高压喷射灌浆技术在水库大坝防渗补强中的应用

高喷技术1968年首创于日本，20世纪70年代初期引进我国，至今已30多年的历史，如今我国的高压喷射灌浆技术从整体看已进入国际先进行列。1980年之前该项技术主要用于软土地基加固，1981年之后开始用于水利工程防渗。尤其是1985年“高压喷射灌浆防渗技术”在国家科委和水利部的大力推广下，更广泛的用于水利工程的防渗，尤其是病险水库大坝防渗补强工程，解决了一些其他施工方法难于解决的施工难题，无疑是病险水库大坝防渗补强工程中一个较好方法，在我国水利建设中发挥了重要作用。

4.2.1　利用“高压喷射灌浆技术”作防渗补强措施，投资少、效果明显

（1）在处理深度小于等于25m的砂层中应用。中粗砂地层是高喷技术施工的最佳地层，凝结体强度高，整体性好，有利于防渗、耐久性长；同时25m以内深度又是高喷技术加固地层的最合适深度，无论是墙体连接，还是结石强度都可得到一个满意效果。

如内蒙古扎萨克水库大坝坝基高喷防渗墙就是其中一例。该水库大坝坝基为中细砂层，10～25m薄厚不等，防渗体为摆喷防渗墙，截水面积约8000m2，一喷二钻施工三个月完成，平均造价250元/m2，可为速度快、投资少，防渗效果显著，令人满意的一个工程。完工后进行了开挖检查、围井试验等均满足设计要求；水库建成运用两年来，实地观测坝基防渗效果很好，坝后排水沟未发现渗漏，业主非常满意。

（2）在坝高小于等于35m的坝体内应用。土坝坝体高度不大于35m时，采用桩（旋喷）板（摆喷）结合高喷防渗墙，墙体整体性好，墙内不留或很少有“天窗”，土坝坝体补强防渗效果好。

采用桩板（旋喷摆喷或旋喷定喷）搭接形式时，分两序施工，Ⅰ序单号孔为旋喷桩，Ⅱ序双号孔为摆喷板墙。Ⅰ序旋喷孔经测斜验收合格后（不大于1%）进行喷射。Ⅱ序孔钻孔终孔后，用测得的该孔偏斜率，计算出ⅠⅡ序孔的偏斜后相对位置，以便确定Ⅱ序孔摆喷角度。

施工前，要进行施工试验，通过试验资料调整施工用的旋喷桩孔距。有了该地层的相关高喷参数、旋喷和摆喷参考半径和计算出的合理摆角，就可获得较好的高压喷射灌浆效果。

如河南某工程，大坝为均质土坝，坝高35m，长约400m，始建于1958年。1960年水库开始蓄水运行发现坝后漏水严重。1997年，采用高压喷射灌浆旋摆喷结合技术对大坝防渗进行了补强加固。完工后通过墙体钻孔注水、围井开挖注水等方式检查，各项指标均达到设计要求，数年坝后直接观察和渗水量实测，同坝体加固之前相比，高喷墙防渗效果明显。该墙（旋摆结合）估算造价约500元/m2。

（3）高压喷射灌浆穿过坝体和坝基多种不同介质的复杂地层、深度超过80m，大坝防渗补强仍可达到设计要求，取得一定的防渗效果。

如弓上水库为粘土心墙砂壳堆石坝，坝高50.3m，坝基为32m厚的砂卵石覆盖层，其中54～55m为中粗砂垫层；55～60m为密度较大的卵石层，卵石含量大于50%，粒径一般10cm左右，最大60cm，细颗粒含量少；60～68m粘土夹卵石层；68～75m为卵石层，最大粒径100cm；75～80m含大孤石较多，直径在2m以上；80～82m为砾石层，粒径小于10cm；82m以下为石英砂岩，结构较完整。实测K值大于2400m/d（166.67cm/s），高库水位期坝后明流量大于0.2m3/s，坝后测压管水位高出地面4～5m。大坝坝体、坝基防渗补强采用二管法高压喷射灌浆工艺，旋喷桩桩距0.5m，单排套接方案。最大处理深度83m，为国内高喷墙深度第一，难度之大国内外罕见。完工后，根据监理工程师指令，在可能存在质量问题的部位布置了5个检查孔，分别做了钻孔注水试验，K值最大为8.33×10-6cm/s；最小为7.52×10-7cm/s，室内对岩样又做了抗压强度和抗渗试验，均都满足了设计要求。工程于1999年1月27日验收，1999年3月7日开始对坝后明流水量和测压管水位进行观测。从渗流量、水位观测过程来看，大坝防渗补强效果十分明显。据了解，往年在相同的来水量情况下，即使水库不放水，水库水位每天下降1cm，如今在水库每天向县城供水0.2m3/s的情况下，水库水位每天还可上升约1cm，粗略统计每天可减少渗漏量损失约3.5万m3，经济效益显著。

4.2.2　病险水库利用高压喷射灌浆法作大坝防渗补强措施，有部分工程处理效果不尽如人意，没有达到预期的设计要求

一些病险水库高喷灌浆防渗施工中事故不断发生，使得一些工程原设计用高喷灌浆法作防渗补强措施的，中途不得不改用其他防渗措施，如混凝土防渗墙等，给国家造成了不应有的经济损失。常见事故有：

（1）同一地层、同样施工参数，深度超过25m后下部墙体却不存在，或取芯破碎，水泥含量极少。如神木长家沟水库原设计大坝防渗补强采用高压喷射灌浆方案，墙最深达35m。试验施工后开挖26m深度进行检查，发现孔深25m以下板墙不存在，不得不对原设计方案做了调整：两岸孔深浅于25m部位仍采用高压喷射灌浆摆喷形式，而孔深大于25m的河床部位改用了混凝土防渗墙方案。

（2）坝体同坝基中不同地层各部位高压喷射灌浆效果不同。往往坝体土层高喷桩和板墙质量好，下部质量次之；砂、粉土地层结石完整，粘土层结石松散，多有粘土块包裹在芯样内，影响强度和防渗效果。

（3）在架空地层和坝体中含石渣过多，漏水严重的地层往往以失败告终。如云南某工程本为均质土坝，因特殊年代建坝时用了不少石渣作为上坝材料，坝内有严重漏水通道。原定高喷灌浆方案作大坝防渗补强，由于施工中不回浆及单价承包形势的影响，高压喷射灌浆处理后部位注水试验K值仍为n×10-3～n×10-4cm/s。后又用混凝土防渗墙做了二次加固。

（4）三管法在淤泥中施工效果差。如天津海河护岸工程高喷墙施工中，用三管法施工的地段四处冒浆，完工检查根本无凝结体。

通过分析，发生上述事故主要原因如下：

（1）高压喷射灌浆技术是一项比较复杂的技术，由于计算理论尚不成熟，所以必须有专业知识、有多年施工经验的施工队伍负责施工，才可处理、解决施工中发生的疑难问题，方能保证质量。但是，伴随着高压喷射灌浆技术的迅速发展和广泛应用，全国各地新组建的施工队伍尚缺少对高压喷射灌浆技术的各个方法和适应条件全面了解，也就难免施工中出现问题，影响了高喷灌浆加固大坝的效果。(www.xing528.com)

（2）高压喷射灌浆方法分为单管法、二管法、三管法、新三管法和多管法（SSS—MAN），实践证明各个方法有自己相适应的地层和不适应的地层，如果用同一方法去处理各种不同地层，难免出现不良后果。如三管法不适应淤泥层，却适应砂层、粉土层等。硬要用三管法在淤泥层中进行高压喷射灌浆，失败无疑。

影响高压喷射灌浆质量的因素很多，归纳如下：

（1）施工深度对高喷防渗凝结体的整体质量影响。

1）目前，我国施工队伍的钻孔水平，钻孔精度孔斜率约在1%～5%；《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》8.0.5条规定高喷孔“孔深小于30m时，钻孔偏斜率不应超过1%”。但实际上很难做到。如相邻两孔向相反方向偏斜，孔底两孔喷射而成的桩或板很难形成一个整体或连续的防渗墙。墙内留有“天窗”漏水通道，必然影响防渗效果；

2）高压射流的能量是决定喷射墙体质量的关键。随着孔深的增加，高压射流（三管法的高压水，二管法、单管法的高压浆）能量受损而减少；同时深度增加后，土层压力和地下水压力增大对高喷射流能量有抵消作用，都会影响高喷的效果。

（2）地层的土质不同对高喷凝结体的影响。实践证明，高压喷射灌浆参数一定时，所形成的高喷凝结体尺寸大小与地层的物理力学性质密切相关，砂土、粉质砂土、粉土地层中高喷半径大；粉质粘土中次之；由于粘土的粘聚力大，高压喷射灌浆喷射半径最小。

高喷灌浆形成的凝结体尺寸大小还与地层的应力条件和软硬程度有关。当高喷参数一定时，地层越硬，喷射半径则越小。

（3）水泥含量对凝结体强度的影响。水泥浆液比重大小直接影响凝结体的强度。从高压喷射灌浆机理知道凝结体由喷到地层内的水泥浆同原地层中的被高压射流冲击切割下来的颗粒置换，包裹而形成混合体凝结一块的。水泥浆比重大，则水泥含量多，凝结体强度就高。

二管法、新三管法没有高压水的稀释影响，凝结体强度就高。同样参数、同样水泥浆比重，砂土层结石强度高，粉土、粘土地层中结石强度就低。

4.2.3　对高压喷射灌浆方法作为大坝防渗补强措施的认识

高压喷射灌浆技术以其特有的施工占地少、机动灵活、速度快、污染少及造价相对低的特点，在基础加固、基坑堵漏、围堰防渗等工程中取得了很好的成绩。在病险水库大坝防渗补强工程中也发挥了作用，取得了明显的效果。

高压喷射灌浆工程属于地下隐蔽工程，其质量好坏，目前尚缺少施工过程中有力的质量检查和控制手段，完工后桩头开挖、室内试验、钻孔注水检查、围井试验和地质雷达勘测、CT检查等手段仅是局部的、随机的检查，还不能全面的了解工程质量好坏。只有通过防渗墙下游的测压管长期观测地下水位的变化和坝后渗（漏）水量等情况，才能真正评价板墙的完整性和防渗效果。但到这时如发现问题已补救困难，甚至无法补救。

有些高压喷射灌浆构筑的防渗墙投入运行后，坝后仍存在或多或少渗（漏）水的现象，特别是深度较大、穿越地层变化较多的高喷防渗墙建成后，坝后渗（漏）水更多，其渗（漏）水的减少量同墙深和通过地层变化多少成反比。

上述情况说明高喷防渗墙底部尚没有嵌入相对不透水层，为悬挂墙，或下部留有“天窗”，在坝体内形成的渗（漏）水通道尚未全部切断，总之，不是一个完整的、全封闭式的防渗墙。大坝“病情”只得到了缓解，而未“痊愈”，只可“带病”坚持工作。然“病根”未除，随时还可“旧病”反复。试想大坝坝体裂缝在渗（漏）水流长期冲刷作用下会逐渐扩大；“带病”工作，“免疫”力低，一旦遇上不可抗拒的自然灾害（如地震）首先受害的必是险坝，所以这样的坝体尚不能说是安全运行的大坝。

高喷墙体是水泥浆液同地层中冲击、剥落下的地层颗粒混合体，所以不是混凝土，强度低，抗冲刷能力也低，CaO流失快。根据目前尚不完善的计算理论和有关近似公式测算即是喷射成功的高喷墙其耐久性也差，使用寿命短，不足50年。

综上所述，笔者认为用高压喷射灌浆法作大坝防渗措施是一个常用手段，但不是最佳手段。