淺談堿廠水庫除險(xiǎn)加固工程大壩凝漿技術(shù)

劉少輝 計(jì)保權(quán) 孫 力

(興城市水利局 125100)

1 堿廠水庫概況

堿廠水庫工程位于遼寧省葫蘆島市興城堿廠鄉(xiāng)，該水庫于2004年5月被水利部門專家組核定為三類壩，集灌溉、城市供水、防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚等為一體，庫容4890萬 m3，地處煙臺河中上游，實(shí)際控制面積126km2，壩址以上河道長度為17km，下游至入?？陂L度27km，水庫流經(jīng)堿廠、南大、沙后所、望海、海濱等5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)注入渤海。為了確保水庫大壩自身的安全及下游人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，從根本上消除滲透破壞對大壩安全帶來的隱患，必須對水庫大壩進(jìn)行防滲處理。堿廠水庫工程于2007年4月開始施工，采用高壓擺噴注漿方法，注漿長度127m，鉆孔數(shù)81個(gè)，孔間距1.6m，鉆孔總深度1752.03m。

2 工程實(shí)施技術(shù)規(guī)劃方案

2.1 技術(shù)要求

對于壩體下伏的卵礫石層通過實(shí)施擺噴技術(shù)治理，可以增強(qiáng)壩體抵御洪水能力，從而提高水庫大壩的防滲性能。對于壩體松軟體以及第四系卵礫石土，通過實(shí)施擺噴技術(shù)治理，一般是從壩基基巖面往上85.67m的水平高度，施工技術(shù)是運(yùn)用二重管法，防滲加固實(shí)施的厚度是0.50m，沿壩軸線距離鉆孔中心1.6m采取的是相同距離布孔;干料選擇325號普通硅酸鹽水泥和黏土(1P=10～17)，水和干料的比例選擇0.8～1.5比例，水泥和土的混合采取不同的比例，壩體部位是1∶1比例，壩基部位是2∶1的比例，鉆機(jī)就位誤差小于50mm，注漿管提升段落搭接長度大于或者等于100mm;導(dǎo)孔孔徑設(shè)計(jì)為127mm，鉛直，導(dǎo)孔鉆入壩基基巖大約0.5～1.0m;工程結(jié)束30天，采取壓水試驗(yàn)等方法對施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，加固后的壩體滲透系數(shù)應(yīng)小于 10－5cm/s。

對于中強(qiáng)風(fēng)化帶的基巖壩基采取帷幕灌漿，從帷幕的鉛直位置到本段基巖壩基起64.50m的高度，鉆孔就位偏差小于50mm;沿壩軸線鉆孔單排孔同次序采取距離相等的布置，總共分為三個(gè)工序進(jìn)行施工，每個(gè)工序逐漸加密，帷幕的孔徑為75～110mm，厚度設(shè)計(jì)為2m，每次鉆進(jìn)10m都要測斜一次。在灌漿前應(yīng)該沖洗鉆孔直到水清砂凈，孔底沉淀物小于200mm。漿材選用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，灌漿壓力為0.1～1.2MPa，水灰采取5∶1～0.5∶1的比例，七級逐漸變換，具體參數(shù)要通過現(xiàn)場導(dǎo)孔壓水試驗(yàn)來確定。在完工后40天進(jìn)行質(zhì)量檢查，檢孔數(shù)為10%，從上到下逐段壓水，最后進(jìn)行全孔灌漿，壓力為0.1MPa。對壩基實(shí)施高壓帷幕灌漿，堵塞滲透裂隙，可以大大減少壩基的滲漏，從而排除壩體壩基自身的隱患。

2.2 防滲加固治理難點(diǎn)與方案優(yōu)化

2.2.1 防滲加固治理難點(diǎn)

施工場地過小是影響防滲加固施工的主要因素，因?yàn)槿绻嗯_設(shè)備同時(shí)工作，就很容易造成窩工。為了避免類似現(xiàn)象的發(fā)生，最好采取跳躍式推進(jìn)施工方法。防滲加固的難點(diǎn)在于主壩中間段壩基成孔，尤其是在壩體下有3.7m厚的卵礫石層，這層鉆探工藝比較復(fù)雜，成孔比較困難，鉆進(jìn)過程容易坍塌。

2.2.2 治理方案優(yōu)化

從ZK5—ZK12號孔主壩壩體采取高壓擺噴注漿，鉆孔數(shù)81個(gè)，長度為127m，孔間距離為1.6m，鉆孔總深度為1752m，擺噴總深度為1520m。從 ZK12—1—ZK16號孔開始，壩基帷幕注漿治理長度為68m，鉆孔35個(gè)，孔間距為2m，鉆孔總深度為1842m，帷幕灌漿總深度為480m。在ZK12—1—ZK12之間是擺噴和帷幕灌漿重合的部位。

高壓擺噴注漿適用地層非常廣泛，壩體防滲體填筑材料大多是粉質(zhì)黏土與粉土，特別在標(biāo)貫擊數(shù)N＜10的黏性土、黃土和粉土中比較容易取得較好效果。閃長玢巖、花崗巖長巖是組成ZK12—1—ZK16孔基巖壩基非常重要的成分，閃長玢巖脈是后期侵入到花崗閃長巖中的，呈現(xiàn)相互交切、密集狀，是帶狀滲漏，這種類型適宜高壓帷幕注漿;花崗閃長巖上部是強(qiáng)風(fēng)化帶，屬于散狀滲漏類型。運(yùn)用半置換法形成防滲體，固結(jié)體強(qiáng)度較高，影響半徑比較大，所以，一般壩體加固防滲技術(shù)上采取高壓擺灌注漿方案。

3 擬采用施工工藝

3.1 施工前準(zhǔn)備

設(shè)備進(jìn)場前要做到水通、電通、路通和場地平整。為了有利于平行交叉作業(yè)，場地布置力求合理，設(shè)備供電、供水系統(tǒng)，設(shè)備、機(jī)具、材料配備齊全。設(shè)備安裝就位，避免施工中發(fā)生傾斜、移位。

3.2 工程鉆探

本次堿廠水庫防滲加固治理采用硬質(zhì)合金、金剛石回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝。粉質(zhì)黏土及卵礫石層采用硬質(zhì)合金鉆進(jìn)，基巖采用金剛石鉆進(jìn)。硬質(zhì)合金鉆進(jìn)工藝采用外肋骨、八大角度合金鉆頭，開孔口徑為146mm，下入孔口管后，依次換φ127mm、φ110mm穿透卵礫石層進(jìn)入基巖0.5～1.0m。沖洗液使用高黏度優(yōu)質(zhì)泥漿，采用膨潤土、聚丙烯酰胺、燒堿和清水按一定比例配置而成。以保護(hù)孔壁完整，防止卵礫石層坍塌掉塊。

3.3 主要施工工藝

3.3.1 壩體高壓擺噴施工

施工準(zhǔn)備:灌漿材料按技術(shù)要求備好合格水泥，黏土使用黑山膨潤土，不得使用過期或結(jié)塊產(chǎn)品，必須提交材質(zhì)檢驗(yàn)資料，備好漿材。水質(zhì)必須符合《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 63—89D)第3.0.4條的規(guī)定。經(jīng)監(jiān)理人批準(zhǔn)可在漿液中摻入速凝、穩(wěn)定劑等，但要符合《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL 5148—2001T)規(guī)范5.1.7條的規(guī)定，其添加量應(yīng)經(jīng)過現(xiàn)場灌漿試驗(yàn)確定。進(jìn)行高壓擺噴試驗(yàn)施工，確定具體施工參數(shù)。檢查灌漿效果，調(diào)整風(fēng)壓、水灰比、凝結(jié)時(shí)間、提升速度、噴嘴擺動角度等技術(shù)參數(shù)。

施工旋噴設(shè)備、儀表經(jīng)檢查無誤后就位，將噴頭、噴桿下到孔底，開動空壓機(jī)、泥漿泵、旋噴臺車，不提升噴桿，原位旋噴1min，待泥漿返出地表后，再正常提升，旋轉(zhuǎn)噴射。中間發(fā)生故障不能連續(xù)旋噴時(shí)，再噴時(shí)搭接長度應(yīng)超過0.2m。到距地表0.5m時(shí)，將噴嘴帶壓下落5.0m深，關(guān)掉氣射流，不提升噴桿旋轉(zhuǎn)噴射3min，使泥漿全部排除后拔出噴桿噴嘴，沖洗干凈后再用。通過溝槽將回漿引到上一個(gè)已噴完的樁頭上，進(jìn)行補(bǔ)漿，直至與地表一平，該孔噴射注漿即完成。

3.3.2 壩基高壓帷幕注漿施工

注漿前徹底洗孔至水清砂凈，保證漿液、輸漿系統(tǒng)、水、電各系統(tǒng)的完好，保證施工正常進(jìn)行。通過施工先導(dǎo)孔的試驗(yàn)確定灌漿壓力、水灰比的七級變換，確定水灰的變化范圍等技術(shù)參數(shù)。分三序孔施工，采取逐步加密的原則進(jìn)行。采用自下而上的分段注漿法。

高壓帷幕注漿主要是在壩基的基巖中進(jìn)行，鉆探成孔時(shí)應(yīng)考慮栓塞方法和位置，為保證注漿效果，栓塞置于壩體與壩基接觸部位為宜。因此，壩體孔段應(yīng)下套管，要求套管做實(shí)做牢，用孔口套管封嚴(yán)，栓塞鎖在套管內(nèi)。采用封閉擠壓上行式孔底注漿工藝，即射漿管下到距孔底0.5m處，膠球栓塞到位栓好后，開動注漿泵，封閉擠壓注漿。漿液濃度采用325號硅酸鹽水泥，水灰比采用試驗(yàn)確定的參數(shù)級由稀至濃進(jìn)行。按比例加入防腐早強(qiáng)劑(需要時(shí))。注漿壓力 0.1～0.2MPa，吃漿量小于1L/min，持續(xù)60min，經(jīng)質(zhì)檢員檢查合格，可結(jié)束該孔注漿。

3.3.3 治理成果檢測

壩體高壓擺噴、壩基高壓帷幕注漿整個(gè)工程結(jié)束以后，要對治理成果進(jìn)行檢測。采用壓水法檢測壩基帷幕注漿。

4 工程建議

在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)措施，做到不污染土地和河流，控制噪聲，防止擾民。由于高噴灌漿主要是靠機(jī)械作業(yè)，機(jī)械故障率比較高，往往影響施工的進(jìn)度，應(yīng)該有專業(yè)人員定期對機(jī)械進(jìn)行檢查、維修，尤其要備足容易出現(xiàn)故障的備件或成套機(jī)具。在施工前，要做好自檢驗(yàn)收隱蔽工程，并做好試件取樣工作?！?/p>