水庫土石壩帷幕灌漿施工處理策略

李美珍

（建水縣水電勘測設(shè)計(jì)隊(duì)，云南 建水 654399）

0 引言

水庫工程的建筑因?yàn)槌Ｄ晔芡獠凯h(huán)境腐蝕和水體侵蝕，對結(jié)構(gòu)會(huì)造成相當(dāng)嚴(yán)重的破壞，使得水庫工程易產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，滲漏情況的出現(xiàn)對工程的總體性能和安全將造成很大危害。所以在水庫堤壩施工中，防滲措施是工程關(guān)鍵組成部分，通過提高施工技藝的水準(zhǔn)，就可以提高工程基礎(chǔ)防漏水水平。而帷幕灌漿施工技術(shù)則是使用較廣泛的防滲工藝技術(shù)，利用鉆機(jī)完成鉆井，并且在孔隙中加入用水漿液固結(jié)的水泥體，可形成致密度很高的防水工程帷幕，從而提高基礎(chǔ)地層和大壩壩體防水滲漏水平。

1 帷幕灌漿施工技術(shù)基本概述

當(dāng)前國內(nèi)使用的帷幕灌漿成型技術(shù)大多是使用孔口封閉器卡塞的循環(huán)灌漿法，重點(diǎn)是對巖層洞穴、裂縫、裂隙等加以合理填補(bǔ)。在巖層中實(shí)行分期鉆進(jìn)，分期卡塞。使用多缸柱塞泵、口徑較小的鋼絲橡膠注漿成形管路，把各種泥漿灌注在裂隙和洞穴中。在帷幕灌漿成形工程施工建設(shè)中，有關(guān)人員要對工程建設(shè)地區(qū)的周圍環(huán)境加以全面探查。在實(shí)際情況基礎(chǔ)上提出可行性較大的施工方法，在工程建設(shè)上要在最佳地點(diǎn)鉆探帷幕洞。在施工上，要對注漿氣壓加以適當(dāng)調(diào)節(jié)。在一般情況下，灌漿壓力具有很明確的變化區(qū)域，在各種地質(zhì)環(huán)境中，灌漿壓力選擇程序具有很大區(qū)別。帷幕灌漿施工技術(shù)穩(wěn)定性較高，在工程建設(shè)中要對各種技術(shù)參數(shù)實(shí)施嚴(yán)格監(jiān)控，能提高水工項(xiàng)目建設(shè)的安全性。而帷幕灌漿的施工作業(yè)便捷程度也較高，在工程建設(shè)中根據(jù)建筑方案規(guī)定，在規(guī)定壩基巖性上實(shí)施鉆孔，所灌注的泥漿在凝結(jié)后，可形成穩(wěn)定性較強(qiáng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而構(gòu)成帷幕防滲體系，實(shí)際使用很廣泛。

2 水庫大壩防滲帷幕灌漿的施工流程

先對工程實(shí)行檢查、放線和鉆孔。鉆孔沖洗結(jié)束后，進(jìn)水口經(jīng)過水壓測試，混合漿液，完成注漿成形工藝，然后閉孔。在進(jìn)行生產(chǎn)孔帷幕灌漿施工前需進(jìn)行現(xiàn)場灌漿試驗(yàn)。帷幕灌漿結(jié)束后14d 還需進(jìn)行檢查孔壓水試驗(yàn)。

2.1 鉆孔

①在帷幕灌漿施工前，應(yīng)配備孔位測量和鉆孔機(jī)。為提高測試的精確度，布線和指導(dǎo)，輔助裝置如全站儀測量必須在正確使用過程中孔位測量。當(dāng)測試結(jié)束，電鉆也應(yīng)校正完畢，且鉆孔部位用油漆標(biāo)明。建造之前對鉆井平臺的確認(rèn)工作不容忽視。具體地說，鉆機(jī)應(yīng)該采用同一個(gè)水平進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保它滿足施工要求。固定完成后，要進(jìn)行全面檢查，不但包括鉆頭的可靠性和水平性，而且包括軸承、鉆頭與起重機(jī)能否處于同一水平面內(nèi)。②為鉆孔和鉆機(jī)之間安裝混凝土保護(hù)層。通常，由于灌漿廊道的混凝土強(qiáng)度不同，而整層的厚度差很大。所以，埋地管道深度宜限制在1～2m?？字泄茕佋O(shè)之前，先要把鋼筋扎進(jìn)洞中，再加入相應(yīng)數(shù)量的混凝土，然后進(jìn)入孔內(nèi)管，并改變其高度，使其澆筑期限大于3d[1]。

2.2 裂隙沖洗和水壓試驗(yàn)

灌漿前應(yīng)對灌漿孔周圍的裂縫進(jìn)行清理和吹掃，通常采用脈動(dòng)水壓的形式，并用高壓水對裂縫進(jìn)行吹掃。根據(jù)回水的清潔度判斷是否停止沖洗。沖洗壓力應(yīng)小于灌漿壓力，沖洗時(shí)間應(yīng)控制在15～20d。沖洗后，應(yīng)進(jìn)行簡單的水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)過程中，每5～6d 監(jiān)測一次水壓和流量，確保水壓試驗(yàn)符合相關(guān)技術(shù)文件的要求。

2.3 控制泥漿水灰比

注漿成型水灰比對帷幕灌漿的施工效率起重要作用。雖然水灰比濃度主要與灌漿壓力、灌注速度有關(guān)。但如果水泥灌注量大于300L 或填充時(shí)間大于30min，則灌漿壓力和效率并不會(huì)明顯改變。在這一點(diǎn)上，水灰比的濃度也可相應(yīng)提高，但通常應(yīng)采用低一級水灰比。當(dāng)灌注速度大于30L/min 時(shí)，也可依據(jù)注漿完成的實(shí)際情況調(diào)整等級。在灌漿工藝中，不時(shí)發(fā)生注漿成型的中斷情況，應(yīng)查明原因，采取有針對性的措施，灌漿作業(yè)應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，否則應(yīng)在灌漿施工前清理鉆孔。

2.4 制漿

制漿是帷幕砂漿澆筑的基礎(chǔ)，要求嚴(yán)格控制砂漿量。一般硅酸鹽材料主要用于灌漿材料。水泥材料必須按照設(shè)計(jì)文件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并要求參加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的樣品必須符合有關(guān)規(guī)定的條件。漿液混勻要進(jìn)行半分鐘以上，直到混合均勻，然后檢查漿液密度?；旌虾玫臐{液要貯存于5～40℃的環(huán)境中，灌漿施工應(yīng)在4h 內(nèi)完成[2]。

2.5 高壓噴射灌漿

灌漿過程中，主要調(diào)節(jié)灌漿速度和灌漿水量。通常情況下，砂漿注入速度在1L/h 之內(nèi)，停留時(shí)間控制在0.5h 之內(nèi)。灌漿后，應(yīng)封堵孔洞。最常見的方式為置換和加壓灌漿。灌漿孔的最大灌漿壓力與密封有關(guān)。封縫完畢后，待水泥凝結(jié)時(shí)，除去表層灰塵。灌漿洞的非灌漿部分的長度超過3m 時(shí)，有必要考慮機(jī)械注漿封孔方法來進(jìn)行封孔施工。注漿成型孔的未灌漿部分高度不足3m 時(shí)，可直接灌入用水泥砂進(jìn)行封孔處理。特殊情形下，若封孔處理涉及巖石段，可直接采用混凝土。至于壩段，則采用黏土進(jìn)行封孔處理。

3 土石壩帷幕灌漿施工處理技術(shù)

3.1 劈裂灌漿防滲技術(shù)

這種工藝是中國目前使用得比較普遍、防滲效果也比較好的一項(xiàng)工藝，其主要工藝原理是在土堤上進(jìn)行劈裂并注漿成型，再通過相應(yīng)的荷載，將壩體沿大壩軸線向小主力面劈開，傾注漿液，并與漿壩互壓，最終產(chǎn)生10～50cm 厚的連續(xù)泥墻，同時(shí)漿液與壩滲漏間斷濕化，產(chǎn)生沉陷收縮，從而提高壩滲的密實(shí)程度，因此這種工藝具有防滲效果。由于這種壩體應(yīng)力可就地取材，施工簡單，投入較省、工效快。在引進(jìn)的初期，主要技術(shù)要求是壩高在50m 以內(nèi)的均質(zhì)壩和寬心墻壩，并規(guī)定在最低水位進(jìn)行。但近年來，已逐步推廣到壩高50m 以上的土石壩。不但在最低水位可以進(jìn)行，在最高水位也可以進(jìn)行；不但能劈裂壩滲漏，還能劈裂大壩基礎(chǔ)；不僅用于在寬心墻壩進(jìn)行劈裂注漿成形，還可以在其他中心墻壩實(shí)施。另外，還可以逐步運(yùn)用于濕陷的黃土寬頂壩、沙壩上。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，在大壩地基的應(yīng)力場控制區(qū)域內(nèi)，在大壩心軸上也存在著一些鉛直的較小主應(yīng)力面，因此如果在大壩軸線布孔，并實(shí)施高壓注漿成形，就能夠達(dá)到定向劈裂，而且對建筑的漏水效應(yīng)也較好[3]。

3.2 高壓定向噴射灌漿防滲技術(shù)

該方法是在過去引進(jìn)日本高壓旋噴注漿成型法的技術(shù)基礎(chǔ)上改良而成，主要用于除險(xiǎn)庫大壩地基屋頂漏水，并達(dá)到較好的效果。近年來在現(xiàn)有成功經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)基礎(chǔ)上，又改進(jìn)材料、設(shè)備、噴射型式，以及進(jìn)行方法和有關(guān)的工藝方法。以前只進(jìn)行黏土、砂、細(xì)粒砂礫石層，但現(xiàn)在又有較新的發(fā)展，并逐步擴(kuò)展到強(qiáng)滲漏水的細(xì)砂卵石、沙卵漂石和堆石碴層中。但在這樣的土質(zhì)巖層范圍內(nèi)，使用螺旋鉆鉆孔進(jìn)尺較慢，而且過多地采用固壁漿液填充土質(zhì)巖層，加大澆注時(shí)能量的損耗，從而影響板壁的有效直徑和厚度[4]。目前比較先進(jìn)的方法是“沖擊帶管鉆孔，泥漿固壁提管”的造洞新方法，其主要好處是：①在土中成洞質(zhì)量保障高，孔斜率也易于控制；②固壁漿液不會(huì)盲目擴(kuò)散，因此降低高壓噴射的能量消耗，也增加漿液的穿透能力，從而增加成墻效果；③施工速度快；第四，設(shè)備損壞較小，鉆具損耗少。

3.3 壩工用土工合成材料技術(shù)

建筑工程施工的薄膜根據(jù)水力功能，可分成不滲漏的土工膜或土工復(fù)合膜，前者可作為建筑漏水載體，起截滲隔水功能；后者則可作為反濾料，起防滲排水逆濾功能。其質(zhì)量輕，運(yùn)輸量小，施工簡單，比傳統(tǒng)黏土建筑的滲漏與砂粒石料排滲節(jié)約費(fèi)用，減少時(shí)間，更容易提高施工效果[5]。該項(xiàng)工藝使用的典型例子，是設(shè)在福清縣的犁壁橋水電站，壩深38.3m，背水面邊坡長期出現(xiàn)大面積濕潤情況。后選用復(fù)合土工膜在土壩的迎水面邊坡做防滲層，總敷設(shè)規(guī)模為1845m2，周期30d，單位費(fèi)用為16 萬元/m2左右，相當(dāng)于采用黏土斜墻工程投入的1/3。其措施簡單，設(shè)備較少，普通民工就可以掌握，同時(shí)該防滲方案的材料柔韌性較強(qiáng)，既可滿足大壩變形，耐腐蝕，又有不怕老鼠、獾、白蟻等侵害的特性，處理后的蓄水工程經(jīng)過3 年汛期達(dá)到正常安全水平，又不存在濕潤情況，防滲成效顯著，實(shí)現(xiàn)預(yù)定目的。

3.4 振沖加固技術(shù)

由于中心墻的沙殼壩較多，在開挖時(shí)，對沙殼多不碾壓或碾壓得不密實(shí)，有的壩基上也存在大量細(xì)砂層，若未經(jīng)回填，或受外部的震動(dòng)沖擊，極易塌方。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，水壩損傷最劇烈的幾乎全是由地震所引起的。所以，防止土石壩的不完全液化已成為地震頻繁地區(qū)保證水壩穩(wěn)定的最關(guān)鍵一點(diǎn)。近年來，除以上壩腳拋石蓋重和上下游壩腳加固排水蓋重外，主要采取振沖法加固，一般水深高達(dá)15～30m，效益很高。內(nèi)蒙古紅山水庫土堤總高31m，坐落在水深40～60m 的覆蓋層上。堤體質(zhì)較好，覆蓋層上部24m 位置為極過篩細(xì)黏土或中砂黏土，相對密度為0.5～0.65[6]。近年來，對該大壩在Ⅶ級設(shè)防地震烈度作用下的穩(wěn)定性進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)在下游壩腳處壩基的液化現(xiàn)象，深度達(dá)到17m。通過對大壩基礎(chǔ)耐震性加強(qiáng)，保護(hù)原有的排水緩解壓井結(jié)構(gòu)，在其上用8m 高的堆石蓋重防止壩基液化現(xiàn)象。在上下游壩基土體中建立長20m、深10m 的振沖法加密帶以保證土堤及上下游邊坡的穩(wěn)定性，有利于提高振沖法加密區(qū)的穩(wěn)定性，需要在堆石蓋重區(qū)下部敷設(shè)抗濾層，并需要平整上下游灘地，以提高排澇能力。

3.5 壩基巖溶防滲技術(shù)

由于中國巖溶區(qū)域分布廣泛，所以壩區(qū)漏水問題嚴(yán)重，甚至無法蓄水。由于巖溶景觀的滲流量幅度很大，按一般混凝土灌漿已無法奏效。山東岸堤水電站，由于大壩基巖溶發(fā)育，壩基滲流率最大為0.167m/s，估算流量已超過10000m/d，已大大超出混凝土灌漿一般可容許的流量。通過反復(fù)實(shí)踐與探索，均獲得可喜的收獲，主要操作方法是：先向鉆孔內(nèi)拋填一級配料，并封閉滲漏管道，以降低滲漏流量，并形成反濾條件，級配料一般要按四級配置，即2～5mm、5～10mm、10～20mm、20～40mm，拋投后，前細(xì)后粗，徐徐投放，但不要車速太快，以防阻塞鉆孔，當(dāng)?shù)谝患壟淞峡偭窟_(dá)到1～2m3，鉆孔內(nèi)水位不上漲，孔底不淤同，即投放第二層級配料，當(dāng)拋填總量達(dá)到2～4m3時(shí)，因鉆孔內(nèi)水位和孔底淤泥而懸停，改拋第三層級配料，并一直拋到第四次級，若仍無法發(fā)揮封堵效果時(shí)，就應(yīng)擴(kuò)大鉆孔，并改為再拋更粗顆粒的40～80mm。當(dāng)粗級配料拋不進(jìn)去后，就應(yīng)由粗變尖反向拋填，一直拋到鉆孔量下降到200L/min，此時(shí)，就可進(jìn)行混凝土砂漿澆注，將混凝土砂漿按比例分成4等，大小依次是1:1、1:2、1:3、1:4，并按照常規(guī)要求進(jìn)行注漿成型，達(dá)到形成帷幕的目的，達(dá)到很好效果。

3.6 倒掛井防滲墻加固技術(shù)

采取單井施工方式，先挖主井，后挖副井，相互配合，可構(gòu)成整個(gè)混凝土防水滲漏墻結(jié)構(gòu)。它的好處是單井建設(shè)、土拱作用強(qiáng)、土壓小、施工安全度較高，而且由于單井工作量較小，相關(guān)設(shè)施也容易處理。但不足之處則是由于防滲墻焊縫較多，在副井建設(shè)時(shí)需要挖除與主井聯(lián)系部分水泥，施工比較麻煩，限制速度，而且也無法確保工程質(zhì)量。當(dāng)前，已在原有倒掛著單井防滲墻補(bǔ)強(qiáng)方法的基石上加以改進(jìn)與技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)行組井建設(shè)，分序建設(shè)，相當(dāng)于沖擊鉆溝孔式建設(shè)方法，先挖掘單號井組，后再挖掘雙號井組，構(gòu)成完整的混凝土結(jié)構(gòu)防滲墻。這個(gè)方式比單井施工澆筑方式減少焊縫，大大提高建筑施工速度。而且，還利用土拱的作用，施工安全，工程質(zhì)量更有保障[7]。

4 結(jié)語

綜上所述，在工程防滲帷幕灌漿實(shí)施過程中，不但包含許多環(huán)節(jié)，且由于施工工藝的煩瑣，結(jié)果實(shí)施品質(zhì)無法保障，嚴(yán)重影響工程的功能利用。所以，為提高帷幕灌漿的建筑施工質(zhì)量，應(yīng)確定建筑施工技術(shù)要領(lǐng)，嚴(yán)密監(jiān)控建筑施工的活動(dòng)，以達(dá)到施工作業(yè)的規(guī)范化，從而提高施工效益和產(chǎn)品質(zhì)量。確保整個(gè)大壩在施工過程中能順利完成，最終保證大壩的質(zhì)量安全。