高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

劉木蘭

(于都縣水利局，江西 贛州 342300)

為了調(diào)控水資源時(shí)空分布和優(yōu)化配置，促進(jìn)各區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，我國(guó)在上世紀(jì)50～70年代興建了一大批中小型水庫(kù)。水庫(kù)集發(fā)電、防洪、生態(tài)、供水、灌溉等功能于一身，水庫(kù)的興建有效調(diào)節(jié)了水資源的時(shí)空分布不均問(wèn)題，緩解了各種水旱洪災(zāi)，保障了人民生命財(cái)產(chǎn)安全，因受當(dāng)時(shí)條件所限，許多水庫(kù)的質(zhì)量和建設(shè)水平都不高，而在此后幾十年的運(yùn)行中，由于養(yǎng)護(hù)不善又缺少必需的維護(hù)經(jīng)費(fèi)，這些水庫(kù)都陸續(xù)出現(xiàn)了不同程度的病險(xiǎn)問(wèn)題。因此需要采取相應(yīng)的加固技術(shù)措施對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固[1]。

在傳統(tǒng)土石壩施工過(guò)程中，針對(duì)水庫(kù)壩體和壩基滲漏的除險(xiǎn)加固措施通常使用黏土心墻、黏土斜墻和混凝土防滲墻等技術(shù)，這類(lèi)技術(shù)專(zhuān)業(yè)含量較低，相對(duì)較為容易掌握，其建設(shè)成果對(duì)各種地層適應(yīng)性強(qiáng)，質(zhì)量可靠。但是這種技術(shù)需要耗費(fèi)大量的人力物力資源，不僅造成資源能源的浪費(fèi)，而且耗費(fèi)了大量的成本投入，不利于項(xiàng)目長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)利益的獲取。因此，為了進(jìn)一步改善水庫(kù)除險(xiǎn)加固技術(shù)措施，針對(duì)水庫(kù)周邊黏土、砂石等資源緊缺、水庫(kù)壩高較高且滲漏較大的情況，采取高壓旋噴灌漿技術(shù)進(jìn)行大壩防滲處理，以于都縣獻(xiàn)忠水庫(kù)為例，對(duì)高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用方法進(jìn)行探討和歸納。

1 高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用方法

1.1 設(shè)置高壓旋噴灌漿技術(shù)應(yīng)用參數(shù)

根據(jù)于都縣獻(xiàn)忠水庫(kù)地質(zhì)勘察資料，針對(duì)大壩填筑土的性狀和壩體結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)，首先參考相關(guān)資料對(duì)高壓旋噴灌漿在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行預(yù)估，再通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，根據(jù)具體地質(zhì)條件狀況和施工現(xiàn)場(chǎng)的不同特點(diǎn)對(duì)預(yù)估參數(shù)進(jìn)行完善修改，然后將水庫(kù)劃分為幾個(gè)壩段，針對(duì)各壩段的不同特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，觀測(cè)灌漿壓力、吃漿量及泥漿容量、壩體位移和裂縫等，根據(jù)該壩段的具體地質(zhì)條件修改相關(guān)參數(shù)設(shè)置[2]，確定高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用參數(shù)。

根據(jù)上述過(guò)程，確定高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用參數(shù)如表1所示。通過(guò)上述過(guò)程，完成高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用參數(shù)設(shè)置。

1.2 高壓旋噴灌漿技術(shù)應(yīng)用流程

應(yīng)用設(shè)置的相關(guān)參數(shù)，選用三重管?chē)娚涔に嚭拖嚓P(guān)機(jī)械設(shè)備，進(jìn)行高壓旋噴灌漿技術(shù)應(yīng)用流程設(shè)計(jì)。

表1 高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用參數(shù)

于都縣獻(xiàn)忠水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用方法采用三重管?chē)娚涔に?，選用高壓發(fā)生裝置、鉆機(jī)、特種鉆桿和高壓管路等機(jī)械設(shè)備[3]。整個(gè)施工過(guò)程分為兩道工序，兩道工序的實(shí)施之間應(yīng)當(dāng)適當(dāng)間隔一段時(shí)間，如果間隔時(shí)間過(guò)短可能造成墻體質(zhì)量受損甚至形成空洞，而間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則可能耽誤工程進(jìn)度，造成工程效率的下降。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)最恰當(dāng)間隔時(shí)間為7 d。

設(shè)計(jì)高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 技術(shù)應(yīng)用流程

整個(gè)施工過(guò)程大體分為四部分：測(cè)量放線定樁位、鉆孔及測(cè)斜、下噴射管和噴射提升。

通過(guò)上述過(guò)程，完成高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中應(yīng)用流程。

1.3 樹(shù)立高壓旋噴灌漿技術(shù)應(yīng)用保障措施

對(duì)設(shè)計(jì)的應(yīng)用流程進(jìn)行進(jìn)一步完善，對(duì)施工中需要注意的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出異常狀況的處理方案，樹(shù)立高壓旋噴灌漿技術(shù)應(yīng)用保障措施。

為了進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)的應(yīng)用流程，對(duì)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出異常狀況的處理方案，大體分為如下幾個(gè)方面：斷樁和縮徑，其解決方法是針對(duì)土層狀況對(duì)提升速度進(jìn)行調(diào)整；灌漿時(shí)返漿，其解決方法是適當(dāng)調(diào)整壓力，或者加入速凝劑；灌漿壓力驟然下降，其解決方法是加大旋噴灌漿量[4]。除及時(shí)對(duì)工程中異常狀況進(jìn)行處理外，還應(yīng)當(dāng)樹(shù)立工程質(zhì)量檢測(cè)與控制機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)工程質(zhì)量的監(jiān)督。

通過(guò)上述過(guò)程，完成高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中應(yīng)用保障措施的樹(shù)立。

1.4 實(shí)現(xiàn)高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

于都縣獻(xiàn)忠水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程參考高壓旋噴灌漿技術(shù)應(yīng)用參數(shù)，提升速度5 cm/min，采用旋轉(zhuǎn)速度1.0v，高噴水壓力36 MPa，水量80 L/min，氣壓0.7 MPa，氣量1.0 L/min，漿壓0.5 MPa，漿量90 L/min，漿液水灰比1∶1。高壓水噴嘴直徑1.9 mm , 氣噴嘴直徑9.0 mm。選用三重管?chē)娚涔に嚭拖嚓P(guān)機(jī)械設(shè)備，進(jìn)行高壓旋噴灌漿技術(shù)施工；并在施工過(guò)程中進(jìn)一步完善相關(guān)參數(shù)，對(duì)施工中出現(xiàn)的異常狀況進(jìn)行分析處理，加強(qiáng)質(zhì)量檢測(cè)和監(jiān)督管理。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，有效地消除獻(xiàn)忠水庫(kù)大壩的滲漏問(wèn)題。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為了保證高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的有效性，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行論證分析。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，分別使用高壓旋噴灌漿技術(shù)加固方法和傳統(tǒng)水庫(kù)除險(xiǎn)加固方法在一定水壓條件設(shè)置下進(jìn)行水庫(kù)除險(xiǎn)加固測(cè)試，以?xún)煞N水庫(kù)除險(xiǎn)加固方法作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，設(shè)置對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)試在不同水壓條件設(shè)置下的水庫(kù)除險(xiǎn)加固成本和工作效率，對(duì)這兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行記錄，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

使用GX-DeveloperV7.0和GX-Simulator6.0進(jìn)行仿真環(huán)境設(shè)置，為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)實(shí)驗(yàn)變量進(jìn)行控制[5]。此次測(cè)試的是高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的有效性，要對(duì)運(yùn)行水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的水庫(kù)規(guī)模、水壓條件等除水庫(kù)除險(xiǎn)加固方法以外的其他影響水庫(kù)移民管理的變量因素進(jìn)行控制，防止干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。設(shè)立對(duì)照組，一方面，依照該設(shè)計(jì)流程建立以高壓旋噴灌漿技術(shù)為核心的水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程；另一方面，傳統(tǒng)方法選用目前階段水庫(kù)除險(xiǎn)加固中最為常見(jiàn)的混凝土防滲墻，在機(jī)械方面選用沖擊鉆機(jī)和液壓抓斗式開(kāi)槽機(jī)，建造厚度為0.5 m，地下深度1.0 m，壩體深度3.0 m的混凝土防滲墻。

2.2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用不同的水庫(kù)除險(xiǎn)加固方法在搭建的模擬環(huán)境下進(jìn)行水庫(kù)除險(xiǎn)加固測(cè)試，設(shè)置對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)時(shí)間變化改變水壓等設(shè)置條件增加水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程建設(shè)的難度系數(shù)，對(duì)使用兩種方法的水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程成本投入情況和工作效率進(jìn)行測(cè)試。兩種方法的成本投入情況如表2所示。

表2 兩種水庫(kù)除險(xiǎn)加固方法的成本投入情況

通過(guò)表2可以看出，使用高壓旋噴灌漿技術(shù)加固方法的水庫(kù)除險(xiǎn)加固成本投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)方法，本文設(shè)計(jì)方法的水庫(kù)除險(xiǎn)加固成本投入較傳統(tǒng)方法減少了27.7%。

對(duì)兩種水庫(kù)除險(xiǎn)加固方法在不同環(huán)境設(shè)置下的工程建設(shè)效率進(jìn)行記錄，繪制對(duì)比圖。對(duì)比結(jié)果如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果圖

通過(guò)圖2可以看出，高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用方法從提高工程工作效率角度而言占有明顯優(yōu)勢(shì)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不斷增加水庫(kù)除險(xiǎn)加固的難度系數(shù)，使用該技術(shù)方法進(jìn)行水庫(kù)除險(xiǎn)加固的工程工作效率始終高于傳統(tǒng)方法，位于90%～100%之間，數(shù)據(jù)雖然有所波動(dòng)，但波動(dòng)幅度不大，其平均工作效率為95%；而使用傳統(tǒng)方法的組別其工作效率從80%直線下降到45%，其數(shù)據(jù)波動(dòng)幅度較大，平均工作效率僅為62.5%。

3 結(jié) 論

該技術(shù)方法相比傳統(tǒng)方法，能夠減少工程成本投入27.7%，提高水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作效率32.5%。因此，說(shuō)明高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用方法具備極高的有效性。