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摘要:高压喷射灌浆是一种有效的防渗加固工艺，近年来，在水库防渗处理中得到了广泛应用。本文结合水库防渗处理实例，介绍了高压喷射灌浆施工的技术要点及质量控制措施，并对高压喷射灌浆防渗效果进行了分析，得出了几点有益的结论，对类似水库的防渗处理具有一定的参考价值。
关键词:高压喷射灌浆；水库除险加固；防渗施工；效果分析
中图分类号：P343文献标识码： A 文章编号：
水库在防御洪水灾害和保障国民经济建设发挥了重要作用。但是由于使用的时间及水库的老化及本身施工质量不理想等原因，形成了不少的病险水库。病险水库渗漏逐渐增多，对大坝造成了的严重损害。因此，为了避免漏水的加剧和危及水库大坝安全、延长大坝的使用寿命，必须对水库进行防渗处理。高压喷射灌浆具有施工工程量小,工程投资少,成墙工效较高。在渗透和结构方面有着独特的稳定性。高压喷射灌浆形成的防渗体弹性模量较低,有较强的变形适应性，在适应地基的变形方面举有明显的优越性。近年来，高压喷射灌浆在防渗处理中的应用也逐渐增多。
1水库工程实例
某水库大坝高25m，坝顶高程79.4m，水库总库容1130万m3，兴利库容975万m3。溢洪道为开敞式，位于大坝左岸；底涵位于大坝左岸坡山脚，高涵位于大坝右岸山体中。该水库工程等别为3等，其主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。水库按50年一遇洪水进行设计，300年一遇洪水进行校核。
2大坝工程地质条件及病险现象
2.1坝址工程地质条件
坝址河流两岸山体地形坡度20°～30°，坝址区为白垩系江底河组粉砂质泥岩、砂质泥岩及第四系冲积层。坝址第四系冲积层厚20～31m，其中黏土砂卵砾石层分布于河床部位，以2mm以上粗砾为主，孔隙大，结构疏松；淤泥质黏土厚6.4～11m，多呈软塑状态，局部夹粉砂土和粉砂层透镜体。
2.2病险现象和原因分析
当库内蓄水位达77.9m时，下游坝坡发现潮湿现象，左岸下游坝脚同时出现渗流；库水位在1903.4～1903.9m时，下游坝坡的渗水潮湿面积达3781m2，总渗漏量每昼夜达561m3。水库距震中较近，检查后共发现25条裂缝，坝脚渗漏量增大，距土坝坝脚40～50m的农田发生裂缝，并伴有黑泥浆上涌，部分裂缝涌水并有沙沸现象。
大坝产生渗漏是因为坝体碾压质量差，大坝土体透水性较大；坝基冲积层没有被切断，黏土砂卵砾石层上、下游贯通，大坝填筑前未进行坝基清基或防渗处理，坝基砂卵砾石层透水性强。
3大坝防渗处理
3.1大坝防渗方案
坝体碾压质量差，透水性强，坝基存在砂、卵(砾)石强透水层，坝体和坝基渗漏严重。为防止大坝的渗透破坏，减少坝体和坝基渗漏量，对坝体和坝基进行垂直防渗处理。
根据该水库坝基淤泥质黏土和砂卵砾石层的物理力学性质，结合高压喷射的特殊性及防渗深度(大坝高压喷射防渗处理最大深度59.2m)，设计采用单排旋喷套接结合两岸摆喷的方式形成防渗墙，防渗墙轴线与坝轴线平行，并向上游偏移1.0m，墙体结构见图1。整个高压旋(摆)喷灌浆的防渗墙长度为318.4m，灌浆孔为单排孔，其中高压摆喷灌浆孔64个，累计孔深926.7m；高压旋喷灌浆孔303个，累计孔深13713.6m。
大坝左、右两岸25m深度范围采用高压摆喷，孔距为1.2m，摆角60°。中间坝段采用高压旋喷，高压旋喷孔沿坝轴线布置，孔距为0.8m，旋喷孔深达基岩表面，单排布孔。施工中认真按施工技术要求执行，根据大坝工程地质条件、现场试验结果及已有工程实践经验，确定高压喷射各项施工技术参数如下:高压水压力30～35MPa，流量75L/min；浆液压力1MPa，流量50L/min；气压0.3～0.7MPa；提升速度6～10cm/min，旋转速度8r/min；钻孔孔斜率小于0.5%，孔位偏差小于2cm。
图1防渗墙平面结构形式
3.2高压旋喷灌浆防渗施工
(1)高压旋喷灌浆机械系统
高压旋喷灌浆机械系统是按高压旋喷灌浆施工工藝要求，由多种设备组装而成，主要有造孔钻机、搅浆机、灌浆泵、水泥上料机、压缩空气机、高压水泵、提升卷扬及旋摆设备、喷射装置、浆液回收设施及监控设备等。
(2)高压旋喷灌浆施工步骤
高压旋喷灌浆采用“三管法”分序进行旋喷施工，施工工艺流程见图2。
图2高压旋喷灌浆施工流程施工方法及步骤:
a.制浆。使用合格的425号普通硅酸盐水泥，浆液密度1.6～1.7g/cm3。水泥浆的搅拌时间，使用高速搅拌机应不少于30s，使用普通搅拌机应不少于90s。浆液在过筛后使用，并定时检测其密度。
b.钻孔。确定施工的孔号及桩位，按设计要求钻孔至基岩面后进行深度确认，达到设计孔深后测斜。
c.试喷。先进行地面试喷，然后将喷射管放入灌浆孔，当喷头下放至设计深度时，送入符合要求的水、气、浆，待浆液冒出孔口后，按设计要求摆动提升，自下而上直到设计高度，喷射过程中要详细记录，严格按技术要求控制施工质量。
d.高压旋喷灌浆。施工中采用三重管喷射形式，喷射灌浆的顺序为旋喷机就位→将喷管下至预定孔深→送浆至孔口返浆→启动高压泵、空压机→开始旋喷并提升→结束旋喷→回填封孔。
e.封孔。现场调配好封孔浆液后机械封孔。
4高压喷射灌浆防渗效果
4.1高压喷射灌浆施工质量检查
该水库高压喷射灌浆施工完成后，进行开挖检查、检查孔检测、室内检测等工作。
(1)开挖检查
a.高压摆喷孔灌浆坝段:摆喷孔桩之间搭接良好，摆角形成的喷射扇形区域明显，对接处水泥土胶结牢固；水泥墙体在两孔对接处较厚，达到1.2m，而在摆喷孔处厚0.5m，达到设计要求。
b.高压旋喷灌浆坝段:旋喷孔桩之间搭接良好，孔桩与孔桩之间已形成套接，套接处水泥土胶结密实牢固，整体水泥墙体在同一深度上厚度均匀，就开挖的5m深度的墙体厚度来看，厚0.9～1.4m，达到设计要求。
(2)检查孔检测
检查孔共38个，布置在旋喷桩中心处、旋喷桩上下游及旋喷桩之间，通过取芯和注水试验，检查比较旋喷桩的搭接情况和喷射效果。
通过检查孔进行199段的注水试验，渗透系数统计如下:小于0.05×10－6cm/s的有29段，占总段数的14%；在(0.05～0.5)×10－6cm/s之间的有74段，占总段数的38%；在(0.5～1.0)×10－6cm/s之间的有96段，占总段数的48%；平均渗透系数为0.68×10－6cm/s；所有检查孔的注水渗透系数均在设计规定的防渗标准值1.0×10－6cm/s以内，坝体及冲积层灌浆前后渗透系数和透水率比较如表1所示。
表1坝体及冲积层灌浆前后渗透系数和透水率比较
从表1可看出，坝体及冲积层高压旋(摆)喷灌浆后渗透系数和透水率都显著降低，说明坝体及冲积层的防渗性能明显改善和提高。
(3)室内检测
高压旋(摆)喷结束后，在进行现场检查孔注水试验时，选取检查孔的坝体层、坝基淤泥层、砂卵砾石层的高压喷射土体取芯做室内检测试验，各项检测指标如表2所示。试验结果表明，各层高压喷射土体的物理力学指标值满足防渗体设计要求。
表2坝体和坝基高压喷射灌浆土体物理力学指标
4.2高压喷射灌浆防渗效果分析
下游坝脚的渗水量为98.6L/s，高压喷射灌浆施工后，2005—2008年对水库的渗漏量观测表明，水库水位在1896.77～1905.00m时，下游坝脚渗水量为0.12～0.35L/s，且渗水量稳定，说明高压喷射灌浆防渗效果是显著的。
自2005年10月25日起开始对浸润线进行观测，实测浸润线均低于设计浸润线，渗流稳定性好。最高水位和最低水位时的实测浸润线均低于2002年初步设计时钻孔水位和设计浸润线，说明通过对大坝进行高压旋喷灌浆和摆喷灌浆，减小了坝体和坝基渗漏，降低了坝体浸润线，增强了土坝稳定性。
该水库除险加固工程实施后，水库已正常蓄水运行，坝体和坝基观测均未发现异常情况；高水位时，水库下游坝坡原渗水潮湿现象已消失，下游坝脚右侧渗水点已完全消失，防渗处理效果明显。
5 结论
总之，高压喷射灌浆在水库防渗处理中的应用是可行的，采用该技术后，水库防渗效果明显，坝体结构得到了加强，渗漏状况基本消除，水库安全运行有了保障。
通过本工程的成功应用，我们得出了以下结论：
a.高压喷射灌浆技术适用范围广，对治理大坝坝体及淤泥、砂卵石基础等多种地层渗漏效果好。
b.高压喷射灌浆施工要连续，不得停喷，如因发生事故，应尽快恢复。复喷前先用钻机扫孔至中断位置以下50 cm，再将喷管下放至孔底复喷，以确保墙体的连续性。
c．高压喷射灌浆后质量检测方便，可采用开挖检查、钻孔检测及取样试验等检测。水库大坝工程高压喷射防渗墙的检测，因坝顶窄，不宜做围井检查，宜采用钻孔注水检查。
参考文献
[1] 庞毕辉.高压喷射灌浆法在坝基防渗处理中的应用[J].广西城镇建设,2011年07期
[2] 陈伟峰.高压喷射灌浆技术在水库坝基防渗加固中的应用探讨[J].城市建设理论研究,2012年第16期
关键词:高压喷射灌浆；水库除险加固；防渗施工；效果分析
中图分类号：P343文献标识码： A 文章编号：
水库在防御洪水灾害和保障国民经济建设发挥了重要作用。但是由于使用的时间及水库的老化及本身施工质量不理想等原因，形成了不少的病险水库。病险水库渗漏逐渐增多，对大坝造成了的严重损害。因此，为了避免漏水的加剧和危及水库大坝安全、延长大坝的使用寿命，必须对水库进行防渗处理。高压喷射灌浆具有施工工程量小,工程投资少,成墙工效较高。在渗透和结构方面有着独特的稳定性。高压喷射灌浆形成的防渗体弹性模量较低,有较强的变形适应性，在适应地基的变形方面举有明显的优越性。近年来，高压喷射灌浆在防渗处理中的应用也逐渐增多。
1水库工程实例
某水库大坝高25m，坝顶高程79.4m，水库总库容1130万m3，兴利库容975万m3。溢洪道为开敞式，位于大坝左岸；底涵位于大坝左岸坡山脚，高涵位于大坝右岸山体中。该水库工程等别为3等，其主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。水库按50年一遇洪水进行设计，300年一遇洪水进行校核。
2大坝工程地质条件及病险现象
2.1坝址工程地质条件
坝址河流两岸山体地形坡度20°～30°，坝址区为白垩系江底河组粉砂质泥岩、砂质泥岩及第四系冲积层。坝址第四系冲积层厚20～31m，其中黏土砂卵砾石层分布于河床部位，以2mm以上粗砾为主，孔隙大，结构疏松；淤泥质黏土厚6.4～11m，多呈软塑状态，局部夹粉砂土和粉砂层透镜体。
2.2病险现象和原因分析
当库内蓄水位达77.9m时，下游坝坡发现潮湿现象，左岸下游坝脚同时出现渗流；库水位在1903.4～1903.9m时，下游坝坡的渗水潮湿面积达3781m2，总渗漏量每昼夜达561m3。水库距震中较近，检查后共发现25条裂缝，坝脚渗漏量增大，距土坝坝脚40～50m的农田发生裂缝，并伴有黑泥浆上涌，部分裂缝涌水并有沙沸现象。
大坝产生渗漏是因为坝体碾压质量差，大坝土体透水性较大；坝基冲积层没有被切断，黏土砂卵砾石层上、下游贯通，大坝填筑前未进行坝基清基或防渗处理，坝基砂卵砾石层透水性强。
3大坝防渗处理
3.1大坝防渗方案
坝体碾压质量差，透水性强，坝基存在砂、卵(砾)石强透水层，坝体和坝基渗漏严重。为防止大坝的渗透破坏，减少坝体和坝基渗漏量，对坝体和坝基进行垂直防渗处理。
根据该水库坝基淤泥质黏土和砂卵砾石层的物理力学性质，结合高压喷射的特殊性及防渗深度(大坝高压喷射防渗处理最大深度59.2m)，设计采用单排旋喷套接结合两岸摆喷的方式形成防渗墙，防渗墙轴线与坝轴线平行，并向上游偏移1.0m，墙体结构见图1。整个高压旋(摆)喷灌浆的防渗墙长度为318.4m，灌浆孔为单排孔，其中高压摆喷灌浆孔64个，累计孔深926.7m；高压旋喷灌浆孔303个，累计孔深13713.6m。
大坝左、右两岸25m深度范围采用高压摆喷，孔距为1.2m，摆角60°。中间坝段采用高压旋喷，高压旋喷孔沿坝轴线布置，孔距为0.8m，旋喷孔深达基岩表面，单排布孔。施工中认真按施工技术要求执行，根据大坝工程地质条件、现场试验结果及已有工程实践经验，确定高压喷射各项施工技术参数如下:高压水压力30～35MPa，流量75L/min；浆液压力1MPa，流量50L/min；气压0.3～0.7MPa；提升速度6～10cm/min，旋转速度8r/min；钻孔孔斜率小于0.5%，孔位偏差小于2cm。
图1防渗墙平面结构形式
3.2高压旋喷灌浆防渗施工
(1)高压旋喷灌浆机械系统
高压旋喷灌浆机械系统是按高压旋喷灌浆施工工藝要求，由多种设备组装而成，主要有造孔钻机、搅浆机、灌浆泵、水泥上料机、压缩空气机、高压水泵、提升卷扬及旋摆设备、喷射装置、浆液回收设施及监控设备等。
(2)高压旋喷灌浆施工步骤
高压旋喷灌浆采用“三管法”分序进行旋喷施工，施工工艺流程见图2。
图2高压旋喷灌浆施工流程施工方法及步骤:
a.制浆。使用合格的425号普通硅酸盐水泥，浆液密度1.6～1.7g/cm3。水泥浆的搅拌时间，使用高速搅拌机应不少于30s，使用普通搅拌机应不少于90s。浆液在过筛后使用，并定时检测其密度。
b.钻孔。确定施工的孔号及桩位，按设计要求钻孔至基岩面后进行深度确认，达到设计孔深后测斜。
c.试喷。先进行地面试喷，然后将喷射管放入灌浆孔，当喷头下放至设计深度时，送入符合要求的水、气、浆，待浆液冒出孔口后，按设计要求摆动提升，自下而上直到设计高度，喷射过程中要详细记录，严格按技术要求控制施工质量。
d.高压旋喷灌浆。施工中采用三重管喷射形式，喷射灌浆的顺序为旋喷机就位→将喷管下至预定孔深→送浆至孔口返浆→启动高压泵、空压机→开始旋喷并提升→结束旋喷→回填封孔。
e.封孔。现场调配好封孔浆液后机械封孔。
4高压喷射灌浆防渗效果
4.1高压喷射灌浆施工质量检查
该水库高压喷射灌浆施工完成后，进行开挖检查、检查孔检测、室内检测等工作。
(1)开挖检查
a.高压摆喷孔灌浆坝段:摆喷孔桩之间搭接良好，摆角形成的喷射扇形区域明显，对接处水泥土胶结牢固；水泥墙体在两孔对接处较厚，达到1.2m，而在摆喷孔处厚0.5m，达到设计要求。
b.高压旋喷灌浆坝段:旋喷孔桩之间搭接良好，孔桩与孔桩之间已形成套接，套接处水泥土胶结密实牢固，整体水泥墙体在同一深度上厚度均匀，就开挖的5m深度的墙体厚度来看，厚0.9～1.4m，达到设计要求。
(2)检查孔检测
检查孔共38个，布置在旋喷桩中心处、旋喷桩上下游及旋喷桩之间，通过取芯和注水试验，检查比较旋喷桩的搭接情况和喷射效果。
通过检查孔进行199段的注水试验，渗透系数统计如下:小于0.05×10－6cm/s的有29段，占总段数的14%；在(0.05～0.5)×10－6cm/s之间的有74段，占总段数的38%；在(0.5～1.0)×10－6cm/s之间的有96段，占总段数的48%；平均渗透系数为0.68×10－6cm/s；所有检查孔的注水渗透系数均在设计规定的防渗标准值1.0×10－6cm/s以内，坝体及冲积层灌浆前后渗透系数和透水率比较如表1所示。
表1坝体及冲积层灌浆前后渗透系数和透水率比较
从表1可看出，坝体及冲积层高压旋(摆)喷灌浆后渗透系数和透水率都显著降低，说明坝体及冲积层的防渗性能明显改善和提高。
(3)室内检测
高压旋(摆)喷结束后，在进行现场检查孔注水试验时，选取检查孔的坝体层、坝基淤泥层、砂卵砾石层的高压喷射土体取芯做室内检测试验，各项检测指标如表2所示。试验结果表明，各层高压喷射土体的物理力学指标值满足防渗体设计要求。
表2坝体和坝基高压喷射灌浆土体物理力学指标
4.2高压喷射灌浆防渗效果分析
下游坝脚的渗水量为98.6L/s，高压喷射灌浆施工后，2005—2008年对水库的渗漏量观测表明，水库水位在1896.77～1905.00m时，下游坝脚渗水量为0.12～0.35L/s，且渗水量稳定，说明高压喷射灌浆防渗效果是显著的。
自2005年10月25日起开始对浸润线进行观测，实测浸润线均低于设计浸润线，渗流稳定性好。最高水位和最低水位时的实测浸润线均低于2002年初步设计时钻孔水位和设计浸润线，说明通过对大坝进行高压旋喷灌浆和摆喷灌浆，减小了坝体和坝基渗漏，降低了坝体浸润线，增强了土坝稳定性。
该水库除险加固工程实施后，水库已正常蓄水运行，坝体和坝基观测均未发现异常情况；高水位时，水库下游坝坡原渗水潮湿现象已消失，下游坝脚右侧渗水点已完全消失，防渗处理效果明显。
5 结论
总之，高压喷射灌浆在水库防渗处理中的应用是可行的，采用该技术后，水库防渗效果明显，坝体结构得到了加强，渗漏状况基本消除，水库安全运行有了保障。
通过本工程的成功应用，我们得出了以下结论：
a.高压喷射灌浆技术适用范围广，对治理大坝坝体及淤泥、砂卵石基础等多种地层渗漏效果好。
b.高压喷射灌浆施工要连续，不得停喷，如因发生事故，应尽快恢复。复喷前先用钻机扫孔至中断位置以下50 cm，再将喷管下放至孔底复喷，以确保墙体的连续性。
c．高压喷射灌浆后质量检测方便，可采用开挖检查、钻孔检测及取样试验等检测。水库大坝工程高压喷射防渗墙的检测，因坝顶窄，不宜做围井检查，宜采用钻孔注水检查。
参考文献
[1] 庞毕辉.高压喷射灌浆法在坝基防渗处理中的应用[J].广西城镇建设,2011年07期
[2] 陈伟峰.高压喷射灌浆技术在水库坝基防渗加固中的应用探讨[J].城市建设理论研究,2012年第16期