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摘要：多年来为解决土坝坝水工建筑物防渗问题，寻求一种经济且技术先进可靠的防渗方法。在水利工程施工当中，一大批水库工程,鉴于当时条件限制,不少工程对坝基防渗处理措施不足,造成较严重的坝基渗漏问题。高压喷射灌浆是土石坝加固中的一种新技术,具有良好的技术和经济性能,防渗效果好,应用范围广。应用和推广土石坝加固新技术就显得非常重要。
关键词：高压；喷浆；防渗漏
Abstract: for many years, seek a kind of economic and reliable and advanced technology of the seepage control method to solve dam hydraulic seepage problem. In the hydraulic engineering construction, a large number of reservoir engineering, since at that time constraints, many works on the dam foundation seepage control measures are inadequate, resulting in more serious dam foundation seepage problem. High pressure jet grouting to reinforcement of earth rockfill dam is a new technique, has a good technical and economic performance, good anti-seepage effect, wide application range. The popularization and application of new technology in the reinforcement of earth rockfill dam is very important.
Key words: hypertension; shotcrete; seepage prevention
中图分类号：TV5文献标识码：A
一、土坝渗水的类型及其成因
按照土石坝的渗漏部位和特征，土坝渗漏的主要类型包括坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏以及坝肩山体渗漏。
土石坝因为其土体颗粒之间的间隙，水库蓄水后在水压力作用下沿空隙发生渗水，在坝背水坡形成出逸点，随着渗水量的增大，水与坝体细颗粒一起带出坝体，空隙逐渐扩大，形成渗水通道，在水压力作用下，当空隙发展到一定的阶段后，坝体随着失稳，这是坝体渗水；由于筑坝时对两岸山体的破碎带、裂隙、软弱夹层等的处理不当或不彻底等原因，在水库蓄水后随着水压力的增大，水体随着裂隙、破碎带、软弱夹层之间渗出，在坝肩或坝脚形成渗水出逸点，随着时间的推移，水体不断将细颗粒带出坝肩外，形成渗水通道，将危及坝肩的安全稳定。同时因为坝址处两岸山体高大雄厚，植被良好，地下水丰沛，建坝前都有较大的涌泉。且坝后滲水受库内水位高低的影响不大，而受降雨的影响较大，可见坝后渗水并不主要是坝体渗水、坝体与坝岸接触渗水和绕坝渗水，而主要是坝肩山体渗水。山体水渗到坝体内，因没有采取导排措施，引起山体渗水与坝体接触部位的水力坡降大于临界水力坡降，而产生渗透破坏，起先是带走个别细颗粒，然后是较大量的细颗粒被渗流挟带而走，由于颗粒流失，土的孔隙尺寸不断增大，继而带走较大颗粒，最后产生管涌。因长时间的管涌现象，势必将坝内的土带空，产生塌陷。
二、高压喷射灌浆设计
1、处理范围。根据地质勘探,水库坝基泥岩与黄土层之间存在有卵石混合土,因此对全坝段的坝基进行坝基高压喷射灌浆处理,防渗深入基岩1.0 m。
2、结构形式。高压旋喷灌浆成圆柱桩连接成防渗结构形式。
3、浆液材料选择。该工程以防渗为主要目的,采用普通硅酸盐水泥,强度等级R 32.5。水灰比(重量比)为0.6:1～1.5∶1,水泥浆液比重约1.6。
4、钻孔孔距。采用单排布孔,钻孔孔距0.8 m。
5、主要技术指标。施工分为2序,先进行Ⅰ序孔的施工,再进行Ⅱ序孔的施工,每序孔间隔时间不少于14 d。浆液压力30 MPa,水量60 L/min,喷嘴直径2 mm;气泵气压0.7 MPa,气量2 m3/min,喷嘴直径2 mm;喷射管提升速度10～30 cm/min,摆动速度10～20 r/min。桩体渗透系数小于10-6 cm/s,桩身有效直径不小于1.0 m,最小搭接宽度20 cm,抗压强度R 28≥5 MPa。
6、高压旋喷灌浆质量控制自动检测台。与各项施工设备分路连接,其参数指标包括气、浆2种介质的压力、流量、浆液比重、提升速度、水泥、土料量等,均可在施工过程中直接显示,并连续记录。
三、工艺原理
1、冲切掺搅作用
高喷技术主要是借助于高压射流，通过冲击切割和强烈扰动，使浆液在射流作用范围内扩散、充填周围土层，并与土石粒掺混搅合，硬化后形成凝结体，从而改变原地层结构和组成，达到防渗和提高承载力的目的。高喷凝结体是多种因素综合作用的结果，高压射流对地层结构的影响范围，取决于比能值E的大小，其表达式为：
E=(PQ)/(100v)
式中：E——每米旋喷柱耗用的能量（MJ/m）；
P——喷射灌浆压力（MPa）；
Q——射流浆量(L/min)；
v——提升速度(cm/min)。
E值大，旋喷柱的直径大，一般选用50～70cm直径较好，但最终应通过现场高喷试验确定。
2、升扬、转换作用
高喷施工时，水、气、浆由喷嘴中喷出，压缩空气，除能对水或浆液构成外包气层，使水或浆液射流能透入地层较远距离并维持较大压力破碎地层结构外，还可产生升扬作用，将经射流冲击切削后的土石碎屑和地层中细粒，由孔壁和喷射杆的环状间隙中升扬带出孔外，空余部位由浆液替代，同时也起到了转换作用。
3、挤压、渗透作用
高喷射流强度随射流距离的增加而较快地衰减至射流束末端，虽不能再冲切地层，但对地层仍产生挤压作用。同时，喷射结束后，静压灌浆持续进行，对周围土体产生渗透作用，不仅可以促使凝结体与周围土体结合更加密实，还在凝结体外侧产生明显的渗透凝结层，具有较强的防渗性能。
4、位移握裹作用
地层中较小的块石，由于喷射能量大，辅以升扬、转换作用，最终浆液可填满块石四周的空隙并将其握裹，遇到大的块石或在块石集中区，应降低提升速度，提高比能值。在强大的冲击震动力作用下，块石将会产生位移、松动，浆液沿块石四周空隙或块石间孔隙渗入。在高压喷射挤压、余压、渗透等综合作用下，产生握裹凝结作用，形成连续密实的凝结体。
四、施工质量控制
(1)钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于20 mm,钻孔的倾斜度不超过0.5%。
(2)施工中应严格按照施工参数和材料用量施工,并如实做好各项记录。实际孔位、孔深和每个钻孔内的洞穴、涌水、漏水及与岩土工程勘察报告不符等情况均应详细记录。
(3)在高压喷射注浆过程中出现压力骤降、上升或冒浆异常时,应查明原因并及时采取措施。
(4)当喷射注浆管贯入土中,喷嘴达到设计标高时,即可喷射注浆。在喷射注浆参数达到规定值后,随即分别按喷射灌浆的工艺要求,提升喷射管,由下而上喷射注浆,喷射管分段提升的搭接长度不得小于100 mm。
(5)在喷射过程中,如发现浆液漏失,应停止提升,然后往浆液中填加机制石屑,待漏浆消失后,再继续提升。
(6)在与岩石界面的结合处,放慢提升速度,增加接触面的喷射时间,以利于紧密结合。
五、特殊情况处理
1、漏浆处理
水库大坝高喷灌浆防渗的施工中，有很多孔发生了漏浆现象，说明大坝基础存在严重的集中渗流区及流沙区，对水库大坝的稳定十分不利。因此发生漏浆时，视严重程度采取了停止提升或放慢提升速度的办法，让漏浆地层充分灌满水泥浆，从而达到灌浆的目的。在二序孔的钻孔中，取出了固结良好的类似混凝土的水泥芯，因而用此方法处理漏浆切实可行。
2、孤石处理
水库大坝基础以砂砾石为主，存在有个别大的孤石。高喷过程中，根据钻孔记录，在喷至孤石深度时，采取上、下５０ｃｍ加大摆角、放慢提升速度的办法，充分将孤石用水泥浆包住，从而达到充分连接的目的。
3、事故停喷
如在高喷过程中发生停电等停喷事故，再次开喷时则采取复喷的办法，解决因停喷造成的连续性问题。
六、结语
1、高喷灌浆具有施工速度快、固结体强度大、水泥灌浆不会造成环境和地下水污染，且耐久性较好，施工噪音较小等优点。
2、为确保高喷防渗工质量，必须根据不同土层，合理确定高喷施工参数，针对性的采用不同的施工工艺,才能保证高喷施工质量，均匀，连续性好，连接可靠。在这方面还有待于进一步积累经验，总结提高。以便于高压喷射灌浆技术推广应用。
3、因高压喷射灌浆防渗属隐蔽工程，目前尚没有成本经济、全面可靠的质量检测方法，其防渗效果有待通过洪水考验。
关键词：高压；喷浆；防渗漏
Abstract: for many years, seek a kind of economic and reliable and advanced technology of the seepage control method to solve dam hydraulic seepage problem. In the hydraulic engineering construction, a large number of reservoir engineering, since at that time constraints, many works on the dam foundation seepage control measures are inadequate, resulting in more serious dam foundation seepage problem. High pressure jet grouting to reinforcement of earth rockfill dam is a new technique, has a good technical and economic performance, good anti-seepage effect, wide application range. The popularization and application of new technology in the reinforcement of earth rockfill dam is very important.
Key words: hypertension; shotcrete; seepage prevention
中图分类号：TV5文献标识码：A
一、土坝渗水的类型及其成因
按照土石坝的渗漏部位和特征，土坝渗漏的主要类型包括坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏以及坝肩山体渗漏。
土石坝因为其土体颗粒之间的间隙，水库蓄水后在水压力作用下沿空隙发生渗水，在坝背水坡形成出逸点，随着渗水量的增大，水与坝体细颗粒一起带出坝体，空隙逐渐扩大，形成渗水通道，在水压力作用下，当空隙发展到一定的阶段后，坝体随着失稳，这是坝体渗水；由于筑坝时对两岸山体的破碎带、裂隙、软弱夹层等的处理不当或不彻底等原因，在水库蓄水后随着水压力的增大，水体随着裂隙、破碎带、软弱夹层之间渗出，在坝肩或坝脚形成渗水出逸点，随着时间的推移，水体不断将细颗粒带出坝肩外，形成渗水通道，将危及坝肩的安全稳定。同时因为坝址处两岸山体高大雄厚，植被良好，地下水丰沛，建坝前都有较大的涌泉。且坝后滲水受库内水位高低的影响不大，而受降雨的影响较大，可见坝后渗水并不主要是坝体渗水、坝体与坝岸接触渗水和绕坝渗水，而主要是坝肩山体渗水。山体水渗到坝体内，因没有采取导排措施，引起山体渗水与坝体接触部位的水力坡降大于临界水力坡降，而产生渗透破坏，起先是带走个别细颗粒，然后是较大量的细颗粒被渗流挟带而走，由于颗粒流失，土的孔隙尺寸不断增大，继而带走较大颗粒，最后产生管涌。因长时间的管涌现象，势必将坝内的土带空，产生塌陷。
二、高压喷射灌浆设计
1、处理范围。根据地质勘探,水库坝基泥岩与黄土层之间存在有卵石混合土,因此对全坝段的坝基进行坝基高压喷射灌浆处理,防渗深入基岩1.0 m。
2、结构形式。高压旋喷灌浆成圆柱桩连接成防渗结构形式。
3、浆液材料选择。该工程以防渗为主要目的,采用普通硅酸盐水泥,强度等级R 32.5。水灰比(重量比)为0.6:1～1.5∶1,水泥浆液比重约1.6。
4、钻孔孔距。采用单排布孔,钻孔孔距0.8 m。
5、主要技术指标。施工分为2序,先进行Ⅰ序孔的施工,再进行Ⅱ序孔的施工,每序孔间隔时间不少于14 d。浆液压力30 MPa,水量60 L/min,喷嘴直径2 mm;气泵气压0.7 MPa,气量2 m3/min,喷嘴直径2 mm;喷射管提升速度10～30 cm/min,摆动速度10～20 r/min。桩体渗透系数小于10-6 cm/s,桩身有效直径不小于1.0 m,最小搭接宽度20 cm,抗压强度R 28≥5 MPa。
6、高压旋喷灌浆质量控制自动检测台。与各项施工设备分路连接,其参数指标包括气、浆2种介质的压力、流量、浆液比重、提升速度、水泥、土料量等,均可在施工过程中直接显示,并连续记录。
三、工艺原理
1、冲切掺搅作用
高喷技术主要是借助于高压射流，通过冲击切割和强烈扰动，使浆液在射流作用范围内扩散、充填周围土层，并与土石粒掺混搅合，硬化后形成凝结体，从而改变原地层结构和组成，达到防渗和提高承载力的目的。高喷凝结体是多种因素综合作用的结果，高压射流对地层结构的影响范围，取决于比能值E的大小，其表达式为：
E=(PQ)/(100v)
式中：E——每米旋喷柱耗用的能量（MJ/m）；
P——喷射灌浆压力（MPa）；
Q——射流浆量(L/min)；
v——提升速度(cm/min)。
E值大，旋喷柱的直径大，一般选用50～70cm直径较好，但最终应通过现场高喷试验确定。
2、升扬、转换作用
高喷施工时，水、气、浆由喷嘴中喷出，压缩空气，除能对水或浆液构成外包气层，使水或浆液射流能透入地层较远距离并维持较大压力破碎地层结构外，还可产生升扬作用，将经射流冲击切削后的土石碎屑和地层中细粒，由孔壁和喷射杆的环状间隙中升扬带出孔外，空余部位由浆液替代，同时也起到了转换作用。
3、挤压、渗透作用
高喷射流强度随射流距离的增加而较快地衰减至射流束末端，虽不能再冲切地层，但对地层仍产生挤压作用。同时，喷射结束后，静压灌浆持续进行，对周围土体产生渗透作用，不仅可以促使凝结体与周围土体结合更加密实，还在凝结体外侧产生明显的渗透凝结层，具有较强的防渗性能。
4、位移握裹作用
地层中较小的块石，由于喷射能量大，辅以升扬、转换作用，最终浆液可填满块石四周的空隙并将其握裹，遇到大的块石或在块石集中区，应降低提升速度，提高比能值。在强大的冲击震动力作用下，块石将会产生位移、松动，浆液沿块石四周空隙或块石间孔隙渗入。在高压喷射挤压、余压、渗透等综合作用下，产生握裹凝结作用，形成连续密实的凝结体。
四、施工质量控制
(1)钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于20 mm,钻孔的倾斜度不超过0.5%。
(2)施工中应严格按照施工参数和材料用量施工,并如实做好各项记录。实际孔位、孔深和每个钻孔内的洞穴、涌水、漏水及与岩土工程勘察报告不符等情况均应详细记录。
(3)在高压喷射注浆过程中出现压力骤降、上升或冒浆异常时,应查明原因并及时采取措施。
(4)当喷射注浆管贯入土中,喷嘴达到设计标高时,即可喷射注浆。在喷射注浆参数达到规定值后,随即分别按喷射灌浆的工艺要求,提升喷射管,由下而上喷射注浆,喷射管分段提升的搭接长度不得小于100 mm。
(5)在喷射过程中,如发现浆液漏失,应停止提升,然后往浆液中填加机制石屑,待漏浆消失后,再继续提升。
(6)在与岩石界面的结合处,放慢提升速度,增加接触面的喷射时间,以利于紧密结合。
五、特殊情况处理
1、漏浆处理
水库大坝高喷灌浆防渗的施工中，有很多孔发生了漏浆现象，说明大坝基础存在严重的集中渗流区及流沙区，对水库大坝的稳定十分不利。因此发生漏浆时，视严重程度采取了停止提升或放慢提升速度的办法，让漏浆地层充分灌满水泥浆，从而达到灌浆的目的。在二序孔的钻孔中，取出了固结良好的类似混凝土的水泥芯，因而用此方法处理漏浆切实可行。
2、孤石处理
水库大坝基础以砂砾石为主，存在有个别大的孤石。高喷过程中，根据钻孔记录，在喷至孤石深度时，采取上、下５０ｃｍ加大摆角、放慢提升速度的办法，充分将孤石用水泥浆包住，从而达到充分连接的目的。
3、事故停喷
如在高喷过程中发生停电等停喷事故，再次开喷时则采取复喷的办法，解决因停喷造成的连续性问题。
六、结语
1、高喷灌浆具有施工速度快、固结体强度大、水泥灌浆不会造成环境和地下水污染，且耐久性较好，施工噪音较小等优点。
2、为确保高喷防渗工质量，必须根据不同土层，合理确定高喷施工参数，针对性的采用不同的施工工艺,才能保证高喷施工质量，均匀，连续性好，连接可靠。在这方面还有待于进一步积累经验，总结提高。以便于高压喷射灌浆技术推广应用。
3、因高压喷射灌浆防渗属隐蔽工程，目前尚没有成本经济、全面可靠的质量检测方法，其防渗效果有待通过洪水考验。