硅溶膠化學灌漿在新開水庫除險加固工程中的應用

林建海

海南省水利水電勘測設計研究院，海南 ?？?570203

1 工程概況

新開水庫位于白沙縣阜龍鄉(xiāng)，位于南渡江上游一條支流上，壩址以上集雨面積為2.06km2，水庫總庫容為124.74萬m3，50年一遇設計，500年一遇校核，最大壩高15.40m，是一宗以灌溉為主，兼顧防洪的小（1）型水利工程。

新開水庫于1980年竣工投入運行，2009年采用了水泥土攪拌樁進行壩體防滲，2016年臺風期間，左壩肩下游壩坡發(fā)生滲透變形，在下游坡腳搶修貼坡排水體。2017年安全鑒定河床段與左壩肩存在明顯滲漏，安全鑒定為三類壩。

2 工程除險加固方案

大壩防滲加固主要采用液壓雙輪銑削水泥土防滲墻，墻厚70cm。左壩頭溢洪道控制端采用普通水泥帷幕灌漿防滲，單排帷幕，孔距1.5m。加固后河床段滲水明顯減小，取得了較好的效果，左壩肩下游滲水點僅略有減小。

地勘人員對滲漏通道進行補勘，鉆孔揭露液壓雙輪銑削防滲墻墻身結(jié)構(gòu)完整，注水試驗為弱透水，帷幕灌漿段巖體破碎、巖體裂隙間未見明顯填充，注水仍呈現(xiàn)中等透水（100L/min不見返水）。溢洪道下游鼻坎出口巖體滲水（18L/min），溢洪道基礎所在的左壩肩巖體裂隙密集，走向總體與主壩斜交，傾向下游。

為探明滲漏通道，放空水庫后，于溢洪道控制段上游搭建簡易蓄水池，而后左壩肩下游滲水點開始重新出水。據(jù)此，基本判定主要滲漏通道為帷幕灌漿處理過的控制端基礎，需對此部位進行加固處理。常規(guī)水泥灌漿經(jīng)實踐已難以達到防滲效果，經(jīng)比較，擬采用硅溶膠灌漿處理。

3 硅溶膠灌漿施工

硅溶膠灌漿材料為膠體二氧化硅溶液，無毒無害。通過混合兩種液體攪拌形成，具有很強的流動性和可灌性，很容易在地層中滲透，在與地層結(jié)合時可以均勻分散，呈現(xiàn)出良好的結(jié)合性，在受壓情況下具有很強的滲透性，且存儲條件要求較低。施工過程中不需要增加設備，采用普通灌漿泵即可進行灌注。硅溶膠物理特性表如表1所示。

表1 硅溶膠物理特性表

3.1 灌前準備

灌漿前在控制段上游新建厚度為1m的C25混凝土壓漿平臺設置孔口管，排數(shù)為單排，孔距1.5m。

（1）鉆孔施工。鉆孔機械采用XY-2型地質(zhì)鉆機，鉆機采用金剛石鉆頭，施工工藝清水鉆進。開孔孔徑均為Φ91mm，終孔孔徑為Φ76mm?？咨?7.5m，所有鉆孔均為鉛直孔，鉆孔孔位允許偏差10cm。鉆孔終孔后應對灌漿孔的鉆孔偏斜情況進行檢查。時刻關(guān)注鉆孔偏斜度，當偏斜超過要求時，應立即停止并進行綜合分析，經(jīng)分析認為對灌注效果無影響時可繼續(xù)施工，若認為對灌漿效果有影響時，應加密鉆孔，以保證灌漿質(zhì)量。

（2）鉆孔沖洗和壓水試驗。對返水正常的孔段，應進行鉆孔沖洗。鉆孔沖洗的結(jié)束標準為回水變清，且孔內(nèi)沉積厚度不超過20cm。鉆孔返水正常的孔段，結(jié)合鉆孔沖洗進行灌前簡易壓水。檢查孔采用單點法壓水，根據(jù)壓水時間及壓入量進行檢測，壓水時間為20min，每5min測讀一次壓入量并及時記錄，取最后的流量值作為計算流量，通過透水率來反映檢測成果。壓水試驗的壓力為灌漿壓力的80%且不超過1MPa。

（3）鑲鑄孔口管。孔口管直徑為Φ89mm。溢洪道以內(nèi)部位埋入混凝土底板，長度為100cm。溢洪道以外部位長度暫定為200cm，鑲鑄時露出地面5cm。

3.2 硅溶膠灌漿

（1）漿液制備。根據(jù)膠凝時間及性能初步選定兩種類型的漿液（M-Ⅰ型、M-Ⅱ型）。集中制漿站根據(jù)打孔、驗收情況及時將A液、B液根據(jù)一定配比配置好，貯存在25L塑料桶內(nèi)，方便灌漿開始后漿液的領(lǐng)取。

（2）灌漿方式。硅溶膠帷幕灌漿根據(jù)現(xiàn)場情況確定采用“自上而下、分段卡塞”純壓式灌漿法。帶有壓重平臺的灌漿部位接觸段灌漿不下設射漿管，其余孔段灌漿時射漿管距孔底不大于30cm。灌漿泵采用3SNS灌漿泵，性能可滿足施工使用要求。硅溶膠灌漿中漿液宜少量多次進行配置，開始灌注時每次配置宜在50L以下，在注入率較小階段，漿液配置應根據(jù)注入量配置，保證漿液在可操控時間段內(nèi)注入孔內(nèi)裂隙；每次加漿時，在儲漿桶原漿液基本灌注完成后再配置新漿液，然后加入儲漿桶進行灌注。

（3）灌漿分段。帷幕灌漿孔段劃分表如表2所示。

表2 帷幕灌漿孔段劃分表

（4）灌漿壓力。施工階段灌漿壓力暫定0.2～0.3MPa，實際灌漿壓力視具體情況進行調(diào)整。壓力應在較短時間內(nèi)升到設計規(guī)定值，注入率大的孔段應分段升壓。壓力表安裝在進漿管靠近孔口部位，數(shù)據(jù)讀取中值。

（5）灌漿終孔深度。灌漿終孔深度控制：當孔鉆深度達到設計深度時，若巖體透水率不滿足≤10Lu要求，則應由監(jiān)理工程師現(xiàn)場控制，加鉆一段（5m長）。若加鉆一段后巖體透水率仍不滿足≤10Lu要求，則應通知設計確定是否需要繼續(xù)加鉆。

（6）漿液配制。配漿時先加入A液、后加入B液，在攪拌機運行的情況下加漿，并注意緩慢、均勻加入，防止?jié){液出現(xiàn)局部凝結(jié)。

（7）硅溶膠漿液變換原則。①開灌采用M-I型（慢凝型硅溶膠漿液，初凝時間為40min左右，可調(diào)控）漿液，當恒定灌漿壓力，注入率持續(xù)減少時，或注入率恒定而壓力持續(xù)升高時，不得改變漿液類型，繼續(xù)灌注。②當灌注M-I型漿液到達100L/m，灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改為M-II型（快凝型硅溶膠漿液，初凝時間為10min左右，可調(diào)控）漿液灌注；當灌注硅溶膠量大無法正常結(jié)束（未達到膠凝時間、無法達到設計壓力、灌漿壓力和注入率無明顯變化），且累計單耗超過300L/m時，可采用待凝措施。

（8）灌注要求。一般情況下宜采用中等以下注入率進行灌注。灌漿過程中確保灌漿壓力和注入率相適應。時刻關(guān)注灌漿過程，注入率宜控制在10L/min以下，并依據(jù)注入率進行均勻升壓，有涌水時視涌水情況適當加大開灌注入率。暫定注入率為20～30L/min。漿液宜少量多次進行配置，開始灌注時每次配置宜在50L，在注入率較小階段，漿液配置應根據(jù)注入量配制（避免配制過多而浪費），保證漿液在可操控時間段內(nèi)注入孔內(nèi)裂隙，每次加漿時應在儲漿桶原漿液基本灌注完成后，再配置新漿液加入儲漿桶進行灌注。

（9）灌漿結(jié)束標準。結(jié)束標準為在設計壓力下注入率不大于1L/min后，持續(xù)灌注30min或達到膠凝時間。為保證灌漿質(zhì)量，采用硅溶膠灌注結(jié)束后閉漿1～2h，然后取出射漿管及灌漿塞進行下一段鉆灌施工。

（10）封孔。硅溶膠灌漿結(jié)束后進行掃孔，向孔內(nèi)注入密度大于1.5g/cm3的水泥稠漿，多次灌注，直至漿面上升至孔口不再下降為止。待孔口完全析水后，用含水率適中的水泥料將孔口回填搗實整平。

（11）抬動觀測。為了防止溢洪道部位底板抬動，溢洪道施工平臺中間部位布置一個抬動觀測孔。在灌漿過程中由專人嚴密監(jiān)視抬動裝置千分表的變化情況，出現(xiàn)抬動時采取降壓措施，待抬動值不再上升再逐級升壓；若抬動值超過200μm時，停止灌漿，待凝8h后掃孔復灌。

（12）特殊情況處理。①灌漿過程中如發(fā)生冒漿、漏漿時，應根據(jù)具體情況采用低壓、限流、調(diào)凝、間歇等方法進行處理。若效果不明顯，則應停止灌漿，待漿液凝固后重新掃孔復灌。②灌漿過程中發(fā)生串漿時，若灌漿孔具備灌漿條件，則可一泵一孔同時并灌，但并灌孔不宜多于3個，并應控制灌漿壓力，防止上部混凝土或巖體抬動。否則，應阻塞被串孔，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，再對被串孔進行掃孔、沖洗后，繼續(xù)鉆進或灌漿。③灌漿應連續(xù)進行，若因故中斷，應在漿液膠凝以前且不影響灌漿質(zhì)量時恢復灌漿，否則應進行沖孔或掃孔，再恢復灌漿。④灌漿注入率大時，宜采取低壓、限流、限量、間歇、改用速凝漿液等技術(shù)措施處理。⑤灌漿過程中，灌漿壓力或注入率突然改變幅度較大時，應分析原因，及時采取有效措施處理。

4 結(jié)束語

硅溶膠灌漿施工過程中，左壩肩下游滲水點滲水量明顯減少，直至灌漿完畢，滲水點已不見滲水跡象，灌漿效果極為成功。施工實踐表明，新開水庫采用硅溶膠灌漿防滲是成功的，滿足設計要求，硅溶膠灌漿對于微小裂隙密集發(fā)育的強風化基巖具有較好的防滲效果，對于今后小型水庫除險加固具有一定的借鑒作用。