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

第29卷第2期2017年4月浙江水利水电学院学报J.ZhejiangUnivofWat.Res&ElectricPow.Vol.29No.2Apr.2017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\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)摘要：在大坝超薄防渗墙（墙厚15〜30cm)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.关键词：振动沉模；高喷灌浆；渗透系数；超薄防渗墙中图分类号：TV543文献标志码：A文章编号=1008-536X(2017)04-0011-04ApplicationofAnti-seepageCompositeTechnologywithHigh-pressureJetGroutingandVibrationSinkingTechnologyinReservoirDamReinforcementCHAYan1,CHENWen-bin2(1.GuizhouPuhuaConstructionEngineeringCo.,Ltd.,Guiyang550002,China；2.CollegeofWaterResourcesandArchitectureEngineering,NorthwestAgricultureandForestryUniversity,Yangling712100,China)Abstract：Singleanti-seepagetechnologycannotbegoodatboththeimperviouswallsembeddedintothebedrockimpermea­blelayerandhighereconomyduringtheconstructionofultra-thinimperviouswallwith15〜30cmthickness.Theconstruc­tionfeasibility,economyandanti-seepagereinforcementeffectofhavebeenanalyzedbasedonengineeringcaseofthesmallreservoirreinforcementproject.Combinedwiththehigh-pressurejetgroutingtechnology,theconstructionefficiencyofanti­seepagecompositetechnologyis55%higher,whiletheeconomiccostisabout20%lower.Everyindexofseepagecontrolbodywithgoodoverallcontinuityanddensityisprovedtomeetthedesignedrequirementsbyexcavatingchecks,waterin­jectionexperimentsandindoorsamplinginspections.Keywords：vibrationsinking；high-pressurejetgrouting；permeabilitycoefficient；ultra-thinimperviouswall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、可灌性和可控性好收稿日期=2016-09-20基金项目：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)作者简介：查演（19S0-)，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.等优点，通过高压（20~40MPa)喷射浆液冲击切割土体，让浆液和土体均勻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15~30cm)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12浙江水利水电学院学报第29卷不超过25m，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、可深人岩体内部，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（highpressurejetgroutingtechnology)，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50〜300mm的小孔，便可以在土体内部喷射凝结形成0.4〜4.0m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（vibrationsinkingtechnology)，是依靠高频大功率振动锤产生垂直激振力，将空腔模板沉人到预定位置，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[45].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).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25m，很难达到基岩不透水层；厚度也仅为8〜30cm.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18.23km2，总库容760万m3,兴利库容695.00万m3，年供水量1200万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725.50m，最高坝高25m，坝轴线长235m，坝顶宽6.0m，正常蓄水位723.68m.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年以后坝第2期查演等：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13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冋题.2009年，大项进行全面安全复核，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9.68x1(T5〜5.32x1(T4cm/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705.50m〜坝顶725.50m处，深20m)渗漏问题，后采用高喷灌浆1m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3m，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).(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1050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20cm塑性砂浆防渗墙体，技术指标要求为：28d抗压强度4MPa;性模量1000MPa;渗透系数K9x10_6cm/s;允许水力梯度/允在50〜60范围内；采用32.5R级普通硅酸盐水泥，浆液密度1.9〜2.0g/cm3.振动沉模防渗墙从坝顶725.50m高程到坝体705.50m高程（深20m)，下部接高压摆喷灌浆防渗墙，搭接深1〇〇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706.50m，通过1m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f米入左、右岸项肩岩体内部，纵f米分别为26.2〜26.7m和18.5〜19.3m.高压摆喷孔距1.5m，双排均布，嵌入强风化花岗岩深度3m，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20cm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14浙江水利水电学院学报第29卷垂直、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2676.50m2，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