高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中运用研究.pdf

施 工 安 全水上安全 2023 年 第11期162作者简介：胡绍杰，男，本科，工程师，研究方向为水利水电工程。高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中运用研究胡绍杰（吉安市水利水电规划设计院，江西 吉安 343000）摘要：为提高水库运行的安全性和稳定性，保证水库在农业灌溉等领域的应用效果，本文以某水库除险加固工程为例，着重研究了高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的运用要点，以及该技术在运用中常见问题与处理，探究了高压旋喷灌浆技术的应用效果，以期能够为相关工程提供一定帮助。关键词：高压旋喷灌浆技术；水库；除险加固0 引言在水库运行过程中，坝体出现老化现象而造成的使用安全问题较为常见。当坝体力学稳定性受到影响时，很容易产生安全事故。据相关统计分析，由于坝体的渗透破坏所产生的事故，约占事故的 40%之多。由此可见，对于水库险坝而言，做好防渗加固至关重要。1 工程概况某水利建设工程位于江西省，建筑所属修水流域潦河干流上游，所处区域地理位置优越、交通便捷，与城市中心距离响度较远、距离国道几十千米。当前该建筑工程所属城市中，城市建设面积 15.88 km2，建成区总人口 9.7 万人。工程所处区域流域西高东低，地层出露以中晚元古代花岗闪长岩为主，植被条件较好，上游属中低山区，植被主要以针、阔叶林为主；中游多丘陵岗地，植被条件较好，多灌木、茅草；下游多小平原。潦河流域面积 4 380 km2，主河道长度166.0 km。在该工程中，水库修建和除险加固是重要环节之一，严格控制水库质量，有助于保障整个工程稳定性，达到拦河坝设计和使用需要。2 高压旋喷灌浆技术的在水库除险加固中的运用2.1 技术原理高压旋喷灌浆技术在施工期间，通过高压脉冲泵，使混凝土、水泥和加入物，同时产生高压喷射流，再通过喷水设备，使其高速地喷洒到混凝土体内部，对混凝土体进行剪切和混合的施工运动，使土质与水泥浆之间产生了有效的混合物，通过重新排列之后，再凝固为复合材料，以此提高水库整体的承载力和防渗性能。在施工过程中，随着旋转切割的持续进行，高压脉冲泵慢慢上升，不断形成板状或柱状的物体，即为旋喷桩1。在水库除险加固处理中，该技术具有高功效、料源广、操作便捷、防渗效果好和成本低等优势。图 1 所示为高压旋喷灌浆技术原理。图 1 高压旋喷灌浆技术原理高压旋喷灌浆技术在施工过程中，孔斜率应控制在 1%左右，两侧偏在 1 m 左右，结合孔距达到 2 m2。在技术应用前，应通过现场试验，确定灌浆参数和孔距等因素。图 2 所示为高压旋喷灌浆技术流程图。施 工 安 全Maritime Safety 水上安全163图 2 高压旋喷灌浆技术流程图2.2 现场试验选择代表性地质区段，以合理配合比，开展工艺试验。通过现场试验，确定孔深、桩距、喷射流量、浆液性能、提升速度和压力等工艺参数3。在试验现场布置正方形围井，在试验完成 7 d 左右，开展注水试验，检测其渗透参数，做好注水效果对比分析，适当调整设计参数，保证后续施工精确性4。2.3 施工参数确定通过分析发现，该工程所处区域降水量主要集中在 49 月，暴雨历时 13 d，需要做好洪水防范工作，对暴雨特性进行分析，降低洪水灾害发生的概率。洪水设计需要以洪峰流量为依据，对洪峰流量参数进行统计，最大洪峰面积达到 8 110 m3/s。同时，以 Q 表示水流量，R 为水力半径，I 为比降，F 为过水断面，该水库河道枯水期水位和流量关系，计算公式为 （1）应当精准把握流量和水位关系，并掌握生态流量情 况：Q生 态=（4510%）m3/s=4.5 m3/s。在 此 基 础上，进行地质分析。通过分析发现坝址位于天工大桥的下游，两岸圩堤堤脚之间宽度为 400 m，床底高程为 32.5 34.3 m。地质岩性方面，主要由壤土、细砂、圆砾等构成。基于以上调查准备，确定施工参数。高压旋喷的灌浆工艺参数也较多，但仍以用水量、有浆压力、转速或摆角、提升速率等因素居多5。依据现场的测量结果，设定施工参数。下表 1 所示，即为水库高压旋喷灌浆施工参数。表 1 水库高压旋喷灌浆施工参数水压力/MPa气压/MPa浆液压力/MPa浆液密度/（g/cm3）喷嘴直径/mm提升速度/（cm/min）32340.60.80.40.81.21.416142.4 设备及工艺确定高压旋喷灌浆技术应用过程中，主要使用到高压台车、高压泥浆泵、地质钻机、泥浆搅拌机、高压水泵、空压机、灌浆泵、制浆机等施工设备6。根据该工程水库特点和施工需要，确定设备及施工工艺，如下表 2 所示：表 2 设备及施工工艺工艺项目控制范围具体要求特殊要求钻孔孔径 0.13 m、孔距0.8 m孔斜率 1%、孔位差 1.25 g/cm3/喷管提升速度填筑土 8 cm/min、基础 6 cm/min填筑土和基础接触部位静喷 2 min/施灌方式旋喷/2.5 布孔钻孔布孔施工是基础，共分成三阶段进行。第一阶段布设先导孔，沿着坝体灌浆轴线的方向，按照每间隔30 m 布设一个先导孔的标准进行施工。使用先导孔进行芯样采取工作，对坝体的地层变化情况、土质类别、基岩深度、漏浆程度等情况进行综合性了解7。第二阶段，布设试验孔。结合先导孔的布设和坝体分析情况等，在大坝的一侧建立测试通道，研究钻孔的正确性，开展实地测量，以确定合理的注浆成型系数和钻孔距。第三阶段是灌浆孔布置问题。在布设阶段，按照现场试验的要求，沿着防渗墙轴线，布置灌浆孔，期间还应考虑先导钻孔。2.6 高压喷浆高压喷浆施工，采用三管法方式。在施工参数确定完成后，将高喷杆在已经准备好的灌浆孔前插入，并将其分别与气管、水管和浆管进行连接，进行试喷工作，重点检查气、水、浆等管路是否畅通，检查机械运行情况，判断各参数是否符合设计标准，并根据检查试验情况，适当调整喷枪的摆动角度以及其喷射方向。使用胶布对气嘴和水嘴进行包扎，包扎两三层左右，使用卷扬机，将其缓慢提升，并以慢速、轻轻地插入，保证插入施 工 安 全水上安全 2023 年 第11期164效果，避免对孔壁造成刮塌等危害8。在插入期间，注意观察实际情况，若无问题，一切正常，则可持续地垂直伸入到喷射管的规定深度内，先把水泥浆液送入后，再输入空气和清水。按要求的参数，完成原位喷射动作。当钻孔中返出的泥浆压力达到 1.2 g/cm3后，再依照所规定的方法，逐步减慢上升速率，并依照从下到上的次序，完成连续摆喷工艺。2.7 静压回灌当高喷水杆上升至与地基高度相差 40 cm 以上的地方后，先使空气和水流停滞，再使混凝土的浆液停滞。因为在该过程中，孔内的泥浆会形成沉降、析水和凝结收缩等问题，而在高喷墙体的上方，会形成凹穴，此时，则必须使用混凝土，以完成科学合理的静水压力回灌填充工作。静水压力回灌的填充工作应间断完成，直至将其重新回填到孔口内，且泥浆中不再发生继续沉淀情况为止。在每个孔高喷注浆成型完成后，就可冲洗整个混凝土的管路系统，保证管道的通畅，避免出现堵塞问题。由于高压旋喷灌浆施工本身就属于置换过程，所以在气流升扬的作用下，会有很多粉土，与气流和回浆被置换到施工场地内部9。因此，为确保施工文明落实，在施工期间，不仅要完善浆液导流工作，还需要在灌浆后，做好现场的及时清理，尽快将现场恢复原状。2.8 质量验收首先，应检查整体情况，检查渗透量，计算减少量等信息。可将测压管布设在坝体后，检测水位，分析防渗效果，或通过渗润线，分析出露高程的变化情况，进而作出有效判断。其次，需做好局部检查。在该工程中，主要采用围井检查方法。在高压摆喷墙施工完成 7 天左右，进行围井检查。在地质较为复杂，且容易存在严重漏浆等质量缺陷的区域，布置围井，将高压摆喷墙作为一侧井壁，做好布孔施工，并通过灌浆，形成封闭的井型墙体，封闭处理井底。在围井中进行钻孔，开展抽水或注水试验。砼灌浆后，可检查其位置深度，确保施工质量达到要求。3 高压旋喷灌浆技术运用中常见问题与处理3.1 塌孔在高压旋喷灌浆技术施工中，钻孔结束后很容易出现塌孔问题。这主要是由于钻孔区域本身含有较多的砾石或砂土，使得地层强度受到影响，容易出现脱落或坍塌等问题，使得灌浆过程中，喷射管不能达到设计深度而导致塌孔现象。针对此问题，可以通过在泥浆中掺杂火碱、膨润土的方式，或加大泥浆的浓度来达到护壁的效果，条件允许的情况下，还可在钻孔施工中采用套管护壁方式进行。3.2 灌浆渗漏灌浆渗漏问题，主要存在于含砂砾石或砂的地层当中，呈现为灌浆或钻孔过程返浆量低，甚至孔口不返浆的问题。这主要在于钻孔过程中，泥浆中可以存在细砂，或泥浆浓度过大，造成了堵塞问题。所以，针对灌浆渗漏的处理，可以在提升结束后，正常将浆液送入，开展旋喷施工。若在 5 min 左右不存在返浆问题，则可在孔口回填适量细砂。若细砂回填后，仍无明显效果，则可在提升到 20 cm 左右后结束，在该区域喷射 5 min 左右，继续提升过程，直到孔口返浆为止。对于特殊处理后的渗漏段，需要在孔口返浆后，将喷射管放置到不返浆区域的最下方，再进行后续的复喷施工。3.3 冒浆冒浆问题主要出现在灌浆过程中，在坝坡、库区底部等位置，喷出或流出浆液。针对这一现象的解决方法，主要可通过几种措施加以解决。其一，为提升喷射的压力。其二，为加快旋转速度和提升速度。其三，为适当缩小喷嘴孔径，减少注浆量。4 结束语综上所述，高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用，体现出明显优势和价值。该技术在应用中具有施工条件少、施工便捷、成本低且固结效果好等优势，且在技术逐渐成熟的情况下，被广泛应用到各类防渗工程当中。将其应用到水库除险加固中，能够有效发挥其作用，维护水库稳定安全。5 参考文献1 赵立阳.高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用研究 J.湖南水利水电,2023(2):41-44.2 郭凯.高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用 J.工程技术研究,2022,7(22):97-99.3 陈健.高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用 J.江西建材,2022(6):304-305,310.4 尹栓,杨春红.高压旋喷灌浆技术在水利水电工程施工中的应用 J.工程技术研究,2021,6(20):75-76.5 黄云飞.基于高压旋喷灌浆技术的水库加固工程混凝土防渗墙可靠性分析 J.地下水,2021,43(2):192-195.6 吕云英.高压旋喷灌浆技术在陈源水库除险加固工程中的应用 J.黑龙江水利科技,2020,48(7):139-142,169.7 李万里,牛飞,李森.高压旋喷灌浆技术在病险水库大坝防渗的应用J.河南水利与南水北调,2019,48(12):41-42.8 曾龙辉.水库除险加固中高压旋喷灌浆技术的应用研究 J.黑龙江水利科技,2019,47(12):173-175.9 彭凯.高压旋喷灌浆技术在水库大坝基础处理中的应用 J.门窗,2019(21):253-254.