土石壩除險加固超薄防滲墻組合防滲技術(shù)研究建議

甄茂濤

安徽水利開發(fā)有限公司 安徽 蚌埠 233000

引言

超薄防滲墻是土石壩結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其防滲能力直接土石壩以及水利工程整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全，一旦發(fā)現(xiàn)其存在滲漏風(fēng)險時，必須及時進(jìn)行除險加固處理。因此在土石壩超薄防滲墻施工中應(yīng)積極應(yīng)用組合防滲技術(shù)，以全面提高超薄防滲墻的施工質(zhì)量效率以及防滲性能，降低施工成本。本文將結(jié)合某水利工程項目土石壩除險加固施工實(shí)踐，重點(diǎn)針對振動沉模與高噴灌漿技術(shù)的組合應(yīng)用展開研究，以準(zhǔn)確把握超薄防滲墻組合防滲技術(shù)原理以及各項施工技術(shù)要點(diǎn)，并對超薄防滲墻組合防滲技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行分析，以促進(jìn)土石壩加固防滲施工技術(shù)水平的進(jìn)步，為我國水利工程事業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 某土石壩水利工程概況

某水利工程為小型綜合性水庫，于1980年建成投產(chǎn)，土石壩為黏土心墻結(jié)構(gòu)，其壩頂以及壩基高程分別在593m以及561m左右，而最大壩高則為約31m。由于該水利工程建設(shè)年代較早，受當(dāng)時技術(shù)條件限制，壩體填筑材料標(biāo)準(zhǔn)相對較低，且未能對壩區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，導(dǎo)致水庫在建成后出現(xiàn)了滲漏問題，不僅對水庫容量產(chǎn)生了較大影響，且存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險。通過對該水庫土石壩工程的現(xiàn)場勘測以及實(shí)驗室分析發(fā)現(xiàn)，目前土石壩結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，無塌鼓以及明顯變形現(xiàn)象存在，不過壩體砌筑質(zhì)量存在嚴(yán)重缺陷，滲漏情況已經(jīng)較為嚴(yán)重，經(jīng)檢測滲漏量已經(jīng)達(dá)到1.2L/s左右。同時，在現(xiàn)場勘察中發(fā)現(xiàn)在下游壩坡分布有透水性較強(qiáng)的軟弱層，該區(qū)域壩體結(jié)構(gòu)存在進(jìn)一步位移變形的可能，因此必須對土石壩采取除險加固措施。

2 該水利工程土石壩超薄防滲墻除險加固方案分析

該水利工程土石壩的防滲心墻所在位置為強(qiáng)風(fēng)化巖石分布區(qū)，其深度達(dá)到了約2.8m。該區(qū)域的巖體結(jié)構(gòu)破碎，有發(fā)育節(jié)理裂隙存在，導(dǎo)致心墻的承載性能下降，壩體有了不規(guī)則性縫隙出現(xiàn)。同時由于該土石壩建成年代較早，對壩體填筑材料的均勻性要求相對較低，進(jìn)一步加劇了壩體滲漏情況。根據(jù)該土石壩的實(shí)際情況決定采用超薄防滲墻結(jié)合灌漿技術(shù)，以改善土石壩壩基的承載性和彈性模量，從而達(dá)到提高壩體防滲能力的目的。該水利工程土石壩壩高在31m左右，為滿足防滲墻必須在壩基與壩頂間實(shí)現(xiàn)貫穿的要求，對土石壩各種除險加固施工技術(shù)方案進(jìn)行了對比分析，最后決定選擇振動沉模以及高噴灌漿組合防滲技術(shù)進(jìn)行施工作業(yè)。

3 土石壩除險加固超薄防滲墻組合防滲技術(shù)分析

3.1 土石壩除險加固超薄防滲墻組合防滲技術(shù)研究

由于該水利工程的建成時間較早，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相對較低，且土石壩所在位置的地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在本次除險加固施工中采用的是振動沉模與高噴灌漿組合防滲技術(shù)，以適應(yīng)工程所在提取的地質(zhì)條件和防滲要求。其中高壓噴灌技術(shù)具有較好的適應(yīng)性，其防滲加固效果較好，不過技術(shù)應(yīng)用成本較高[1]。而振動沉模是一種經(jīng)濟(jì)性較高，且能滿足超薄防滲墻防滲施工要求的新型技術(shù)方法，通過這兩種防滲技術(shù)的組合應(yīng)用能夠在保證防滲效果的基礎(chǔ)上有效降低施工成本，提高工程的經(jīng)濟(jì)性。

3.1.1 土石壩振動沉模防滲技術(shù)分析。目前在土石壩的除險加固施工實(shí)踐中主要采用的是雙模板式新型振動沉模技術(shù)，其施工設(shè)備則主要由壓模以及注漿這兩大類設(shè)備構(gòu)成。在應(yīng)用振動沉模技術(shù)進(jìn)行防滲加固施工時，應(yīng)首先利用機(jī)械振動錘按照設(shè)計深度要求項目標(biāo)土層沉放A模板。之后應(yīng)在緊挨A模板出沉入B模板。當(dāng)A、B模板均沉放就位后，應(yīng)將漿液壓入灌注至A模板內(nèi)，且應(yīng)通過振動方式對A模板進(jìn)行提升。此時，施工人員應(yīng)沿防滲軸線方向啟動并前移步履式樁機(jī)，且應(yīng)將A模板再次壓入土層。隨后應(yīng)繼續(xù)將漿液灌注至壓入的B模板內(nèi)，且應(yīng)同樣一振動方式將B模板緩緩提升。在完成上述作業(yè)后，應(yīng)沿防滲軸線方向啟動并前移步履式樁機(jī)，最后將B模板再次壓入土層。施工人員應(yīng)重復(fù)上述施工流程，直至土石壩超薄防滲墻施工完成。

3.1.2 土石壩高壓灌漿防滲技術(shù)分析。在應(yīng)用高噴灌漿技術(shù)對土石壩進(jìn)行除險加固施工時，施工人員應(yīng)利用鉆機(jī)等設(shè)備完成鉆進(jìn)成孔作業(yè)，則應(yīng)按照設(shè)計深度將注漿管沉放到位，在注漿管上應(yīng)配置特制噴嘴，以便通過高速射流束對土體進(jìn)行沖擊以及切合作業(yè)。之后應(yīng)對土體進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌擾動，促使原地層結(jié)構(gòu)改變，從而以形成具有較高連續(xù)性、承載能力以及防滲性能的防滲墻體結(jié)構(gòu)。施工前應(yīng)開展現(xiàn)場試驗，以準(zhǔn)確確定各項工藝參數(shù)。同時應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)施工要求和設(shè)計圖紙準(zhǔn)確測方灌漿孔位置，且在測定后應(yīng)對定位樁進(jìn)行編號，并要明確標(biāo)示[2]。在鉆進(jìn)成孔作業(yè)中應(yīng)根據(jù)土石壩地質(zhì)結(jié)構(gòu)特制合理選擇鉆進(jìn)設(shè)備以及鉆進(jìn)方式，而在高噴臺車到位后應(yīng)對噴漿系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以確保噴漿系統(tǒng)能夠正常工作。完成試噴后應(yīng)將高壓水、水泥漿以及壓縮空氣輸送至噴射系統(tǒng)內(nèi)，以便可開展高壓灌漿作業(yè)。當(dāng)重噴作業(yè)完成，且漿液回灌達(dá)到施工平臺頂部位置時，應(yīng)及時進(jìn)行封孔。

3.1.3 組合防滲技術(shù)分析。新型振動沉模技術(shù)能夠滿足厚度在20cm以內(nèi)的超薄防滲墻施工要求，其防滲深度能夠達(dá)到20m左右，施工成本也相對較低，在土石壩防滲加固施工中具有一定的技術(shù)優(yōu)勢。但由于該土石壩部分滲漏區(qū)域的厚度已經(jīng)超過了20m，因此應(yīng)綜合應(yīng)用高噴灌漿技術(shù)，采取分段聯(lián)動組合方式進(jìn)行除險加固施工，從而全面提高土石壩的防滲性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3.2 土石壩除險加固超薄防滲墻組合防滲技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐分析

3.2.1 土石壩除險加固超薄防滲墻高噴灌漿技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。在該水利工程土石壩的除險加固施工中，對壩體高程574m～12.5m之間和壩基與3m以上相對不透水層之間的區(qū)域，采用的是高壓旋噴技術(shù)。施工人員應(yīng)將孔徑控制在90mm以上，且鉆孔之間的距離應(yīng)控制在0.8m到1.2m之間。在配置水泥漿時，其比重應(yīng)控制在1.4到1.5之間。灌漿過程中，施工人員應(yīng)將壓縮空氣壓力控制在0.6MPa到0.8MPa以上，灌漿量應(yīng)達(dá)到每分鐘70L到100L之間而泥漿壓力則應(yīng)達(dá)到35MPa以上，灌漿流量應(yīng)控制在0.8m3/min到1.2m3/min之間。在提升噴漿管是應(yīng)將速度控制在每分鐘6cm～12cm左右，在提升過程中如發(fā)現(xiàn)存在較為嚴(yán)重的漏漿現(xiàn)象時，可以將提升速度適當(dāng)降低[3]。同時，施工人員應(yīng)以360°擺角旋轉(zhuǎn)噴漿管，且轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在8r/m到10r/m之間。此外，在灌漿施工時應(yīng)確保灌漿向基巖內(nèi)的嵌入深度能夠達(dá)到3m以上，以便達(dá)到相對不透水的目標(biāo)層。根據(jù)該水利工程土石壩的實(shí)際情況，高噴灌漿施工應(yīng)采取三序加密方式，且間隔實(shí)踐應(yīng)不少于24h。施工單位應(yīng)指派專業(yè)技術(shù)人員加強(qiáng)對現(xiàn)場施工情況的監(jiān)督指導(dǎo)，如在施工過程中發(fā)現(xiàn)異常時，應(yīng)及時對相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對未達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的則應(yīng)采取復(fù)灌等處理方式。

3.2.2 土石壩除險加固超薄防滲墻振動沉模技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。根據(jù)該水利工程土石壩防滲墻結(jié)構(gòu)以及材質(zhì)特制，在應(yīng)用振動沉模及時進(jìn)行除險加固施工時，施工材料應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)黏土以及水泥等。在施工時應(yīng)在土石壩壩體中上部約20m出設(shè)置防滲板墻，且防滲板墻應(yīng)向壩肩左右兩側(cè)山體分別嵌入10m左右。在配制防滲漿液時，應(yīng)將普通硅酸鹽水泥、優(yōu)質(zhì)黏土以及水的配比控制在1∶0.3∶1，且應(yīng)將漿液比重控制在1.6以上。在應(yīng)用液壓高頻振動錘作業(yè)時，其振動頻率應(yīng)達(dá)到每分鐘1050次，且激蕩力應(yīng)控制在570kN。施工人員應(yīng)精確測放沉模位置，其誤差值應(yīng)控制在2cm以內(nèi)。在施工過程中應(yīng)設(shè)置作業(yè)平臺，且平臺寬度應(yīng)為6m。在設(shè)置漿液導(dǎo)向槽施工時，應(yīng)沿防滲墻軸線方向開挖，且其寬度應(yīng)為40cm，而深度則應(yīng)為60cm。施工人員應(yīng)準(zhǔn)確控制槽中心位置，其誤差值應(yīng)控制在5cm以內(nèi)。施工人員應(yīng)利用漿液泵進(jìn)行灌漿作業(yè)，且應(yīng)將灌漿量控制在每小時30m3。當(dāng)模板內(nèi)灌滿漿液后，應(yīng)以振動上拔方式將提升漿液泵，且提升速度應(yīng)控制在每分鐘2m到3m左右。在灌漿施工過程中，施工人員應(yīng)對模板傾斜度，以及灌漿間隔時間等進(jìn)行嚴(yán)格的控制。如發(fā)現(xiàn)在灌漿時存在冒漿以及漏漿等情況時，應(yīng)通過提高漿液濃度、限流以及嵌縫等方式及時進(jìn)行補(bǔ)救處理，以提高防滲板墻的防滲性能[4]。

3.3 土石壩除險加固超薄防滲墻組合防滲技術(shù)應(yīng)用效果

3.3.1 土石壩壩體壩基除險加固中高噴灌漿技術(shù)應(yīng)用效果分析。對于該水利工程土石壩采用了高噴灌漿技術(shù)進(jìn)行防滲加固施工的壩體下部、壩基以及基巖接觸帶等區(qū)域在施工完成后，通過現(xiàn)場鉆孔圍井壓水以及室內(nèi)芯樣檢測等方式對墻體的防滲性能以及墻體結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了檢測分析。在現(xiàn)場圍井鉆孔壓水檢測中，共設(shè)置了圍井4個，并采用開挖觀察方式檢驗防滲墻體的施工質(zhì)量。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，采用高噴灌漿技術(shù)施工的防滲墻體的有效墻厚達(dá)到了防滲技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且墻體具有較好的整體性和連續(xù)性，墻體搭接質(zhì)量符合施工要求。同時還通過現(xiàn)場注水試驗檢測了墻體的滲透系數(shù)，墻體滲透系數(shù)指標(biāo)在6.5×10-8到9.1×10-8之間，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。此外還對芯樣進(jìn)行了室內(nèi)試驗檢測，以確定防滲墻體的抗壓強(qiáng)度。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)各芯樣的抗壓強(qiáng)度均達(dá)到2.5MPa以上，且密實(shí)均勻，具有良好的完整性和連續(xù)性，有效解決了土石壩壩基的滲漏問題。

3.3.2 土石壩超薄防滲墻除險加固中振動沉模技術(shù)應(yīng)用效果分析。對于采用了新型振動沉模技術(shù)的土石壩壩體中上部區(qū)域采取了鉆孔取樣觀察與室內(nèi)檢測方式，對其施工質(zhì)量以及防滲效果進(jìn)行檢測分析。經(jīng)過對芯樣的觀察發(fā)現(xiàn)，防滲板墻具有良好的整體性以及連續(xù)性，形成了防滲帷幕結(jié)構(gòu)。而通過對芯樣的進(jìn)一步室內(nèi)檢測，測得各芯樣的抗壓強(qiáng)度均達(dá)到4MPa以上，滲透系數(shù)則均控制在1×10-7以內(nèi)，而破壞滲透坡降則達(dá)到了500以上，各項指標(biāo)參數(shù)均符合防滲技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。通過度各項檢測數(shù)據(jù)的分析可知，振動沉模技術(shù)能夠?qū)ν潦瘔螇误w內(nèi)的空洞以及裂隙等通道進(jìn)行有效充填，對于提高土石壩壩體的防滲性能以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性均有重要作用。

4 結(jié)束語

在水利工程土石壩超薄防滲墻的除險加固施工中，施工單位應(yīng)結(jié)合土石壩的實(shí)際情況，以及超薄防滲墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)積極應(yīng)用組合防滲技術(shù)，通過多種防滲施工技術(shù)的綜合應(yīng)用提高土石壩超薄防滲墻墻體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、防滲性能、連續(xù)性以及整體性，對土石壩壩體以及壩基內(nèi)部的滲漏通道進(jìn)行有效阻斷，提高除險加固施工質(zhì)量和效率，降低施工成本。同時，施工單位應(yīng)結(jié)合施工實(shí)踐經(jīng)驗加強(qiáng)對組合防滲技術(shù)的研究，大膽進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)，不斷拓展組合防滲技術(shù)的應(yīng)用途徑，推動我國水利工程建設(shè)事業(yè)的健康發(fā)展。