中小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固灌漿防滲處理技術(shù)
——以沙田水庫(kù)為例

李靖 廣州市宏濤水務(wù)勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司

1.灌漿防滲技術(shù)概述

1.1 原理和目的

灌漿是一種較為常見(jiàn)的防滲透技術(shù)，在水利工程中灌漿技術(shù)的使用更為普遍。灌漿時(shí)，采用的漿液為防水表現(xiàn)較好材料調(diào)配，調(diào)配填充工程材料全部空間后，即能顧避免外界的水深入原本的工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中。灌漿技術(shù)調(diào)配使用的材料對(duì)灌漿的效果能夠產(chǎn)生較大的影響，漿液凝固速度過(guò)慢對(duì)加固的效果以及變現(xiàn)能夠造成影響，漿液凝固速度過(guò)快可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間無(wú)法填充或不同區(qū)域之間發(fā)生脫節(jié)的情況。選用合適漿液的情況下，同樣需要采用加壓的設(shè)備采用加壓噴灌的形式，高壓設(shè)備能夠使得灌注的漿液直接進(jìn)入結(jié)構(gòu)深層區(qū)域，以此能夠改善噴灌的效果。采用灌漿技術(shù)對(duì)水壩等進(jìn)行加固，能夠避免由于滲水導(dǎo)致的松動(dòng)、垮塌等情況出現(xiàn)，能夠有效提高壩體的穩(wěn)定性，并降低壩體變形的概率，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)使用時(shí)間的目的[1]。

1.2 灌漿壓力控制

使用灌漿技術(shù)加固水壩時(shí)，需要對(duì)加壓的壓力進(jìn)行更為準(zhǔn)確的控制。灌注時(shí)壓力過(guò)低可能造成灌漿的位置達(dá)不到預(yù)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的灌漿；壓力過(guò)高則可能在灌漿過(guò)程中造成結(jié)構(gòu)體的損傷，導(dǎo)致灌漿技術(shù)本身影響到壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在水庫(kù)壩體施工當(dāng)中，壩體的基礎(chǔ)部分一般情況下縫隙更大，且結(jié)構(gòu)深處同樣存在部分孔隙，因此壩體基礎(chǔ)部分加壓的壓力相對(duì)最高。但實(shí)際施工作業(yè)過(guò)程中，大部分情況下灌漿并不會(huì)采用較高的壓力，主要原因在于高壓灌漿能夠?qū)е旅皾{的情況且同時(shí)可能導(dǎo)致灌漿區(qū)域的劈裂等情況。實(shí)際施工過(guò)程中，一般情況下灌漿的壓力需要控制在0.1kPa左右。灌漿作業(yè)的目的在于避免水庫(kù)壩體的滲漏，保持壩體的穩(wěn)定性，灌漿時(shí)壓力過(guò)大則能夠直接影響到壩體的穩(wěn)定，因此在施工中應(yīng)當(dāng)采用灌漿-檢測(cè)-二次灌漿的措施，取代壓力較大的一次作業(yè)，避免對(duì)壩體造成破壞。

1.3 灌漿材料選擇

用于水壩加固的漿液，需要滿(mǎn)足水壩防滲的基本需求。水庫(kù)的壩體與其他的工程不同，由于長(zhǎng)期處于水下，因此浸水的情況并非偶然性現(xiàn)象，而是長(zhǎng)期以及持續(xù)性的問(wèn)題。因此水庫(kù)壩體使用的灌漿材料，應(yīng)當(dāng)避免存在滲水風(fēng)險(xiǎn)的材料，如直徑相對(duì)較大的砂，由于依然存在一定的滲水可能，因此在壩體灌漿過(guò)程中應(yīng)當(dāng)避免使用[2]。

水庫(kù)壩體灌漿加固時(shí)，一般漿液的主材料應(yīng)當(dāng)選用粘土。粘土的優(yōu)勢(shì)在于其具有更為突出的防水效果，即便完全浸水的情況下同樣不會(huì)出現(xiàn)透水的問(wèn)題。同時(shí)粘土使用年限較長(zhǎng)的情況下，同樣能夠維持性質(zhì)的穩(wěn)定，不會(huì)由于水流的影響發(fā)生明顯的改變。與粘土同時(shí)使用的砂，含量需要控制在10%以?xún)?nèi)，避免影響漿液總體的防水效果。砂的選擇方面，一般應(yīng)當(dāng)選用直徑在0.25mm以?xún)?nèi)的細(xì)砂。

2.灌漿技術(shù)實(shí)例應(yīng)用

2.1 工程介紹

沙田水庫(kù)于1956年10月竣工，運(yùn)行多年以來(lái)，認(rèn)真按審定的調(diào)度規(guī)程和運(yùn)行管理制度，結(jié)合工程的實(shí)際情況合理調(diào)度運(yùn)用，確保了大壩安全。

運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)危害大壩安全的隱患進(jìn)行了一些治理，但由于管理設(shè)施落后、資金有限等原因，相應(yīng)配套設(shè)施不完善，使險(xiǎn)情仍未徹底根除，如：主壩壩肩滲漏，輸水涵管存在混凝土輕微剝蝕，閘門(mén)止水失效，漏水嚴(yán)重，啟閉設(shè)備操作不便等。歷年來(lái)，水庫(kù)一直限制蓄水，影響了水庫(kù)效益的充分發(fā)揮。另外，大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施失效。

2.2 工程當(dāng)前實(shí)際問(wèn)題

本文所述工程，由于使用歷史相對(duì)較長(zhǎng)，因此目前已經(jīng)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面[3]。

（1）東西壩防浪墻及防護(hù)墻局部均有裂縫，大壩存在不均勻沉降；迎水坡混凝土護(hù)面表面平整，局部有裂縫，有連通裂縫；壩腳干砌石排水棱體外觀完整。

（2）溢洪道邊墻、底板局部有裂縫；溢洪道現(xiàn)狀為單孔（凈寬17m），控制閘門(mén)止水存在老化；控制設(shè)施啟閉機(jī)及電機(jī)設(shè)備老化，屬于淘汰產(chǎn)品。

（3）輸水涵啟閉設(shè)備老化，拉桿存在銹蝕；閘門(mén)設(shè)備形式老舊，無(wú)法完全關(guān)閉；舊涵洞段大部分管身內(nèi)部沖蝕嚴(yán)重，有碎石裸露，局部出現(xiàn)混凝土剝落，并有局部存在較為嚴(yán)重的開(kāi)裂滲水情況，存在一定安全隱患。

（4）大壩未設(shè)置位移、變形等觀測(cè)設(shè)施，安全監(jiān)測(cè)設(shè)備不完善，已有滲流觀測(cè)設(shè)施已廢，無(wú)法正常使用。

（5）配電房和部分生產(chǎn)生活用房現(xiàn)狀老舊，墻面、地面老化嚴(yán)重，門(mén)窗破舊、屋面漏水。

圖1 壩體當(dāng)前實(shí)際情況

2.3 加固工程施工內(nèi)容

本文所述工程包括如下基本施工內(nèi)容：（1）大壩充填灌漿加固；改建大壩上游面護(hù)坡；修復(fù)現(xiàn)狀防浪墻和護(hù)墻，更新現(xiàn)狀路燈；壩頂路面、景觀升級(jí)改造；順接混凝土路面。（2）溢洪道：改建溢洪道水閘1座；配電房裝修整飾1座。（3）改建輸水涵及啟閉設(shè)備，并結(jié)合改建的輸水涵對(duì)輸水涵出水渠進(jìn)行改造。（4）完善大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[4]。

本文所述工程的具體施工情況如圖2所示。

圖2 加固工程平面布局

3.加固工程施工需求規(guī)范

3.1 施工勘測(cè)需求

壩體灌漿，尤其本文所述多壩體在灌漿作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同壩體、不同分段的實(shí)際情況確定施工的標(biāo)準(zhǔn)以及施工具體方案。施工方案確定前的勘測(cè)階段，對(duì)保障灌漿的有效性以及穩(wěn)定性能夠產(chǎn)生重要的影響。前期勘測(cè)工作，應(yīng)當(dāng)根據(jù)如下基本原則展開(kāi)：（1）根據(jù)不同大壩，分別展開(kāi)勘測(cè)，每個(gè)大壩必須對(duì)壩體進(jìn)行基本的分段，根據(jù)每段的不同情況進(jìn)行系統(tǒng)性勘測(cè)。（2）確定灌注孔位置時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用單排的形式，在灌漿作業(yè)過(guò)程中同樣應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照順序完成灌漿作業(yè)。（3）灌漿時(shí)，應(yīng)當(dāng)由孔的底部開(kāi)始，必須保證孔全部灌滿(mǎn)。（4）單次灌漿作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)灌漿的總量以及深度進(jìn)行控制，避免單次灌入漿液總量過(guò)多，作業(yè)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)以“少量多次”為基本的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

總體施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照開(kāi)孔、制漿、灌漿以及封孔的順序進(jìn)行。確定施工方案時(shí)，對(duì)上述作業(yè)流程必須進(jìn)行明確的規(guī)定以及要求。在前期準(zhǔn)備過(guò)程中，同時(shí)應(yīng)當(dāng)按照規(guī)定完成如下工作內(nèi)容：

（1）鑒于灌漿使用作業(yè)對(duì)時(shí)間的要求相對(duì)較高，因此在施工準(zhǔn)備階段必須保證施工所需的人員、材料以及設(shè)備等全部已經(jīng)按照施工要求準(zhǔn)備完畢。在漿液制備相關(guān)設(shè)備的準(zhǔn)備方面，則應(yīng)當(dāng)考慮漿液制備位置與灌注點(diǎn)之間的距離，在減少漿液運(yùn)輸次數(shù)的情況下，保證灌注使用的漿液具有較高的穩(wěn)定性且處于適合灌注的狀態(tài)。采用機(jī)械進(jìn)行縱向運(yùn)輸?shù)氖┕がF(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)需要根據(jù)縱向運(yùn)輸?shù)木嚯x對(duì)漿液的配比進(jìn)行調(diào)解。

（2）灌漿的整體過(guò)程應(yīng)當(dāng)在監(jiān)測(cè)下完成，使用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的設(shè)備能夠保證灌注發(fā)生問(wèn)題時(shí)能夠第一時(shí)間解決。監(jiān)測(cè)的位置應(yīng)當(dāng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)視灌注的情況，為保證監(jiān)測(cè)有效應(yīng)當(dāng)在正式施工前進(jìn)行預(yù)先的實(shí)驗(yàn)，用以判斷監(jiān)測(cè)位置是否準(zhǔn)確。

3.2 灌漿施工需求

（1）制孔。制孔階段，應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行水平線(xiàn)的測(cè)定，明確灌注孔應(yīng)當(dāng)遵循的水平線(xiàn)位置，在此基礎(chǔ)上根據(jù)灌注開(kāi)始以及結(jié)束的位置，確定兩端孔，并以?xún)啥丝鬃鳛閰⒄沾_定其他孔的位置。開(kāi)孔應(yīng)當(dāng)遵循“先疏后密”的基本原則，所有固定位置的孔全部確定后，才能夠進(jìn)行后續(xù)所有灌注孔的開(kāi)孔作業(yè)。單側(cè)面的開(kāi)孔全部完成后，應(yīng)當(dāng)對(duì)開(kāi)孔的直徑以及深度等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，確定無(wú)誤后方能夠進(jìn)行另一側(cè)面的開(kāi)孔。

（2）漿液加工。制漿應(yīng)當(dāng)采用濕法制漿技術(shù)，以便對(duì)漿液的密度進(jìn)行更為準(zhǔn)確的控制。制漿整個(gè)過(guò)程中，制漿設(shè)備應(yīng)當(dāng)始終處于開(kāi)啟狀態(tài)。漿液支配完成以及漿液使用前均需要對(duì)其密度進(jìn)行檢測(cè)，兩次檢測(cè)漿液密度均應(yīng)當(dāng)達(dá)標(biāo)才能夠用于灌漿。根據(jù)漿液質(zhì)量控制的基本要求，壩體灌漿使用的漿液每立方米應(yīng)當(dāng)控制在1.3g到1.5g范圍內(nèi)。整體質(zhì)量檢測(cè)符合上述標(biāo)準(zhǔn)后，制配的漿液才能夠使用[5]。

（3）灌漿。正式開(kāi)始灌漿作業(yè)前，應(yīng)當(dāng)對(duì)所有參與作業(yè)的人員進(jìn)行技術(shù)交底以及必要的技能培訓(xùn)，所有參與灌漿的作業(yè)人員均應(yīng)當(dāng)具備基本的作業(yè)能力，能夠?qū)酀{的質(zhì)量進(jìn)行較為準(zhǔn)確的判斷，且灌漿過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)應(yīng)當(dāng)能夠初步判定問(wèn)題出現(xiàn)的原因以及通過(guò)怎樣的措施能夠快速解決問(wèn)題。所有孔灌注的總體過(guò)程、灌注中是否出現(xiàn)問(wèn)題、灌注的次數(shù)以及每次灌注的表現(xiàn)等，均應(yīng)當(dāng)以書(shū)面的形式進(jìn)行記錄，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工控制以及管理人員確認(rèn)后，現(xiàn)場(chǎng)記錄的材料才具備有效性。灌漿作業(yè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)由上游的水壩開(kāi)始進(jìn)行灌漿作業(yè)，按照由上游到下游的順序完成全部作業(yè)才能夠保證灌漿的防水有效。

（4）封孔。封孔進(jìn)行前必須對(duì)灌注的質(zhì)量進(jìn)行全面檢測(cè)，檢測(cè)確定灌注質(zhì)量合格后才能夠進(jìn)行封孔作業(yè)。檢測(cè)時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)灌注孔的外觀進(jìn)行檢查：灌注孔的部分灌注是否達(dá)到了全部灌滿(mǎn)的基本要求；灌注孔外部是否較為均勻，是否存在明顯的蜂窩或者其他表示灌注孔灌注不均勻的現(xiàn)象；灌注孔是否存在明顯的裂痕等影響安全性的狀況。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定灌注的漿液未發(fā)生“吃漿”情況時(shí)，則能夠斷定灌漿已經(jīng)基本達(dá)到預(yù)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)三次檢測(cè)確定未出現(xiàn)吃漿情況后，即能夠進(jìn)行封孔。封孔材料同樣需要具備較高的防水性能，且能夠保持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定，因此封孔材料一般應(yīng)當(dāng)選擇稠漿或者粘土泥球。

3.3 質(zhì)量檢測(cè)

灌漿過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)每一個(gè)孔的灌漿效果進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢查；壩體灌漿完成后，需要對(duì)灌漿的效果進(jìn)行整體的檢測(cè)。檢查每個(gè)孔灌漿質(zhì)量的目的在于判斷能否按照計(jì)劃進(jìn)行下一步的操作，整體檢查則能夠作為施工是否符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、能夠視作施工完成的最終標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)壩體灌漿加固的要求，灌注過(guò)程中應(yīng)當(dāng)分別檢測(cè)每個(gè)孔漿液的質(zhì)量以及使用改配比漿液進(jìn)行灌注時(shí)，是否存在持續(xù)性的問(wèn)題。無(wú)任何顯著性問(wèn)題的情況下，才能夠進(jìn)行灌注作業(yè)。灌注作業(yè)全部完成后，則應(yīng)當(dāng)通過(guò)如下的標(biāo)準(zhǔn)判斷是否能夠認(rèn)定工程完成：壩體內(nèi)部灌注泥墻的厚度是否達(dá)到預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、泥墻的密度是否符合施工規(guī)范、泥墻是否保持均勻以及灌注是否達(dá)到連續(xù)的要求，同時(shí)灌注完成后應(yīng)當(dāng)檢測(cè)壩體滲漏的情況是否達(dá)到改善，以及改善的效果是否達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)[6]。

檢測(cè)過(guò)程中，要求檢測(cè)人員根據(jù)施工要求在灌注完成后對(duì)壩體的情況進(jìn)行初步的檢測(cè)，并記錄所有檢測(cè)相關(guān)的數(shù)據(jù)。灌注加固完成1年后，則應(yīng)當(dāng)再一次對(duì)當(dāng)前壩體的滲漏情況進(jìn)行檢查，判斷壩體通過(guò)灌漿加固是否有效避免滲透的情況。本次檢測(cè)項(xiàng)目與初次檢測(cè)的項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)一致，且檢測(cè)完成后應(yīng)當(dāng)對(duì)比兩次檢測(cè)的結(jié)果，判斷對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)是否發(fā)生明顯的變化，當(dāng)數(shù)據(jù)變化明顯超過(guò)正常范圍時(shí)，則應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步檢查明確造成數(shù)據(jù)偏差的原因。且本次檢查應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)壩體外觀檢查明確灌漿是否在后續(xù)階段導(dǎo)致壩體的變形或開(kāi)裂。

4.結(jié)語(yǔ)

任何水庫(kù)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，水庫(kù)尤其是水體壩體部分均會(huì)發(fā)生一定的變化，水庫(kù)壩體變形較為嚴(yán)重時(shí)，甚至可能出現(xiàn)大范圍以及較為嚴(yán)重滲漏的情況，一旦水庫(kù)發(fā)生嚴(yán)重滲漏的情況，其水利工程的控制作用將出現(xiàn)嚴(yán)重下降的情況。水庫(kù)的加固以及防滲漏，應(yīng)當(dāng)以水庫(kù)的實(shí)際勘測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，采用適當(dāng)且有效的技術(shù)，在降低施工對(duì)水庫(kù)使用影響的前提下，滿(mǎn)足水庫(kù)加固以及防滲的基本需求。灌漿作為一種使用較為普遍的技術(shù)類(lèi)型，在防滲方面能夠發(fā)揮較為突出的效果，灌漿作業(yè)時(shí)，根據(jù)技術(shù)要求準(zhǔn)確完成作業(yè)才能夠保證施工的質(zhì)量。