探究水利工程除險(xiǎn)加固中的灌漿施工技術(shù)

趙猛

黃河河口管理局利津黃河河務(wù)局 山東 東營 257400

引言

水利工程建設(shè)對社會和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義非凡，特別是水庫大壩，能夠水力發(fā)電、防洪，提供農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、水運(yùn)和旅游開發(fā)建設(shè)等資源。水利工程的除險(xiǎn)加固直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)用水、生活用水、工業(yè)用水的正常供給，更是關(guān)乎防汛防災(zāi)的工作的功能和效果。受年代、工程質(zhì)量、氣候等多重因素的影響，仍有大量水利工程在帶“病”運(yùn)行，潛在威脅人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。灌漿施工技術(shù)具有安全性高、易施行、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以大大提高水利工程壩基的入滲穩(wěn)定性，而且對提高運(yùn)行安全系數(shù)以及生態(tài)、防洪和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢效果顯著。

1 水利工程除險(xiǎn)加固中灌漿施工的概述

灌漿施工原理是在填石壩基礎(chǔ)施工過程中，利用一定的壓力，向填石體內(nèi)部填充黏土漿。灌漿時(shí)，要控制灌漿壓力，施工要符合設(shè)計(jì)的壓力范圍。灌漿最重要的方法是控制施工壓力，使?jié){液能夠水力注入堆石料中，灌漿常采用低壓[1]。在灌漿施工中，如果水庫壩基較低，間隙較大，使用高壓灌漿可能會造成灌漿開裂，對壩基造成嚴(yán)重破壞。因此，要控制灌漿壓力，保證水利工程除險(xiǎn)加固工作的順利開展。

2 灌漿施工的作用

一是硬化作用。諸如水泥之類的材料可以與其他材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如，水泥可以與地下土層中的黏土等軟質(zhì)材料發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生比水泥和黏土更硬的“類巖體”，固化作用明顯[2]。二是壓密作用。漿液注入填石料時(shí)，對地層有一定的擠壓作用，漿液注入稍小的間隙，通過壓縮作用，壓縮間隙和裂縫，保證飽滿度和穩(wěn)定性。三是填充作用。漿液注入堆石后，可起到填充裂縫的作用，能更快地阻斷水流，提高層間隙的致密性。四是黏合功能。由于灌漿是凝膠狀的，具有很強(qiáng)的黏合性能。

3 水利工程灌漿施工技術(shù)要點(diǎn)

灌漿施工技術(shù)主要包括壓力控制、打孔操作等環(huán)節(jié)。灌漿法的原理是對巖壩施工中因壓力而產(chǎn)生的碎石裂縫進(jìn)行填充。壓力控制直接影響灌漿施工技術(shù)的應(yīng)用，因此施工人員使用壓力將灌漿推入開裂的縫隙。灌漿施工技術(shù)側(cè)重于處理壩基裂縫，提高壩基穩(wěn)定性。采用多次注漿作業(yè)，保證填土漿液從壩坡上被充分吸收，若有嚴(yán)重漿液，應(yīng)及時(shí)堵漏。灌漿工藝的優(yōu)化是施工技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)，首先，在灌漿工作中，必須安排好按順序打孔。優(yōu)化灌漿施工技術(shù)，發(fā)揮出良好的固化效果。在鉆孔工作中注意通過合理的檢測防止施工失誤，嚴(yán)格遵守施工原則與技術(shù)規(guī)范，進(jìn)一步強(qiáng)化水利工程的除險(xiǎn)加固工作。灌漿施工技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用，包括施工準(zhǔn)備和合理養(yǎng)護(hù)，都需要這些過程的標(biāo)準(zhǔn)化。在勘探工作中，要熟悉水利工程的施工流程，施工人員要明確壩基的高度和堆石的數(shù)量。灌漿施工前，應(yīng)選擇適合技術(shù)應(yīng)用條件的觀測位置，并記錄布置的數(shù)據(jù)信息。為提高灌漿的抗壓強(qiáng)度，應(yīng)對除險(xiǎn)加固的全過程進(jìn)行合理養(yǎng)護(hù)。施工質(zhì)量檢驗(yàn)可以保證加固工程的效果，工程質(zhì)量檢驗(yàn)可以選擇從上至下的方式，泥漿沿壩體軸線澆筑[3]。水利工程大都位于巖溶地質(zhì)區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，采用灌漿技術(shù)能夠提高地基穩(wěn)定性。

4 水庫和堤壩防滲的目的

4.1 防止?jié)B漏損失

如果水不受控制地從水庫或大壩的滲流通道中流出，輕者工程效益會減弱，在嚴(yán)重的情況下，水庫將無法蓄水。一些滲水大壩還可能將周邊建筑、農(nóng)田淹沒，會給國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失。嚴(yán)格來說，這就是對水資源的一種浪費(fèi)。然而，對于大多數(shù)水庫來說，輕微的滲漏是可以允許的。事實(shí)上，再好的防滲堵措施，也不可能使水庫或大壩做到滴水不漏。水通過巖石裂縫和土層空隙，在水流的作用下，壩基土壤首先沖刷出來，形成空洞，使?jié)B徑減小，水力坡度增大，入滲量進(jìn)一步增加。如果空洞侵蝕并延伸到壩底或壩體，最終會導(dǎo)致潰壩[4]。水的流動對通道介質(zhì)產(chǎn)生穿透力，降低土粒間的有效應(yīng)力，土的抗剪強(qiáng)度與其所承受的有效應(yīng)力有關(guān)。穿透力的存在和大小會對地基的承載能力和穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，無論是物理上還是化學(xué)上。上述現(xiàn)象多見于砂基地基、巖石裂縫、斷層、溶洞、泥質(zhì)夾層，但發(fā)生概率和擴(kuò)散規(guī)模減小，危害的程度也相對降低。

4.2 防止壩基失穩(wěn)

水庫、大壩中的水向外滲透，在滲透場中，水對巖土介質(zhì)施加兩個(gè)力。一種是在一定條件下可以去除粒狀顆粒并引起細(xì)化的穿透力，另一種是作用于孔隙界面的靜水壓力。潛水面以下的物體都會因物體排出的水的重量而減少?？紫端畨毫Σ粌H存在于水流動的地方，也存在于水完全靜止的地方?？紫端畨毫Φ漠a(chǎn)生不可避免地導(dǎo)致基礎(chǔ)構(gòu)件之間有效應(yīng)力的降低。這是因?yàn)?，在水充滿孔隙的地方，地基和置于其上的建筑物所施加的總載荷由中間骨架和孔隙中的水分擔(dān)。當(dāng)然，在地基總應(yīng)力一定的情況下，孔隙水壓力的增加必然會降低有效應(yīng)力。再者，由于孔隙水壓力在各個(gè)方向上具有相同的強(qiáng)度，它的增加不可避免地會使應(yīng)力場的3個(gè)應(yīng)力同時(shí)變?yōu)橄嗤闹怠＿@可能會對大壩和基巖的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。作用于壩底的孔隙水壓力通常稱為壩基抬升壓力，孔隙水壓力的存在不僅嚴(yán)重影響巖石的許多物理性質(zhì)，而且在許多現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動中起著關(guān)鍵作用，更重要的是，造成了許多大壩的事故和破壞?？紫端畨毫Φ脑黾右馕吨鴩鷫旱臏p弱和基質(zhì)間有效應(yīng)力的降低，從而使原本被壓縮的巖石裂縫和填充物松弛。所有這些都會增加地層的孔隙度，提高滲透率，增加壓應(yīng)變，降低凝聚力和內(nèi)摩擦角。

5 灌漿施工在水利工程除險(xiǎn)加固中的實(shí)施

5.1 前期準(zhǔn)備

首先，在籌備階段，各參建單位應(yīng)由專人對施工圖進(jìn)行多次詳細(xì)審核，然后召開專題會議，交流意見。如有爭議，應(yīng)結(jié)合實(shí)際場地條件和特點(diǎn)進(jìn)行研討。同時(shí)要注意協(xié)商時(shí)間，避免因規(guī)劃決策過長而耽誤工期。如果發(fā)現(xiàn)難以執(zhí)行的地方，需要及時(shí)與設(shè)計(jì)人員溝通。其次，在施工前對整個(gè)除險(xiǎn)加固工作進(jìn)行細(xì)致而詳細(xì)的勘察，將有助于提高注漿施工質(zhì)量，例如確定填石體間隙的大小，勘察除險(xiǎn)加固工作中可能存在的各種情況。這將有助于后續(xù)的注漿工作，如鉆孔、注漿等。灌漿所需的各種材料應(yīng)準(zhǔn)備充分，并充分考慮灌漿距離、泵容量等各種施工因素。對于一些不必要的問題，要及時(shí)做好施工人員的現(xiàn)場巡查管理，還要提前做好施工期間的交通情況。

5.2 打孔

注漿孔的位置應(yīng)根據(jù)要求合理設(shè)置，注漿孔間距設(shè)置在3m之間，并按順序擴(kuò)大。如有特殊情況需要調(diào)整孔位的，須先通知監(jiān)理工程師并取得專業(yè)判斷和施工許可后，方可施工，并記錄調(diào)整孔位的具體位置[5]。在對施工區(qū)域進(jìn)行清理平整后，需要設(shè)置好鉆架和鉆機(jī)，鋪設(shè)工程所需的相應(yīng)地坪，根據(jù)情況設(shè)置鉆孔平臺，并保持安裝好的鉆機(jī)穩(wěn)定。確保鉆機(jī)的電源、供電等設(shè)備正常穩(wěn)定，使施工快速順利完成。在此過程中，需要盡可能控制成孔方向，每個(gè)注漿孔都需要檢查孔斜度，具體實(shí)施步驟如下：每5m做一次斜角測量，表示孔的深度大于30m。每10m做一個(gè)斜角測量，表示孔的深度小于30m?？仔狈秶鷳?yīng)合理控制在離上層20m以內(nèi)。采取糾偏措施時(shí)，如果鉆孔的偏差值大于設(shè)定的最大允許規(guī)格值，應(yīng)進(jìn)行測偏操作，效果不達(dá)標(biāo)應(yīng)重新開孔。調(diào)整好孔向后，即可設(shè)置注漿段長度，誤差應(yīng)控制在30cm以內(nèi)。注漿施工方式通常分段進(jìn)行。鉆孔一序、二序孔為鋼管樁注漿孔，在基坑開挖中起支護(hù)作用，三序?yàn)樽{孔。在這些過程完成期間，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂坪蜏y試，以確保其滿足施工要求。

5.3 沖洗及水壓實(shí)驗(yàn)

鉆孔后，可使用水平校準(zhǔn)來驗(yàn)證鉆機(jī)底座是否符合工程規(guī)范的要求。鉆機(jī)固定后，應(yīng)進(jìn)一步檢查水平和穩(wěn)定性。一般情況下，每個(gè)孔段鉆孔完成后，要進(jìn)行鉆孔沖洗作業(yè)，用壓力水沖洗裂縫位置，沖洗時(shí)間至少應(yīng)為30min，沖洗壓力保持在1MPa以下。正常情況下，試壓作業(yè)在裂隙沖洗作業(yè)之后進(jìn)行。

5.4 灌漿材料的選擇及漿液制作

進(jìn)行灌漿時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)和規(guī)范要求選擇灌漿材料，通常在填筑水庫壩基時(shí)采用重粉質(zhì)的黏土材料，黏土材料的主要成分是粉砂粒。開挖作業(yè)完成后，下一步就是將泥漿注入填石縫隙中，在制漿過程中，必須嚴(yán)格控制泥漿的成分和濃度，以免影響泥漿的質(zhì)量。

5.5 灌漿

灌漿前，及時(shí)對每個(gè)環(huán)節(jié)的額要點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)管，確保灌漿機(jī)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。為保證注漿工作的順利進(jìn)行，施工作業(yè)應(yīng)按設(shè)計(jì)方案分步進(jìn)行，堆石填筑按照從上到下的順序進(jìn)行。

5.6 封孔

水利工程除險(xiǎn)加固灌漿完成后，要及時(shí)將填好的孔封堵。在封孔過程中，必須采用置換或壓力注漿等封堵方法，以達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)過程要規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)，按時(shí)詳細(xì)記錄，確保漿液不出現(xiàn)泄漏、溢出等現(xiàn)象。當(dāng)壩坡出現(xiàn)冒漿時(shí)，需要開挖回填，同時(shí)改變原有灌漿方式，整個(gè)灌漿過程要分流，多次灌漿作業(yè)，待壩坡灌漿填充物充分吸收；壩基底部發(fā)生冒漿時(shí)，應(yīng)將壩基底部冒漿通道填滿堵住，所間隔的灌漿時(shí)間和灌漿量應(yīng)有效控制單次灌漿。如果封孔時(shí)出現(xiàn)冒漿，說明灌漿已達(dá)到飽和，停止灌漿封堵即可。在風(fēng)險(xiǎn)排除加固過程中，要進(jìn)行合理的維護(hù)保養(yǎng)，避免不必要的設(shè)備損失。相關(guān)研究結(jié)果表明，高流動性水泥漿在水利工程建設(shè)中往往具有較好的除險(xiǎn)加固效果，因此應(yīng)更明確地選用高強(qiáng)度漿料來確認(rèn)材料的漿料流動性。此外，在進(jìn)行合理養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)具體確定施工設(shè)備的運(yùn)輸難度[6]。

5.7 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

施工質(zhì)量檢驗(yàn)可以保證加固施工的效果，填漿完成后，應(yīng)仔細(xì)檢查漿料的整個(gè)施工過程，施工質(zhì)量主要應(yīng)嚴(yán)格檢查以下幾個(gè)方面：在整個(gè)注漿過程中，可逐級檢查注漿處理情況，主要用于前期勘探、鉆孔、制漿、注漿和封孔的質(zhì)量控制和檢測，以及注漿施工結(jié)束后在壩體內(nèi)進(jìn)行質(zhì)檢工作。墻體的厚度和連續(xù)性必須嚴(yán)格檢查和把控。技術(shù)人員和質(zhì)檢人員要認(rèn)真分析技術(shù)文件和材料，根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際，嚴(yán)格遵守職業(yè)道德的要求和檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，對所取樣本進(jìn)行專業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y量判定。

6 結(jié)束語

水利工程的建設(shè)，能夠合理利用水資源，興利除害，增進(jìn)人民福祉。正確利用現(xiàn)有的工程技術(shù)，保障水利工程實(shí)效的順利發(fā)揮意義重大。以上分析表明，我國水利工程在施工過程中，受建筑材料和施工方法的影響，壩基處理過程中容易出現(xiàn)裂縫。在使用過程中，由于受流水的侵蝕、壓力、地殼運(yùn)動等的影響，縫隙逐漸增大，不僅影響水利工程的運(yùn)行安全，此外還會降低水利工程的使用壽命。灌漿施工技術(shù)可以有效解決開裂問題，實(shí)現(xiàn)水利工程除險(xiǎn)加固的目的。為確定實(shí)際灌漿方式，施工人員要充分結(jié)合這兩個(gè)因素的研究分析結(jié)果。主要的一類是水，第二類因素是吸漿。施工單位在施工前應(yīng)結(jié)合各種實(shí)際施工條件，科學(xué)、合理地選擇注漿施工工藝，并根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境正確進(jìn)行施工，以有效降低水利工程在除險(xiǎn)加固工作完成后出現(xiàn)各種問題的可能性。