高壓擺噴灌漿在水庫加固工程中的應(yīng)用

王全軍

(廣豐區(qū)水利局,江西 上饒 334600)

高壓擺噴灌漿在水庫加固工程中的應(yīng)用

王全軍

(廣豐區(qū)水利局,江西 上饒 334600)

水庫加固工程可以有效地保證水利設(shè)施的安全使用，同時也是延長水利工程壽命的重要措施，國內(nèi)早期建成的一些小型水庫基本上都是使用傳統(tǒng)的加固技術(shù)，隨著水庫規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的加固工藝已經(jīng)不適合大型水庫加固工程，高壓擺噴灌漿技術(shù)作為國內(nèi)水庫加固工程中使用比較廣泛的一種技術(shù)，和傳統(tǒng)的加固工藝相比有絕對的優(yōu)勢，本文以廣豐區(qū)四角畈水庫為例，對高壓擺噴灌漿技術(shù)在水庫加固工程中的應(yīng)用進(jìn)行了重點(diǎn)分析。

高壓擺噴灌漿；水庫；加固工程

1 水庫工程概況

1.1 基本情況

本文選擇工程案例為四角畈水庫，水庫位于廣豐區(qū)，該水庫主要用于灌溉，灌區(qū)總耕地面積234.7 hm2，灌區(qū)內(nèi)人口約有4380人。屬于小(2)型的水庫工程，控制流域總面積約為5 km2，水庫總?cè)萘繛?4.9萬m3，2009年3月，上饒市水務(wù)局對四角畈水庫進(jìn)行了復(fù)核鑒定，通過對四角畈水庫的綜合安全評價，最終將四角畈水庫大壩滲流安全性評定為C級別、金屬結(jié)構(gòu)安全性評定為C級別，防洪標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)安全都被評定為C級別，第二年四角畈水庫就被列入到國家病險水庫加固計劃中，加固工程到2012年中期竣工。

1.2 工程地質(zhì)和滲漏問題

2009年進(jìn)行的四角畈水庫安全鑒定最終結(jié)論顯示，按照國家水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過最終的復(fù)核，確定四角畈水庫溢洪道不能夠保證安全泄洪，大壩的整體防洪能力評級為三類壩；大壩區(qū)域內(nèi)地震動峰值加速度為0.05 g，地震基本烈度為6°；水庫下游壩坡抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)不能滿足當(dāng)前防洪規(guī)范要求，水庫放水涵是圬土結(jié)構(gòu)不能正常運(yùn)行，也不能保證正常的泄洪；大壩壩腳還存在滲漏現(xiàn)象，通過滲漏分析，壩身土體干密度約為1.65 g/cm3，滲漏系數(shù)約為2.3×10-4cm/s，總體滲漏性能不安全，放水涵有明顯的滲漏現(xiàn)象，嚴(yán)重地危及大壩的安全，并且放水涵的閘門埋件和啟閉機(jī)出現(xiàn)明顯老化現(xiàn)象，安全隱患較大。

四角畈水庫大壩基層有兩種結(jié)構(gòu)組成，一種是礫質(zhì)粉質(zhì)壤土，一種是強(qiáng)-弱風(fēng)化頁巖，上部主要是第四系的礫質(zhì)黏性土，并且是單一黏性結(jié)構(gòu)，土層強(qiáng)度相對較高，下伏基巖是頁巖，大壩兩邊和山坡相連接，都是強(qiáng)風(fēng)化頁巖結(jié)構(gòu)。壩基截水槽進(jìn)入到強(qiáng)風(fēng)化頁巖中，大壩兩側(cè)壩坡均開設(shè)有結(jié)合槽延伸至巖層中，并且大壩兩側(cè)壩肩都和山坡相連，經(jīng)過初步設(shè)計對于大壩壩體的防滲漏做出了兩種方案的對比，分別是混凝土防滲墻加固以及高壓擺噴灌漿，從四角畈水庫大壩的實(shí)際地質(zhì)狀況進(jìn)行分析，最終選擇高壓擺噴灌漿對四角畈水庫大壩進(jìn)行除險加固，加固方案高壓擺噴灌漿擺角為30°，樁徑設(shè)計為60 cm，樁孔距離為1 m，均沿著大壩的軸線方向進(jìn)行單排設(shè)置。

2 高壓擺噴灌漿技術(shù)工程試驗(yàn)

本次高壓擺噴灌漿技術(shù)工程試驗(yàn)主要是通過生產(chǎn)性工藝試驗(yàn)的方式，通過開挖檢測，確定實(shí)際孔距、水壓、氣壓、漿壓、漿液比例、回漿濃度等技術(shù)工藝參數(shù)[1-2]。

工程試驗(yàn)現(xiàn)場的布置嚴(yán)格按照實(shí)際情況，在大壩左側(cè)開展高壓擺噴灌漿防滲漏試驗(yàn)，防滲漏墻頂至大壩頂部，高壓擺噴角度為300°，一共設(shè)置四個孔，孔距分別為1.1 m、1.2 m、1.3 m，大壩頂部右邊放置水泥，周圍設(shè)置水泥漿攪拌站、空壓機(jī)站和水泵站，本次試驗(yàn)使用的水泥規(guī)格為P·O42.5R的水泥。高壓擺噴灌漿技術(shù)試驗(yàn)具體參數(shù)見表1。

表1 高壓擺噴灌漿技術(shù)試驗(yàn)具體參數(shù)

3 高壓擺噴灌漿技術(shù)施工

3.1 施工設(shè)備選擇

本次試驗(yàn)由于是針對大壩防滲漏問題進(jìn)行水庫加固施工，根據(jù)施工技術(shù)和工程概況需要準(zhǔn)備高壓清水泵、空壓機(jī)、高噴臺車、灌漿泵、地質(zhì)鉆機(jī)、三缸柱塞泥漿泵以及攪拌機(jī)。

3.2 施工流程

具體施工流程如圖1所示：

圖1 高壓擺噴灌漿施工流程

同時擺噴提升環(huán)節(jié)要使用高壓水，使用高壓清水泵來壓縮空氣，使用低壓泵來攪拌制漿，擺噴提升之后還要經(jīng)歷回漿回收和廢漿排放過程。

3.3 施工控制要點(diǎn)

本次工程根據(jù)上面的施工流程介紹主要有孔洞定位、鉆孔、噴管下設(shè)、高壓噴射以及成墻這幾個重要環(huán)節(jié)，按照工程特點(diǎn)使用三重管法施工，大壩防滲漏施工設(shè)計使用折線來連接，分成兩個序列孔開展施工，首先先開始第一序列孔的定位、鉆孔和高壓噴射灌漿施工，完工之后等待兩周左右，再開始后續(xù)的序孔施工，第二序孔施工要求和第一序孔相同[3]。

(1)定點(diǎn)放線，確定孔位置。本次高壓擺噴防滲漏試驗(yàn)將試驗(yàn)點(diǎn)放置在大壩左側(cè)0+090～0+100段，孔洞確定在這個位置。

(2)鉆孔施工。首先鉆孔開始之前要做好設(shè)計規(guī)劃，要求所有的孔位偏差都保持在2 cm以內(nèi)，每個孔的斜率不能超過0.3%，任何孔的相關(guān)位置數(shù)值如果不滿足這兩個要求時要重新鉆孔，及時的進(jìn)行修補(bǔ)，保證每一個孔位、孔向的準(zhǔn)確性，這樣可以方便后期進(jìn)行孔位糾偏，并且也可以在測量孔斜率的過程中得出其方位角；其次鉆孔施工過程中，要對孔位、深度、大壩左側(cè)的地層變動、漏漿現(xiàn)象、掉鉆問題進(jìn)行嚴(yán)格的記錄，這樣可以方便之后再使用高壓擺噴的過程中針對不同的地層結(jié)構(gòu)使用對應(yīng)的施工技術(shù)，鉆孔施工中，要求鉆孔的有效深度必須超過設(shè)計墻底0.5 m以上；再者鉆孔過程中，要求每一個序孔都要設(shè)置先導(dǎo)孔，針對不同位置的序孔采取先導(dǎo)孔芯樣，明確劃分地層結(jié)構(gòu)，確定鉆孔深度，施工過程中，如果停止鉆進(jìn)施工要及時的保護(hù)孔口，如果停工周期較長，要通過相應(yīng)措施避免出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象[4]。

(3)制漿環(huán)節(jié)。制漿環(huán)節(jié)要使用高速的攪拌設(shè)備來進(jìn)行，針對本次工程需要自制特定的高速攪拌設(shè)備，將低速的攪拌軸安裝在儲漿桶中，這樣可以避免出現(xiàn)泥漿沉淀。

(4)高壓擺噴灌漿施工環(huán)節(jié)。高壓擺噴角度為300°，高壓擺噴灌漿相關(guān)設(shè)備要求：高壓噴管選擇規(guī)格為Φ91的鋼管；高壓噴射水泵規(guī)格3×b；空壓機(jī)規(guī)格5 m3/min；高壓擺噴臺車型號泰山灌漿/GP50；其余各種參數(shù)按照表1的要求執(zhí)行。

所有的鉆孔經(jīng)過檢驗(yàn)合格之后才可以開始灌漿施工，灌漿過程要嚴(yán)格按照序孔來進(jìn)行，相鄰兩個鉆孔的灌漿間隔必須高于24 h；高壓噴射灌漿施工不能中途停工，要連續(xù)施工，高壓噴管每次卸下之后重新施工時都要進(jìn)行復(fù)噴，一般要求復(fù)噴長度必須超過0.5 m；高壓擺噴提升工藝結(jié)束之后要將其提升到設(shè)計高程，之后從頂高程之下1 m的位置開始，緩慢的提升到設(shè)計高程進(jìn)行高壓噴射，然后再緩慢的向上提升0.5 m左右，鉆孔灌漿施工完成之后，使用回漿和水泥漿液及時進(jìn)行回灌施工，直到漿面不再出現(xiàn)下沉即可結(jié)束[5]。

高壓擺噴灌漿過程中對于各項(xiàng)參數(shù)以及變動情況都要做出嚴(yán)格的記錄，同時還包括水泥漿液的使用情況、施工中出現(xiàn)的異常狀況和處理結(jié)果都要做出記錄，在擺噴灌漿過程中，要及時的檢查灌漿效果，適時調(diào)整高壓水泵和低壓泥漿泵的壓力，合理控制空壓機(jī)風(fēng)量和壓力、提升速度以及灌漿流量等；噴射孔和高壓水泵兩者的間距不能超過50 m，所以在具體噴射施工過程中要及時的調(diào)整高壓泵和鉆機(jī)的位置，合理控制兩者間距；鉆孔口回填補(bǔ)漿以及封孔結(jié)束之后，可以使用剩余的漿液來填補(bǔ)凹穴[6]。

(5)施工中特殊狀況的處理。如果高壓擺噴施工過程中發(fā)生事故出現(xiàn)停噴現(xiàn)象，在復(fù)噴的時候一定要將高壓噴頭下降到停噴點(diǎn)以下0.5 m之后開始噴射提升。

4 高壓擺噴灌漿工程竣工后的質(zhì)量檢測

竣工后的質(zhì)量檢測主要針對兩個方面，一方面是墻體滲透系數(shù)檢測，另一方面是防滲墻體無損檢測。針對本次水庫大壩加固工程選擇的高壓擺噴灌漿鉆孔在竣工之后選擇三個點(diǎn)位來檢驗(yàn)滲透系數(shù)，試驗(yàn)方法是采用現(xiàn)場壓水試驗(yàn)，通過檢驗(yàn)得出三個檢驗(yàn)點(diǎn)的滲透系數(shù)都滿足防滲墻參數(shù)要求，同時按照高密度電法檢測技術(shù)和檢測結(jié)果顯示防滲墻的均勻性良好，大壩墻體的連續(xù)性相對較好。對于大壩防滲墻的無損校測是按照高密度電法進(jìn)行檢測，最終檢測防滲墻體都均勻良好，并且防滲墻墻體連續(xù)性非常好。

5 結(jié) 論

通過本次試驗(yàn)，最終四角畈水庫大壩壩腳之前經(jīng)常出現(xiàn)滲漏的位置都不再有嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象，使用高壓擺噴灌漿技術(shù)最終的防滲加固效果比較顯著。

[1] 王曉,付寶寧.水庫除險加固工程中高壓擺噴灌漿的施工技術(shù)[J].江西建材,2016,23(23):125.

[2] 張專政.高壓擺噴灌漿技術(shù)在水庫除險加固工程中的應(yīng)用[J].江西建材,2016,23(13):130-131.

[3] 王衍行.高壓擺噴灌漿技術(shù)在水庫除險加固工程中的應(yīng)用[J].水利水電施工,2015,22(4):57-59.

[4] 姚軍.水泥高壓擺噴灌漿防滲技術(shù)在魏樓水庫工程中的應(yīng)用[J].河南水利與南水北調(diào),2014,20(24):13-14.

[5] 代濤,江山紅.高壓擺噴灌漿技術(shù)在三陵病險水庫土石壩加固工程中的應(yīng)用[J].東北水利水電,2013,31(5):18-19，44.

[6] 李振偉.東柏澗水庫除險加固設(shè)計及方案比選[D]. 邯鄲:河北工程大學(xué),2015.

王全軍(1961-)，男，江西廣豐人，工程師，從事水利工程地質(zhì)和水利工程建筑工作。E-mail:949331474@qq.com。

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