水利工程中水閘加固施工技術的實際應用

林健超 中山市堤圍管理中心

水利工程中水閘的使用范圍較廣，它肩負調節(jié)水資源、防洪的重要職責，是水利資源保護的核心基礎所在。水閘是水利工程重點建筑，其施工管理應當?shù)玫阶銐蛑匾暎c整個水利工程的安全性、日常運行都有緊密聯(lián)系。諸多研究證實，高壓噴射注漿法能提升地基強度和承載力，還能發(fā)揮出止水、防滲的作用，此次研究便深入分析該技術的應用情況，旨在為類似水利工程施工提供參考。

1.工程概況

中山市中順大圍東河水利樞紐水閘防滲加固工程（以下簡稱本工程），位于中山市中部，具體位置地處中順大圍岐江河東河口，外臨橫門水道（如圖1）。該工程由排水防潮節(jié)制閘、通航船閘和排澇泵站組成，是一個以防洪、防潮、排澇、灌溉、航運、沖污等功能為主的大型水利樞紐工程。水閘總凈寬150m，共10孔，設計過閘流量為1020m3/s，水閘雙向擋水，閘門采用平板鋼閘門，液壓式啟閉機開關，設計啟閉力2×40T。水閘底板為1.2 m厚鋼筋混凝土結構，分縫寬度34m。該水閘底板有不均勻沉陷，且有向兩側擴散的趨勢。水閘閘墩處的沉降量約42.0cm；此外，測定顯示閘孔略微傾斜，閘門止水老化、滑塊磨損嚴重（如圖2）。上述情況均嚴重影響到水閘工程安全性，當?shù)厮块T下發(fā)規(guī)范文件，并指出要采取規(guī)范、科學化的方式來進行水閘加固。

圖1 工程位置示意圖

圖2 閘門止水老化、滑塊磨損嚴重

通過分析多種加固技術的適用性、經(jīng)濟性，再聯(lián)合本工程實際建設條件，最終選擇用高壓噴射灌漿法加固[1]。

2.高壓噴射灌漿技術加固機理

2.1 加固機理

確定施工范圍后，選擇專業(yè)的鉆孔設備，嚴格按照施工技術方案鉆孔。待鉆出符合要求的孔洞后，將提前制備好的漿液用高壓噴嘴將其噴出，灌入至孔洞中（壓力施加約400MPa即可）[2]。在壓力作用下所噴射出的漿液能形成噴射流，在其巨大能量、快速的作用下，能迅速破壞土壤結構，讓上層的土層及顆粒進行分離，讓其他土壤顆粒和漿液混合并按規(guī)律排列。灌入的漿液會將所沖下的部分土體混合凝固，實現(xiàn)土體加固的作用。

2.2 技術優(yōu)勢

（1）所使用到的施工器具相對便捷、小巧，再加之施工限制小，技術人員能在簡單學習后便可操作。（2）鉆孔環(huán)節(jié)中可選擇某個孔洞來操作，不僅能簡化當前的施工程序，還能避免出現(xiàn)資源浪費，縮短施工時間。（3）灌漿的方式較多樣化，也可結合工程實際情況從不同角度將漿液灌注到土層中，運用價值較高，可用于水利水電、礦山、隧道、土建等多種工程項目施工中[3]。（4）利用此技術方法加固后，能明顯提升水閘工程的地基耐久性，提升工程建設質量。（5）注意在噴射漿液過程中有部分漿液會從土壤中溢出，此時要及時收集，以避免浪費。（6）成本低、材源廣、適用性強。

3.水利工程中水閘加固施工

3.1 加固施工要求

（1）噴管道要保持清潔，管內不可殘留雜質，以免影響噴射。當灌漿噴至頂部時，要落實對應操作要點。若處于較平區(qū)域施工，要觀察孔口是否有漿液回流，可持續(xù)噴射，直至孔口呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。（2）水、氣、漿三重管高壓噴射，是指基于施工規(guī)范下，按順序分別進行水、氣、漿的噴射，待漿液溢出后上提[4]。（3）施工要有規(guī)律，確保井然有序，并由專門的監(jiān)工監(jiān)理完成。（4）檢查氣嘴是否堵塞。準確設計噴射深度，并將噴射口置于對應位置。此環(huán)節(jié)非常關鍵，若計算的深度不準確、噴管位置不正確，亦或是深度不足，都可能導致施工技術無法達到理想要求，無法保障防滲質量，此時則要重新調整噴管位置。（5）嚴格做好施工前準備，利用先進儀器計算出鉆孔的位置，確保數(shù)據(jù)處于允許的誤差值內。機身要保持水平、機架要穩(wěn)定。（6）安排技術人員詳細記錄下鉆孔數(shù)據(jù)，且施工現(xiàn)場有監(jiān)理人員。（7）可采取磨盤鉆造孔法。按照相關技術要求來鉆孔，每間隔5min可進行一次測試，持續(xù)時間盡可能延長，且測試也同步進行。若存在誤差及時調整，確保鉆孔正常進行。

3.2 加固施工流程

3.2.1 鉆孔

首先將機器對準鉆孔，借助于水平尺來調整機身、機架，鉆孔偏差范圍≤2cm。鉆孔應當滿足設計底高程要求。鉆進時，確保機器和地面間保持90°，偏斜率控制在1%內[5]。鉆進過程要詳細記載，終孔要由技術人員、監(jiān)理人員簽字確認，嚴禁擅自進行。造孔采取磨盤鉆孔法，孔深≥15m。通常先鉆進約5m，此時可用測斜儀進行測試，若發(fā)現(xiàn)孔斜率超出標準，先糾正。造孔時做好充填，確保泥漿正常循環(huán)，不斷反出至終孔，該流程結束。

3.2.2 下噴射管

下噴射管前，要先檢查噴嘴是否通暢，且方向要對準。將噴射管放置設計深度后，按照對應的方向噴射，確保不偏移，以提升防滲質量。為避免噴嘴阻塞，可低壓送水、氣、漿及下管施工并加大防護。未能下到要求孔深處，重新安置。

3.2.3 噴射灌漿

選擇1800雙嘴噴頭，將噴管下至設計深度，按照要求進行噴射（時間控制在3min內）。當漿液冒出后按照既定的提升、旋轉速度來轉動，同時將其提升到設計高度，停止噴射。在設計樁頂高程時提出噴管[6]。

3.2.4 清洗充填

噴射完畢清洗管路，以免殘留過多的渣滓，阻塞管道。高噴灌漿至設計頂部高程后，將噴頭提出后注射水泥漿，保障漿液高度。遵照“隨沉隨補”的原則，直到漿液不下沉。若工程所在地形較平坦，可開挖出深度為35cm左右的溝槽，并利用漿液填補。

3.2.5 灌漿施工

（1）噴射施工。按從上至下的方式不間斷地進行灌漿，若無法一次性完成灌漿、提升，可分次進行。（2）長樁高壓噴射施工。由于該工程項目中地基地質參數(shù)較為復雜，可能導致固結體均勻性差，繼而會影響最終的承載效果。因此必須重視此施工環(huán)節(jié)，在較深的土層噴射時，可適當延長時間，亦或是提升速度變慢[7]。（3）復噴施工。確保噴射技術參數(shù)恒定，若對相同土層多次噴射，能增加固結體長度、直徑，以實現(xiàn)增強其強度的目標。

3.3 加固施工技術要點

3.3.1 開挖施工要點

施工技術人員提前做好充分的考慮，制定預案方案。施工過程中也始終保持著嚴謹認真的態(tài)度，按照標準技術方案來操作。開挖施工過程中嚴格遵照相關指標要求，且選擇最佳的開挖地段，從高至低實施。當開挖過程中出現(xiàn)淤泥，技術人員要及時處理加以重視，以防止淤泥過度堆積后影響加固質量。（1）降低地下水位是開挖重要環(huán)節(jié)，經(jīng)大量研究證實，要將地下水位和開挖面間的舉例控制在0.5m內；（2）開挖過程要分層進行，按照具體步驟實施提升質量；（3）按照國家具體規(guī)定落實土方填筑，在清理好場地基礎上合理控制土方料的質量。

3.3.2 地基施工要點

施工技術人員要提前分析可能影響地基施工的不利因素，采取對策逐步消除。在此環(huán)節(jié)中常使用到“固結灌漿”法，準備水泥等施工材料后，采取梅花式灌漿。技術人員提前控制好灌漿的各排距、孔距，約3m即可，且施工過程中做好壓水試驗、爆破實驗等，驗證最終的加固效果。此外，要明確水泥的質量也會影響到加固效果。購買材料時要避免因顧及到經(jīng)濟效益而忽視質量問題。

3.3.3 混凝土施工要點

水閘加固施工技術會影響水利工程質量，在此過程中也常使用到混凝土材料。技術人員要確保材料滿足施工標準，配置比例合理，且攪拌混凝土時確?；旌暇鶆?，以發(fā)揮出其加固效果，保障水利工程質量。

4.水利工程中水閘加固施工質量控制

4.1 冒漿處理

當旋噴施工時，灌漿管管壁中可能有少部分的土壤顆粒隨著漿液冒出地面。此時注意觀察冒漿具體情況，并結合所搜集的地層資料信息分析，適當對旋噴的參數(shù)加以調整。若冒出漿液量遠遠低于灌漿量的1/5，此時可看作是正常情況。若超出此范圍則及時找出原因，并采取措施。通常在不變更注漿量的情況下，若發(fā)現(xiàn)注漿壓力降低，此時可檢查各部位的泄露情況，必要時可將注漿管拔出，檢查密封性。若不冒漿或斷斷續(xù)續(xù)冒出，由于該工程土質較松軟，可看作正常情況，復噴即可。若周圍有空洞、通道，仍然持續(xù)性灌漿，待冒漿后拔管。當有大量漿液冒出時，可采取以下措施來減少漿量。（1）加大噴射壓力。（2）縮小噴嘴孔徑。（3）加快提升、旋轉速度。

4.2 防縮工藝

將漿液和土壤顆?；旌暇鶆蚝?，由于漿液會析水，此時固結體頂部可能有“凹穴”，不同地層特征，凹陷深度也有所差異。通常情況下，固結體噴射長度10m，凹穴深度約0.3～1.0m。深度較小時，可選擇用單管旋噴法處理，若深度較深，則選擇用二重管，亦或是三重管旋噴。此問題的出現(xiàn)可能危及到加固效果，例如使地基無法完全貼合建筑基礎，亦或是有“脫空”現(xiàn)象，為此要及時處理。具體可利用超高旋噴的方式，當漿液凝固前，回灌冒漿并振實，或二次灌漿[8]。

4.3 提高樁身強度工藝

單管分噴、多重管施工具體步驟包括兩步，分別為（1）高壓切割；（2）中壓灌漿；切割完畢后注漿孔內常存留許多泥漿，此時利用中壓灌漿法，能提升固結體的強度。此方法能切實提高樁身強度，但不足之處在于施工時間較長，且細節(jié)較多，整個過程中需要對相關技術參數(shù)嚴格控制。例如在高壓切割過程中，要確保樁徑、灌漿量、泥土置換率等參數(shù)都合理；此外完成上述過程后要做好補漿工作。這是由于水泥可能存在收縮離析現(xiàn)象，為防止樁身斷裂，在注漿后的2h內及時補漿。

4.4 強化監(jiān)理、定期檢查

首先，施工團隊要制定出合理的監(jiān)督檢查機制；確保各細節(jié)的落實；其次，將監(jiān)理工作滲透到工程施工的各個環(huán)節(jié)中，對施工時間、施工步驟、施工水平全方位進行監(jiān)督管理，確保工程按質按量完成。最后，做好定期檢查。水閘加固施工團隊要在施工期間、施工后做好定期檢查工作，所有檢查人員均具備較高專業(yè)素質和豐富實踐經(jīng)驗，及時排查水閘加固施工存在的問題并解決。

5.小結

綜上所述，本次以中山市中順大圍東河水利樞紐水閘防滲加固工程為例，分析高壓噴射灌漿的加固原理、技術優(yōu)勢。隨后重點闡述利用該技術加固的要求、施工流程（鉆孔、下噴射管、噴射灌漿、清洗充填）、技術要點等等。相信按照施工規(guī)范下實施相關技術操作，必定會提升施工質量并達到預期加固效果。