聯(lián)合灌漿技術在大壩防滲加固中的應用實踐

曹德昭

(清遠市清新區(qū)龍須帶水庫管理所，廣東 清遠 511500)

1 工程概況

水庫工程等級為Ⅲ等，水庫大壩、輸水隧洞、溢洪道等主要建筑物為3級建筑物，次要建筑物為4級建筑物。水庫大壩為黏土斜心墻土石混合壩，設計洪水標準為100年一遇(P=1%)，校核洪水標準為 2000 年一遇(P=0.05%),水庫特征表詳見表1。溢洪道位于大壩右壩頭，為開敞式自由溢流堰。排沙泄洪洞為套鋼管和鋼筋混凝土襯砌隧洞。水庫金屬結(jié)構(gòu)設備主要為輸水隧洞的閘閥、垂直提升平板鋼閘門及手電兩用的QPQ2×40 t卷揚式啟閉機。入庫洪水資料詳見表2。

表1 水庫特征情況

表2 入庫洪水資料

2 工程防滲加固現(xiàn)狀

(1)兩壩肩局部壩基及260 m高程以上，局部填土(搶度汛部分填土)滲透性大，尤其右壩頭的滲漏比較嚴重。

(2)大壩迎水坡的護坡干砌石風化嚴重且極不平整。水庫上游庫岸由堅硬材質(zhì)的石灰?guī)r組成，間雜少量石英砂巖，滲透性微弱。壩址上游岸坡受水位陡降影響，裸露的基巖雖經(jīng)風吹日曬，但整體性較好，裂隙不發(fā)育，無斷層影響，邊坡自然穩(wěn)定性較好，不存在大范圍滑坡風險。但受地質(zhì)構(gòu)造影響，不排除部分區(qū)段受地質(zhì)應力影響，存在隱蔽性不穩(wěn)定裂隙和破碎構(gòu)造帶，當水庫水位發(fā)生驟變時，靜水壓解除后破壞原穩(wěn)定受力平衡局面，易形成局部潰塌，但這種地質(zhì)薄弱區(qū)面積不大，并與主體大壩存在一定距離，對安全管理影響不大，不會對水庫的安全生產(chǎn)和安全維護造成影響。2000—2001年進行安全鑒定工作。根據(jù)《廣東省清新縣龍須帶水庫安全鑒定綜合報告書》和省水利廳粵水管[2002]62號文件，龍須帶水庫大壩安全鑒定的類別為二類壩。

3 工程聯(lián)合灌漿加固

3.1 水利工程灌漿分類

(1)高壓噴射灌漿法。高壓噴射灌漿法是在工程施工面鉆孔，下置噴射管，將注漿管下到需要加固的工程隱蔽預定位置，然后，用高壓水泵或高壓泥漿泵(20～40 MPa)將水或漿液通過噴嘴噴射出來，利用噴射流束的沖擊力沖擊破壞土體，使土粒與漿液攪拌混合、凝固。形式有旋噴、擺噴和定噴三種，區(qū)別在于不同的噴嘴運動方式，影響凝結(jié)體的形狀和結(jié)構(gòu)[1]。該施工方式使用的設備簡單，工作效率高，同時，原料較廉價，并且搭接性好，最終工程防滲性能非常好，但是，這種施工方式對于地質(zhì)環(huán)境要求較高，若噴漿施工經(jīng)驗不足，會嚴重影響工程防滲效果。

(2)土壩壩體劈裂灌漿法。這種施工方法是利用壩體的應力分布規(guī)律，對其注入適當?shù)臐{液，利用灌漿壓力，使壩體沿著壩軸線的方向劈裂，同時，灌注符合工程要求的泥漿，形成連續(xù)的防滲墻壩體，對漏洞堵塞、軟弱層切斷、壩體防滲加固等具有顯著效果。該施工技術通過徹底打破壩體原有的應力不平衡，建立新的應力平衡，在其應力影響范圍內(nèi)，保持壩體的穩(wěn)定和安全。

(3)改良控制性灌漿法。隨著施工設備、灌漿材料的發(fā)展，對傳統(tǒng)的灌漿施工進行改進，將串冒漿問題降低到工程可接受的范圍內(nèi)。通過材料選型、技術選型、施工選型，在施工中控制漿液壓力與流量，提高施工質(zhì)量，同時，擴大灌漿的覆蓋區(qū)域，降低材料、人工損耗，提高企業(yè)經(jīng)濟收益。

3.2 灌漿施工

大壩聯(lián)合灌漿加固項目主要是上游圍堰區(qū)域改良性控制灌漿、邊坡支護(錨噴支護，使用預應力錨索加固，表面噴漿封堵圍巖，防止進一步風化破碎)、局部斷層處理(采用高壓灌漿)、壩基高壓噴射灌漿、壩基薄弱區(qū)域帷幕灌漿(添加高分子化學漿液，增加圍巖附著力)、探洞回填灌漿。表孔溢洪洞主要是錨噴加強支護、進口破碎區(qū)域固結(jié)灌漿、洞身隱蔽區(qū)域回填灌漿及洞身固結(jié)灌漿。

(1)噴射灌漿施工。根據(jù)《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范》(DL/T 5200—2019)相關要求，對于重要的、地層地質(zhì)條件較復雜或深度較大的高壓噴射工程中，應根據(jù)施工地質(zhì)特性、工程特性，合理選定代表性地層進行高噴灌漿現(xiàn)場試驗[2]。試驗宜采用單孔和不同孔排距的群孔進行，以確定高噴灌漿的方法及其適用性，確定有效樁徑(或噴射范圍)、施工參數(shù)、漿液性能要求、適宜的孔距排距、填體防滲性能等。在水庫大壩0+121.40～0+155.30段，按照1.0 m、1.2 m和1.4 m共3種規(guī)則孔距布孔進行試驗，每種孔距布孔5個，試驗深度均為24 m，共設置16個，試驗段總長18 m。結(jié)合現(xiàn)場試驗及對試驗區(qū)段抗?jié)B性能、防滲墻厚度等指標性能進行分析，最終確定高壓擺噴施工參數(shù)，見表3。

布置單排高壓擺噴灌漿孔，噴孔間距為1.4 m，在強風化花崗巖區(qū)域噴漿管插入深度3 m，以達到壩基相對不透水層，按照設置，間距1.4 m情況下，兩孔中心搭接間距為1.8 m。因此，采用三管法(樁徑為1.2～2.2 m)進行高壓擺噴射施工，按照折接形式布置擺噴灌漿孔。

表3 噴漿施工參數(shù)

擺噴灌漿監(jiān)測參數(shù)效果分析。大壩防滲加固工程竣工后，通過開挖直觀檢查噴射效果及墻體斜接情況，觀測情況表明：防滲墻樁間搭接良好，灌漿孔深、開孔位置和入巖深度均達到規(guī)范要求，板墻對接完好，成墻最小厚度>50 cm。使用圍井法和鉆孔法對壩基防滲墻體進行施工質(zhì)量檢查，按照每個施工單元工程布置3個檢查孔，每6個單元工程布置1個注水試驗圍井，檢測墻體強度和滲透系數(shù)，結(jié)果見表4。

表4表明：從高壓擺噴灌漿壩基防滲墻獲取的典型芯樣的抗壓強度為3.22～4.44 MPa，均大于規(guī)范要求(2.5 MPa)；滲透系數(shù)檢測值為0.96×10-6～4.22×10-6cm/s，均小于規(guī)范要求(9×10-6cm/s)。加固施工后，壩體與壩基滲漏情況得到明顯控制，防滲加固質(zhì)量滿足施工規(guī)范要求。根據(jù)在壩基強透水層埋深較淺壩段的滲漏檢測數(shù)據(jù)，得出滲漏量明顯減少，證明已經(jīng)有效處理了大壩壩基滲漏問題。

表4 檢測結(jié)果

(2)帷幕灌漿施工。通過工程經(jīng)驗和工程類比，確定帷幕灌漿孔排數(shù)和孔距，并借助現(xiàn)場灌漿試驗進行驗證，然后，確定灌漿孔和檢查孔的單位吸水率、單位耗灰量、漿液拌制時間、漿液密度、漿液的凝結(jié)時間等施工控制參數(shù)[3]。帷幕灌漿孔采用單排布置，設計孔距2.2 m，造孔深度控制在深入巖石相對不透水層下不小于5.0 m。帷幕灌漿施工軸線與混凝土防滲墻同軸設計，設計灌漿范圍為施工樁號灌0+000～灌0+200、灌0+800～灌0+980.5，長度380.5 m。

(3)回填灌漿施工?；靥罟酀{施工主要用于隧洞混凝土襯砌層的背后，尤其在斷層、巖溶洞穴、裂隙發(fā)育的地方。由于這類隱蔽工程施工困難，多會遺留下較大空隙。為改善受力條件，使混凝土層與圍巖緊密結(jié)合，需要有針對性地對空隙區(qū)域進行回填灌漿。

導流洞洞身頂拱130°范圍內(nèi)，按六角星型布置回填灌漿孔，孔距均為2.2 m，孔深誤差為深入錨噴混凝土內(nèi)5～10 cm。

采用鉆孔注漿法檢查回填灌漿質(zhì)量。即向孔內(nèi)注入水灰比2∶1的漿液，使用規(guī)定壓力0.5 MPa，若初始10 min內(nèi)注入量不超過10 L，即達到合格。

(4)固結(jié)灌漿施工。固結(jié)灌漿施工以減少內(nèi)外滲水量為目的，對巖體破碎圍巖區(qū)域進行加固，提高巖石的應力平衡能力。固結(jié)灌漿孔設計位置與回填灌漿孔相同，但比原回填灌漿孔加深至3.2 m，從隧洞兩頭向中間逐排或隔排推進。由于隧洞圍巖條件較好，裂隙不發(fā)育，漿液濃度可按照水灰比2.1∶1進行配置。

3.3 安全監(jiān)測

水庫大壩安全監(jiān)測采取人工與自動化相結(jié)合的方式，觀測項目包括：壩體外表；大壩表面變形如水平位移、沉陷量；壩體滲流監(jiān)測如壩體滲流壓力(測壓管水位)、滲流量；水文氣象監(jiān)測如水庫水位、降雨量、氣溫等。

大壩表面變形監(jiān)測點布置在大壩背水坡，水平位移觀測點和沉陷觀測點設置在同一基點上，共設6個測點。水平位移觀測采用視準線法，以大壩兩端的兩個工作基點所控制的視準線為基準來測量壩體表面標點的水平位移量；大壩沉陷觀測采用全站觀測儀，通過引測已知高程的起測基點，測出大壩壩體表面沉陷標點的沉陷情況[4]。

壩體滲流監(jiān)測的滲流壓力觀測點布置：迎水坡9個，背水坡3個，采用滲壓測壓管自記水位計觀測；壩體滲流量觀測點布置于背水坡壩腳，采用量水堰水位法自記水位計觀測。

觀測數(shù)據(jù)表明，水工建筑物未發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，水庫壩體的標高沉降、(水平、縱向)位移和水流滲漏均在工程允許范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)波動符合工程觀測規(guī)律并逐漸穩(wěn)定，水庫大壩、泄洪道等水工建筑物工程狀態(tài)良好、運行正常。

4 結(jié) 論

(1)對水庫進行大壩加固、輸水隧洞灌漿及進水口噴漿錨固、溢洪道加固等除險加固措施施工后，消除了各水工建筑物的安全隱患，增強了防洪抗災能力。

(2)在水庫大壩、水利隱蔽工程部位防滲加固工程領域采用聯(lián)合灌漿技術處理后，改善了圍巖應力分布，降低了河道滲水性。水庫大壩的抗?jié)B性和密實度數(shù)據(jù)較好，各項數(shù)據(jù)指標均滿足施工設計要求，實現(xiàn)了對龍須帶水庫大壩有效的防滲加固。