴(yán)重的防滲問題。2.2 輸水涵洞周邊問題嶺里水庫下游緊挨著嶺里、壩頭等村莊，保護(hù)人口6000人，灌溉耕地面積3750畝，電站裝機(jī)270kw。灌溉、供水和發(fā)電的引水主要通過輸水涵洞引水。輸水涵洞為城門型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，涵洞水力坡降為3.5%，最大輸水量為1.2m3/s。根據(jù)地質(zhì)勘探報告及現(xiàn)場檢查情況分析，輸水涵洞經(jīng)過三十年的運(yùn)行，其

5、周邊主要存在以下問題： (1) 涵洞上部發(fā)現(xiàn)有規(guī)則干燥小裂隙，多處敲擊有空鼓現(xiàn)象。洞頂土質(zhì)存在不均勻沉降，涵洞與壩體接觸處有明顯空隙，滲流嚴(yán)重。(2) 由于土壩砌筑材料較差，輸水涵洞與壩體無法形成整體，導(dǎo)致輸水涵洞周邊及下部滲漏量較大。3 涵洞周邊及底部的施工方法及技術(shù)高壓噴射灌漿是20世紀(jì)70年代中期，日本研究應(yīng)用的技術(shù)，80年代在我國水利工程上應(yīng)用，現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)較為成熟。高噴是一種采用高壓漿液或高壓水形成高速噴射流束，沖擊、切割、破碎土體，并以水泥基質(zhì)漿液充填，摻混其中，形成樁柱或板墻狀的凝結(jié)體，用以提高土的防滲或承載能力的施工技術(shù)。高噴對不同土和環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，機(jī)具振動小，不會對臨近建筑

6、物或坡下埋設(shè)物造成不良影響，施工速度較快，生產(chǎn)成本相對較低，在技術(shù)保障下可取得良好的防滲效果。根據(jù)嶺里水庫大壩除險加固施工設(shè)計要求，擬對壩體及壩基存在滲漏部位實行單管高壓旋噴灌漿加固處理，主要采用的工藝技術(shù)參數(shù)見表1。表1 嶺里水庫高壓旋噴灌漿參數(shù)表噴射介質(zhì)為水泥基質(zhì)漿液，使噴射管做一定角度的旋轉(zhuǎn)和提升運(yùn)動，利用高壓水形成高速噴射流束，沖擊、切割、破碎地層土體，并以水泥基質(zhì)漿液充填、摻混其中，形成柱形斷面板墻狀的凝結(jié)體，以提高壩體防滲能力，增強(qiáng)壩體整體性和防滲性。由于輸水涵洞處于大壩602.0m599.2m高程處，距壩底約有58m的高差。輸水涵洞砌筑質(zhì)量差，周邊及底部無法承受高壓，涵洞下部也無

7、法從壩頂布置連續(xù)封閉的垂直鉆孔，所以無法采用原設(shè)計，從壩頂至壩底布置連續(xù)封閉的垂直鉆孔進(jìn)行高壓旋噴的常規(guī)加固處理方案。經(jīng)過工程技術(shù)人員認(rèn)真研究和探討,擬采用不同的布孔及鉆孔，在輸水涵洞可承受的壓力范圍內(nèi)，選用更改噴嘴方向、擺噴及定噴等灌漿方法，結(jié)合相應(yīng)的灌漿技術(shù)措施加以處理，確保涵洞周邊高噴加固達(dá)到設(shè)計及規(guī)范要求。3.1 主要施工方法及技術(shù)措施3.1.1 布孔及鉆孔布孔的合理與否是輸水涵洞周邊灌漿加固處理取得預(yù)期效果的前提。根據(jù)施工設(shè)計及相關(guān)規(guī)范的要求，為了達(dá)到壩體防滲的目的，高壓旋噴灌漿的鉆孔應(yīng)能承受設(shè)計壓力，灌漿后能形成連續(xù)防滲墻。本工程涵洞寬度（0.65m），施工中在距涵洞中心0.8m處

8、左右兩側(cè)各布設(shè)一孔，鉆至基巖相對不透水層0.51.0m處。在涵洞左右側(cè)兩孔中共布設(shè)三孔（間距為原施工設(shè)計的0.4m），并鉆至距涵洞頂0.5m處，鉆孔布置如圖1所示。3.1.2 主要灌漿方法由于輸水涵洞處于大壩較高部位，輸水涵洞砌筑質(zhì)量差，周邊及底部無法承受高壓，涵洞下部也無法從壩頂布置連續(xù)封閉的垂直鉆孔，所以在不同的部位采用不同的布孔及鉆孔，同時可更改噴嘴方向、擺噴及定噴等以下幾種方法。(1) 涵洞底至壩底：主要通過涵洞左右兩側(cè)鉆孔，采用定噴折接連接，如圖2所示，左右兩孔向涵洞中心線相對方向折向上游15°方向定噴連接。(2) 涵洞洞身部位：可采用旋噴或注漿相結(jié)合的方法，為了確保在洞身

9、側(cè)墻能承受的壓力范圍內(nèi)，漿液能充分注滿涵洞兩側(cè)空隙，根據(jù)比能值公式E（PQ）/（100V），可通過適當(dāng)控制噴射灌漿壓力、提升速度和注漿量來控制比能值E，在不劈裂洞身側(cè)墻的情況下，達(dá)到水泥漿液注滿空隙的防滲設(shè)計要求。(3) 涵洞頂以上0.5m部位：采用兩側(cè)孔向涵洞中心線定噴和中間三孔更改噴嘴方向相結(jié)合的方法，左右兩孔向涵洞中心線相對方向折向上游15°方向定噴連接。同時中間三孔也可在距洞頂0.5m處，更改噴嘴垂直于涵洞頂方向擺噴。通過定噴和擺噴的結(jié)合，能充分讓漿液注滿洞頂?shù)乃锌障?，以達(dá)到防滲的目的。(4) 涵洞頂以上0.5m至壩頂部位：壩頂至距涵洞頂0.5m處按原施工設(shè)計方案，采用高壓

10、旋噴灌漿加固處理。3.1.3 主要技術(shù)措施施工中不僅要選擇正確的布孔、鉆孔和正確灌漿的方法，同時還要對水泥、漿液和各道工序的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制和檢查，主要應(yīng)注意掌握以下施工技術(shù)措施和方法：（1）鉆孔必須嚴(yán)格控制鉆孔垂直度、高程和平面位置，確保鉆孔能布設(shè)在設(shè)計要求的位置是灌漿加固處理取得預(yù)期效果的關(guān)健，也是首要前提。在鉆機(jī)就位后，用水平尺校正機(jī)身，使鉆桿軸線垂直對準(zhǔn)鉆孔中心位置，并在鉆孔過程中，每鉆3m必須用水平尺測量一次，以確保鉆孔傾斜偏差控制在1%以內(nèi)。造孔結(jié)束后進(jìn)行護(hù)壁，將鉆桿提出，下設(shè)底端用透水無紡布包扎護(hù)壁管，進(jìn)行成孔護(hù)壁，護(hù)壁套管接頭用塑料密封帶連接。護(hù)壁套管下至孔底后，采用YGB液壓

11、拔管機(jī)將套管分節(jié)拔出。（2）配制漿液時，要確定相應(yīng)水灰比的加水高度及加灰量（1.2：1水灰比每次加入水240kg，水泥200kg），并在攪拌機(jī)上做好標(biāo)記。配置過程中嚴(yán)格按照已標(biāo)明的加水高度及加灰量進(jìn)行控制，充分拌和后，用比重計對配制好的漿液密度進(jìn)行測量控制漿液密度，符合要求后方可進(jìn)行送漿。（3）下放噴射管之前，必須在地面上進(jìn)行試噴，以檢查管道的暢通性及各項指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計要求。同時進(jìn)行地面試噴并調(diào)準(zhǔn)噴射方向及角度，試噴正常后應(yīng)用膠帶把噴嘴封上，以避免在入孔過程中發(fā)生噴嘴堵塞的可能。當(dāng)噴管下入設(shè)計深度后，應(yīng)先進(jìn)行原地靜噴噴漿，待水泥漿液返出孔口，情況正常后方可開始高壓噴射灌漿提升，并根據(jù)工程需要

12、調(diào)節(jié)噴射壓力和灌漿量，改變噴嘴移動方向和速度，控制噴射固結(jié)體的形狀，即圓盤狀、圓柱狀、大底狀、糖糊蘆狀、大帽狀和墻壁狀。（4）灌漿過程應(yīng)經(jīng)常檢測水泥漿液的進(jìn)漿和回漿比重，當(dāng)與設(shè)計水灰比的漿液比重誤差超過0.1時，應(yīng)停止作業(yè)，重新調(diào)整漿液水灰比。若因供風(fēng)、水、電中斷或拆卸注漿管不能連續(xù)噴灌時，重新進(jìn)行高噴灌漿的搭接長度不應(yīng)小于0.5m，若中斷超過30min時，恢復(fù)作業(yè)時搭接長度應(yīng)大于1m。4 工程質(zhì)量檢查及評價輸水涵洞周邊灌漿加固處理完成28天后，采取在左右側(cè)孔與涵洞邊墻中心線上鉆孔檢查法。檢查孔自上而下分段鉆孔、取芯，進(jìn)行現(xiàn)場靜水頭壓水試驗，同時作抗壓強(qiáng)度及滲透系數(shù)實驗。芯樣實驗抗壓強(qiáng)度范圍為

13、3.157.62Map，均大于3.0Map，符合2004年10月20日發(fā)布的水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范要求。高噴檢查孔注水試驗成果見表2。表2 高噴檢查孔注水試驗成果表孔號試段高程/孔深（m）試段長度（m）滲透系數(shù)（cm/s）規(guī)范要求（cm/s）ZK1-1604.15/15.85600.60/18.403.551.21×10-6i×10-6(i=19)600.60/18.40599.00/20.001.604.89×10-6599.00/20.00596.00/23.003.003.08×10-6ZK1-2604.50/14.50601.00/17

14、.503.505.22×10-6601.00/17.50599.50/19.001.501.25×10-6599.50/19.00595.00/23.504.507.26×10-6由表2檢查孔注水試驗成果可看出，涵洞兩側(cè)從595.0至604.5高程（灌漿位置涵洞高程為600.6601.8m），2個試驗孔現(xiàn)場注水滲透系數(shù)范圍為1.21×10-67.26×10-6cm/s,均小于水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范要求i×10-6cm/s(i=19)，多呈微透水和極微透水，滿足設(shè)計規(guī)范要求，總體防滲效果較好。5 結(jié)語近幾年，隨著我國土壩病險庫安全狀況日益受到關(guān)注，高噴灌漿加固技術(shù)在土壩病險庫中得到越來越多的應(yīng)用，但處于特殊位置的涵洞周邊噴灌加固效果卻始終不夠理想。嶺里水庫涵洞周邊噴灌時，通過精確布孔和鉆孔，結(jié)合采用各種噴射的靈活組合和噴嘴方向的調(diào)節(jié)，同時注重技術(shù)參數(shù)的設(shè)置和嚴(yán)格的技術(shù)措施及工序管理，使得涵洞周邊噴灌質(zhì)量達(dá)到土壩除險加固的規(guī)范要求。從噴灌后工程質(zhì)量檢查的結(jié)果看，嶺里水庫涵洞周邊噴灌效果是成功的，該處理方法對類似工程具有一定的參考與借鑒價值。參考文獻(xiàn)