灌漿施工技術(shù)在小型水庫除險加固工程中的應(yīng)用

韓珊珊

【摘 要】文章介紹了灌漿施工技術(shù)在小型水庫除險加固工程中的應(yīng)用，著重介紹了充填灌漿、劈裂灌漿、帷幕灌漿、固結(jié)灌漿等幾種灌漿技術(shù)，提出采用灌漿技術(shù)的適用條件并分析技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過對灌漿效果進(jìn)行對比提出一些建議，供大家參考。

【關(guān)鍵詞】小型水庫；除險加固；灌漿技術(shù)

【中圖分類號】TV697.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）02-0061-03

1 灌漿的必要性

我國大部分的水庫修建于20世紀(jì)50～60年代，受到歷史條件、施工技術(shù)、水庫設(shè)計及運(yùn)行管理等因素的制約，工程存在老化、人為破壞、自然侵蝕等現(xiàn)象，為了水庫能繼續(xù)安全運(yùn)行，需要對水庫存的問題及隱患進(jìn)行排查、修補(bǔ)、加固。盡管新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)和發(fā)展，但在基礎(chǔ)處理及大壩防滲、補(bǔ)強(qiáng)等工程中，水泥灌漿仍然在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上保持著最為重要的地位。

2 常見的幾種灌漿技術(shù)

2.1 充填灌漿

充填灌漿：對存在空隙的地層（主要為土體）進(jìn)行低壓灌注。以滲透理論、充填理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)采用漿液自重或低壓（如<0.5 kgf/cm2，供漿壓力）進(jìn)行灌注，以不產(chǎn)生新的裂縫為原則。

某水庫主壩上游壩坡雖然不存在滑坡的危險，但主壩填土壓實(shí)度為0.90，不能滿足規(guī)范要求；壩外坡坡腳反濾體已受破壞，排水失效，壩體有滲漏現(xiàn)象。上游壩面干砌塊石護(hù)坡修建于1980年，經(jīng)過多年的運(yùn)行，護(hù)坡?lián)p壞已相當(dāng)嚴(yán)重，原水泥砂漿勾縫大部分已經(jīng)開裂脫落，正在逐漸失去其保護(hù)壩體抵御風(fēng)浪的功能。為消除工程隱患，本次除險加固擬進(jìn)行防滲處理，同時對壩面護(hù)坡進(jìn)行全面改建，以保護(hù)大壩的安全。壩體防滲設(shè)計：根據(jù)本壩的實(shí)際情況，加固設(shè)計方案考慮2個方案。方案一為在壩體進(jìn)行充填灌漿防滲；方案二為在壩前設(shè)置砼截水槽，壩內(nèi)坡正常蓄水位以下鋪設(shè)土工膜與壩前截水槽相接防滲。經(jīng)過方案對比，決定采用方案一。充填灌漿防滲包括壩基礎(chǔ)防滲和壩體防滲，通過機(jī)械灌漿，在壩基、壩體內(nèi)形成一道密實(shí)的防滲帷幕，從而提高壩的防滲能力，達(dá)到防滲的目的，以保證壩的安全。灌漿材料采用為水泥黏土漿液，水泥摻量為20%。該水庫主壩最大壩高為17.60 m，根據(jù)地質(zhì)勘測資料分析，灌漿深度至少到巖層以下3 m。一般帷幕延伸至水庫正常水位與相對不透水巖層范圍線兩岸相交處，由于左岸均為較厚的山體，隔水性能好，故帷幕灌漿范圍為向兩側(cè)壩肩各延長5 m，灌漿長度為566 m。灌漿孔中心線距壩頂上游側(cè)2.0 m，灌漿孔分2排布置，排距為1.5 m，孔距為2 m，共設(shè)置了376個灌漿孔。實(shí)踐證明，經(jīng)過充填灌漿處理后的大壩的防滲效果良好。

2.2 劈裂灌漿

劈裂灌漿：采用大于臨界水力壓力的壓力值對土層先劈裂后再進(jìn)行灌漿。即在充填灌漿的基礎(chǔ)上適當(dāng)加大壓力，有計劃、有控制性地劈裂壩體，然后對裂縫及與漿脈相通的洞穴和裂隙進(jìn)行灌漿。

某水庫1987年10月對壩坡裂縫進(jìn)行開挖及回填夯實(shí)處理，并對大壩進(jìn)行加厚加固。經(jīng)過多年運(yùn)行且缺少維修資金，水庫設(shè)施已經(jīng)老化。因此，必須對壩體進(jìn)行黏土水泥劈裂灌漿，沿壩軸線方向按梅花狀布置，采用這樣的灌漿方法能使灌入的漿液比較集中，從而形成一條較好的防滲帶，以達(dá)到止水和降低滲潤線的目的。灌漿孔為2排，排距為1.00 m，孔距為2.00 m，孔徑為100 mm，根據(jù)各孔所在位置，孔深超過壩基底1.00 m深為準(zhǔn)，灌漿孔為110個。經(jīng)過對水庫工程進(jìn)行除險加固處理后，使水庫工程由現(xiàn)在的三類工程進(jìn)入二類工程，保證了水庫工程的安全運(yùn)行，確保時六灌區(qū)約80萬m2（1 200畝）農(nóng)田灌溉用水需要，恢復(fù)灌溉農(nóng)田面積約14.67萬m2（220畝）。大大提高了時六灌區(qū)系統(tǒng)的灌溉供水能力，保護(hù)了水庫下游防洪人口，耕地面積約53.33萬m2（800畝），真正發(fā)揮其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益。

土壩中采用劈裂灌漿進(jìn)行防滲，主要是考慮了大壩特定的應(yīng)力分布條件，并不是在所有土體中都能定向劈裂。劈裂灌漿施工如果控制不好，容易對大壩造成破壞。堤壩劈裂灌漿是一項(xiàng)專業(yè)性非常強(qiáng)的作業(yè)，要想保證灌漿的質(zhì)量，不但需要一個好的灌漿設(shè)計隊(duì)伍，還必須有一支具有豐富灌漿經(jīng)驗(yàn)的高素質(zhì)專業(yè)施工隊(duì)伍，它必須具有對灌漿施工過程進(jìn)行全面監(jiān)測的手段及能力，出現(xiàn)問題時能及時地采用正確的處理措施，將隱患消滅在萌芽之中。如果做不好，劈裂灌漿就會變成破壞灌漿。

2.3 帷幕灌漿

帷幕灌漿：為了提高地基的防滲能力，對巖層中存在的裂隙等，用水泥漿液進(jìn)行壓力封堵。某水庫水庫壩址以上集雨面積為1.23 km2，主河流長度為1.60 km，比降為3.09%，多年平均降雨量為1 811 mm，多年平均徑流量為154萬m3。庫區(qū)為山區(qū)地形，山嶺起伏，森林茂密，植被良好。主壩為水力沖填壩，干密度低，下游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全不滿足規(guī)范要求，大壩內(nèi)坡護(hù)坡質(zhì)量差。壩外坡在78 m水位運(yùn)行時，局部存在滲漏現(xiàn)象；輸水涵管也有漏水現(xiàn)象；大壩滲流安全性評為C級防滲處理。地質(zhì)鉆探資料表明，壩基主要為全風(fēng)花崗巖至強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，全風(fēng)化層厚度為5～15 m。全風(fēng)化花崗巖，土狀，滲透系數(shù)為K=9.0×10-5 cm/s，屬弱透水性，但局部有小構(gòu)造破碎帶存在，巖石破碎，透水性較強(qiáng)。本次加固設(shè)計擬對壩基進(jìn)行帷幕灌漿防滲處理，壩體進(jìn)行充填灌漿處理。灌漿孔沿壩軸線布置，采用單排布孔，孔距為1.5 m，孔徑為75 mm。灌漿分2段灌漿，壩基以下3 m為帷幕灌漿，灌注材料為純水泥漿；巖土分界線以上至壩頂為充填灌漿，灌注材料為含20%水泥的黏土漿。灌漿效果要求達(dá)到滲透系數(shù)小于1.0×10-6 cm/s，灌漿壓力通過現(xiàn)場灌注試驗(yàn)確定。施工結(jié)束后，采用鉆孔方式檢查灌漿效果，灌漿效果較好。

2.4 固結(jié)灌漿

固結(jié)灌漿：該種灌漿方式是為了提高地基或圍巖的完整性，增強(qiáng)地基或圍巖的整體性能，如提高地基承載力、提高圍巖防滲能力、提高邊坡穩(wěn)定性等，而對破碎巖層進(jìn)行的有壓力的灌漿。

1993年5月，某水庫工程內(nèi)坡出現(xiàn)漏水，同年7月雖然壩體進(jìn)行水泥固結(jié)灌漿處理，但是水庫工程到現(xiàn)在還沒有徹底除險，還存在不少問題，嚴(yán)重威脅水庫的安全運(yùn)行。大壩內(nèi)坡舊涵管頂高程459.00 m處有一圓形陷坑，崩坑直徑為2.0 m，深0.8 m，其四周12 m的范圍內(nèi)出現(xiàn)多次崩塌縫，漏水嚴(yán)重。大壩壩體在高水位時，下游壩坡高程455.05 m處以上壩面有水滲漏，嚴(yán)重威脅大壩的安全運(yùn)行。根據(jù)水庫工程的現(xiàn)狀，對壩體進(jìn)行灌漿，對壩身內(nèi)坡陷坑處及內(nèi)坡壩面邊坡?lián)p壞段和排洪道等設(shè)施進(jìn)行除險加固處理。對壩體進(jìn)行水泥漿固結(jié)灌漿，沿壩軸線方面按梅花狀布置。采用這樣的灌漿方法能使灌入的漿液比較集中，從而形成一條較好的防滲帶，以達(dá)到止水和降低滲潤線的目的。灌漿孔為2排，排距為1.0 m，孔距為3.0 m，孔徑為100 mm，根據(jù)各孔所在位置，孔深超過壩基底1.0 m深為準(zhǔn)，灌漿孔為101個。施工結(jié)束后，采用圍井布置方式檢查，灌漿效果良好。

3 適用的條件及優(yōu)缺點(diǎn)分析

靜壓灌漿指的是進(jìn)漿管不動，采用一定壓力的漿液灌注。固結(jié)灌漿、常規(guī)帷幕灌漿及充填灌漿均屬于靜壓灌漿。廣義地說，只要有壓力，進(jìn)漿管不動則稱之為靜壓灌漿；狹義地講，主要是指基巖灌漿。靜壓灌漿適用于淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、砂土、礫石、卵（碎石）石等松散地層。礫石等地質(zhì)條件也可以進(jìn)行靜壓灌漿，如遇上漂卵石地層，則要分析漂卵石塊徑大小。漂卵石塊徑太大了靜壓灌漿噴不開，攪不動，或攪動效果不好，造成膠結(jié)不好，達(dá)不到防滲要求。因此，相關(guān)規(guī)范要求在這些漂卵石地層里面采用靜壓灌漿進(jìn)行防滲處理時要先進(jìn)行試驗(yàn)。目前，對大塊徑的漂卵石，特別是含泥的漂卵石，灌漿工藝還是存在很多問題，如高噴灌漿噴不開、靜壓灌漿也難灌好。充填灌漿方案的優(yōu)、缺點(diǎn)分析：既不需降低水位，也不需圍堰就可以施工，但施工期較長?？梢栽趬误w內(nèi)形成鉛直而連續(xù)的防滲墻，堵住漏水通道，提高壩體的防滲能力，同時通過漿、土互壓和濕陷，使壩體、壩基內(nèi)部應(yīng)力重新分布，提高壩體、壩基的穩(wěn)定性。能充分利用上游現(xiàn)有的干砌石。灌漿防滲的施工技術(shù)要求比較高，而且整個施工過程都必須對大壩的穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測；從施工質(zhì)量來說，灌漿防滲的施工都是在壩體內(nèi)進(jìn)行，質(zhì)量比較難把握，灌漿防滲的壽命短。

灌漿壓力需要控制好，使用的壓力也不可大于土體抗裂強(qiáng)度。充填灌漿是對土層進(jìn)行防滲處理最早使用的方法，但大量的實(shí)踐證明，它的成墻性或封閉性很差，防滲效果不好，特別不適合對大面積的土層進(jìn)行防滲；僅適用于處理性質(zhì)和范圍都已確定的局部隱患。

4 建議

（1）為了查出巖石的透水率，壓水試驗(yàn)是用高壓方式把水壓入鉆孔，根據(jù)巖體吸水量計算巖體裂隙發(fā)育情況和透水性的一種原位試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)是用專門的止水設(shè)備把一定長度的鉆孔試驗(yàn)段隔離出來，然后用固定的水頭向這一段鉆孔壓水，水通過孔壁周圍的裂隙向巖體內(nèi)滲透，最終滲透的水量會趨于一個穩(wěn)定值。

（2）灌漿壓力的控制：灌漿盡可能地采用比較高的壓力，但應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)。灌漿壓力的大小與孔深、巖層性質(zhì)和灌漿段上有無重壓等因素有關(guān)，應(yīng)通過試驗(yàn)來確定，并在灌漿施工中進(jìn)一步檢驗(yàn)和調(diào)整。

（3）土壩中采用劈裂灌漿進(jìn)行防滲，主要是考慮了大壩特定的應(yīng)力分布條件，并不是在所有土體中都能定向劈裂。劈裂灌漿施工如果控制不好，容易對大壩造成破壞。這些防滲加固措施根據(jù)具體工程又可細(xì)分為不同的施工方法，豐富的防滲措施為處理復(fù)雜的大壩滲漏問題提供了基礎(chǔ)，也增加了技術(shù)選擇的難度。因此，只有將技術(shù)應(yīng)用在最適合的范圍內(nèi)，才能達(dá)到最佳效果。劈裂灌漿技術(shù)經(jīng)濟(jì)、機(jī)理明確、工藝合理，在很多工程中得到了應(yīng)用。但是，該技術(shù)在實(shí)踐中還存在一些問題，比如工程長、施工技術(shù)理論不完善等，因此還需要對其施工工藝流程進(jìn)行探析。

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]