高壓擺噴灌漿技術(shù)在水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

東莞市水利勘測設(shè)計(jì)院有限公司 廣東東莞 523000

摘要：水庫對(duì)于周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展來說是一個(gè)重要的保證，及時(shí)對(duì)水庫大壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程不僅可以延長水庫的使用年限，更可以保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。本文以某水庫大壩防滲加固技術(shù)方案的選擇實(shí)例展開討論，著重分析了高壓擺噴灌漿的技術(shù)要求和規(guī)范、施工工藝和施工過程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)，給人們這方面可參考的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：水庫；高壓擺噴；病險(xiǎn)水庫；除險(xiǎn)加固

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷增長，水庫因?yàn)橛兄l(fā)電、灌溉等多功能集于一體的優(yōu)勢而被大量地建設(shè)。但是由于施工技術(shù)條件及材料的限制，導(dǎo)致水庫經(jīng)常發(fā)生滲漏等嚴(yán)重問題，如何選擇有效的技術(shù)來對(duì)其治理成為人們關(guān)心的問題。下面結(jié)合工程實(shí)例對(duì)此進(jìn)行討論分析。

1 工程概況

某水庫以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼養(yǎng)殖、防洪、發(fā)電等，水庫樞紐的構(gòu)成有水電站廠房、大壩、泄洪隧洞、輸水隧洞等。壩址以上流域面積14.3km2，大壩為黏土心墻壩，最大壩高20m，壩頂寬6.0m，壩頂長109m，水庫總庫容514萬m3，興利庫容433.1萬m3，為多年調(diào)節(jié)水庫，設(shè)計(jì)灌溉面積800hm2，保灌面積555.8hm2，現(xiàn)有實(shí)際灌溉面積206.67hm2，壩后電站裝機(jī)（含渠道電站）共620kW。

2 除險(xiǎn)加固方案比選

根據(jù)水庫大壩存在的問題及工程實(shí)際情況，擬定三種大壩防滲加固方案進(jìn)行比較。

方案一：劈裂灌漿

劈裂灌漿適合于解決土壩壩體滲漏和壩體疏松問題，對(duì)解決壩體蟻患具有很好的效果，造價(jià)較低，單價(jià)約300 元/m（含鉆孔）。存在的缺點(diǎn)主要是灌漿厚度與筑壩材料質(zhì)量有密切關(guān)系，厚度不均勻，不適合解決接觸帶和基巖滲漏問題。主要適用于處理存在壓實(shí)質(zhì)量差、有裂縫、洞穴、水平夾砂層等隱患的土壩及結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)的粉細(xì)砂及土砂夾層透水地基。

方案二：塑性混凝土防滲墻

塑性混凝土防滲墻處理壩體滲流徹底，工程耐久性好，質(zhì)量易控制；克服了普通混凝土防滲墻與土體彈性模量差異過大，從而可消除剛性墻中由于墻體和圍土變形不同面產(chǎn)生的高應(yīng)力狀態(tài)。單價(jià)約1200元/m。其缺點(diǎn)不適應(yīng)土體變形，產(chǎn)生負(fù)摩擦、應(yīng)力大、極限應(yīng)變小、墻與土體易脫開及工程投資巨大等。

方案三：高壓擺噴防滲墻

選用高壓擺噴防滲墻具有可灌性好、可控性好、連接可靠及工期短，防滲處理效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，可形成一種新的、有一定強(qiáng)度的防滲墻，三管法單價(jià)約650 元/m。存在的缺點(diǎn)主要是工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，施工過程中要有專門的技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)，工程造價(jià)較高。主要適用于粉土、砂土、礫石和卵（碎）石地層的防滲加固。

通過三種大壩防滲加固方案進(jìn)行比較，采用劈裂灌漿雖適合解決土壩壩體滲漏和壩體疏松問題，但主要適用于處理壩體存在壓實(shí)質(zhì)量差、有裂縫、洞穴、水平夾砂層等隱患的土壩，而水庫背水坡出現(xiàn)集中滲流、大面積濕潤、滲漏主要是由于工程建設(shè)時(shí)就地取材，部分筑壩土料質(zhì)量低，如含砂量、透水性較大等原因造成。并且劈裂灌漿是用一定的灌漿壓力，將壩體沿壩軸線方向劈裂成兩半，通過漿、壩互壓和濕陷，使壩體內(nèi)部應(yīng)力重分布，對(duì)于較高的壩，壩體應(yīng)力分布復(fù)雜，劈裂灌漿期間會(huì)產(chǎn)生大量沉降變形和裂縫，因此不采用此方案。

采用塑性混凝土防滲墻雖然穩(wěn)定性好、施工質(zhì)量有保證等優(yōu)點(diǎn)，但投資巨大而不容易被業(yè)主采納。因此，也不采用此方案。采用高壓擺噴防滲墻是通過高壓泵使注入劑（如水泥漿、水）形成高壓噴射流，通過噴射裝置高速噴入壩體，利用高壓噴射流對(duì)大壩進(jìn)行沖擊、切割，同時(shí)噴射管做一定角度的擺動(dòng)和提升運(yùn)動(dòng)，使水泥漿與土體形成新的混合體，最終凝結(jié)成板墻狀凝結(jié)體來提高壩體的防滲能力。因此從水庫運(yùn)行管理、施工條件和防滲效果等方面綜合比較分析，本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)推薦采用方案三，即高壓擺噴防滲墻方案。

3 高壓擺噴灌漿技術(shù)簡介

3.1 設(shè)計(jì)

（1）施工布置設(shè)計(jì)

灌漿孔布置沿壩軸線單排布孔，終孔間距1.3m，為減少串孔和確保板墻的有效連接，本工程分Ⅱ序孔進(jìn)行施灌，一序孔間距2.6m，一、二序孔間距1.3m。高噴墻的結(jié)構(gòu)形式采用折線搭接式板墻結(jié)構(gòu)。

（2）施工技術(shù)參數(shù)

施工技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)見表1。

表1 施工技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)

（3）墻體技術(shù)指標(biāo)

墻體28d抗壓強(qiáng)度≥2MPa、滲透系數(shù)≤1×10-6cm/s、破壞坡降≥500，允許坡降取100。

3.1.4厚度驗(yàn)算

，滿足防滲要求。

防滲墻厚度驗(yàn)算表明，本工程采用<20cm厚的防滲墻施工技術(shù)可滿足要求。

3.2 施工

高壓擺噴灌漿主要施工流程如圖1。

圖1 高壓噴射灌漿工藝流程

（1）布孔

采用一次性放線定孔位，每隔5個(gè)孔在不會(huì)影響施工的地方設(shè)置控制樁，以便在施工中能迅速準(zhǔn)確地找出所需的孔位。

（2）鉆孔

開始鉆孔前應(yīng)核對(duì)鉆機(jī)主軸垂直度，確保立軸與地面水平線垂直。鉆進(jìn)過程要確保鉆孔鉛直，孔斜控制在≤1.0%。鉆進(jìn)過程每隔10m測孔斜1次，發(fā)現(xiàn)孔斜及時(shí)糾正。同時(shí)，地質(zhì)人員應(yīng)跟班對(duì)巖芯進(jìn)行分層描述。

（3）下噴射管

鉆孔完成后，撥出鉆桿，放入噴射管至設(shè)計(jì)深度。下噴管前要在地面上進(jìn)行低壓射水試驗(yàn)，檢查噴嘴是否暢通。為防止噴嘴堵塞，可采用低壓送水、氣、漿，邊下管的方法。

（4）制漿

高壓擺噴灌漿漿液為水泥漿。采用水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比為1.5：1～0.6：1，漿液密度為1.50～1.7g/cm3。水泥漿采用二級(jí)攪拌，二級(jí)過濾。一級(jí)攪拌時(shí)間≥90s，經(jīng)過濾落后入二級(jí)攪拌機(jī)，邊攪拌邊過濾邊應(yīng)用，過濾篩網(wǎng)眼尺寸為2mm。

（5）噴射灌漿

當(dāng)噴射管下到設(shè)計(jì)深度后，送入合乎要求的水、氣、漿，噴射1～3min；待注入的漿液冒出后，按預(yù)定的提升、擺動(dòng)速度自下而上邊噴射邊擺動(dòng)，邊提升直到設(shè)計(jì)高度，停送水、氣、漿，提出噴射管。

噴射灌漿開始后，值班技術(shù)人員必須時(shí)刻注意檢查注漿的流量、氣量、壓力以及擺動(dòng)、提升速度等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，并且隨時(shí)做好記錄。

（6）清洗

噴射完畢后應(yīng)及時(shí)把灌漿管等機(jī)具沖洗干凈，不得殘留水泥漿液。其做法是以水換漿，在地面上噴射，以便把灌漿泵和輸漿軟管內(nèi)的水泥漿全部排出。

（7）靜壓灌漿

由于漿液沉淀作用，每當(dāng)噴射結(jié)束后，需及時(shí)對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行靜壓回填灌漿，直至孔口液面不再下沉為止。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）灌漿施工前，要先由具有高壓噴射施工管理經(jīng)驗(yàn)的總監(jiān)理工程師組織業(yè)主、設(shè)計(jì)人員、施工人員、監(jiān)理人員進(jìn)行設(shè)計(jì)技術(shù)交底，進(jìn)一步熟悉設(shè)計(jì)文件、施工圖紙、施工技術(shù)要求和施工方法，從而加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量的管理和監(jiān)控。

（2）灌漿前應(yīng)選擇有代表性的地層進(jìn)行高壓噴射灌漿現(xiàn)場試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后，通過開挖檢查進(jìn)一步確定施工技術(shù)參數(shù)、適宜的孔距和排距、墻體防滲性能等。

（3）現(xiàn)場監(jiān)理應(yīng)加強(qiáng)對(duì)高壓噴射灌漿的旁站監(jiān)控。著重控制以下幾個(gè)主要參數(shù)，并做好相應(yīng)的記錄：①灌漿管提升速度。每隔30min左右檢測1次；②水壓力。不定時(shí)進(jìn)行抽檢；③漿液密度。每隔30min左右檢測1次進(jìn)漿密度和返漿密度；④漿液流量；⑤氣壓力。每隔30min左右檢查1次壓縮空氣的壓力和流量。

5 質(zhì)量及效果檢查

水庫除險(xiǎn)加固大壩灌漿工程，自2013年10月20日開工，于2013年12月30日順利結(jié)束，歷時(shí)2個(gè)多月，共完成噴射灌漿孔95個(gè)，總進(jìn)尺2778m，防滲面積2337m2，共用水泥1695t。遵照甲方及監(jiān)理的意見，于2014年2月5日—2014年2月9日對(duì)高壓噴射灌漿防滲板墻進(jìn)行了質(zhì)量檢查。

5.1 開挖檢查

根據(jù)甲方意見，分別在22#～23#、60#～61#、80#～81#孔位間進(jìn)行了開挖檢查。從開挖結(jié)果看，板墻連續(xù)，板墻厚度0.2～0.3m，單孔板墻有效長度2.0m，板墻側(cè)面平整，質(zhì)地堅(jiān)硬。

5.2 板墻取芯檢查

施工結(jié)束后，由甲方指定位置在孔號(hào)10#～11#、28#～29#、50#～51#、68#～69#、90#～91#孔位處進(jìn)行鉆孔檢查。從鉆孔取芯情況看，高壓噴射灌漿防滲墻體連續(xù)完整。經(jīng)鉆孔取樣室內(nèi)芯樣抗壓、抗?jié)B試驗(yàn)，高壓擺噴防滲墻10#～11#孔間混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值為2.7MPa，滲透系數(shù)為8.58×10-7cm/s，28#～29#孔間混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值為2.4MPa，滲透系數(shù)為7.81×10-7cm/s，50#～51#孔間混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值為2.6MPa，滲透系數(shù)為8.91×10-7cm/s，68#～69#孔間混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值為2.5MPa，滲透系數(shù)為6.09×10-7cm/s，90#～91#孔間混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度代表值為2.3MPa，滲透系數(shù)為7.17×10-7cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)歷過一個(gè)汛期之后，壩體背水坡右端高程260～268m附近未發(fā)現(xiàn)集中滲流，背水坡滲漏濕潤的現(xiàn)象基本消失，灌漿效果明顯，達(dá)到了防滲加固的目的。

6 結(jié)語

綜上所述，水庫大壩滲漏問題的治理刻不容緩，我們要綜合分析水庫的情況，然后制定不同的方案，選擇最合適有效的防滲加固方案，并要對(duì)方案的各個(gè)流程進(jìn)行掌握，清楚選定的施工方案的施工要點(diǎn)等細(xì)節(jié)，同時(shí)做好施工的全過程質(zhì)量管理工作，保證水庫大壩的除險(xiǎn)加固的工程質(zhì)量得到提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧文海.高壓擺噴及壩體劈裂灌漿技術(shù)在水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用[J].沿海企業(yè)與科技，2010年04期.

[2]薛波.高壓擺噴灌漿技術(shù)在孟州順澗水庫除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用[J].河南水利與南水北調(diào)，2010年07期.