灌漿施工技術(shù)在水利工程防滲處理中的應(yīng)用

伏 杰 徐書洋 戴 萱 王浩宇 鮑書娜

（江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800）

水利工程是國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程，能給區(qū)域的防洪抗旱、城市用水等方面提供強(qiáng)有力支撐。在長(zhǎng)期使用大壩的過(guò)程中，很多因素會(huì)導(dǎo)致大壩出現(xiàn)滲漏等問(wèn)題，不僅很大程度地降低了堤壩的功能性，還會(huì)導(dǎo)致大壩出現(xiàn)崩塌和失效等嚴(yán)重的問(wèn)題[1]。我國(guó)多數(shù)水利工程的修繕時(shí)間較早，受限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)和管理等因素，大壩的使用年限并不長(zhǎng)，很多大壩都出現(xiàn)滲漏、塌方等問(wèn)題，造成嚴(yán)重?fù)p失。因此，該文利用灌漿技術(shù)，對(duì)其在水利工程防滲處理中的應(yīng)用進(jìn)行分析。旨在進(jìn)一步優(yōu)化水利工程的加固工作，使其有更大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

簡(jiǎn)陽(yáng)市的張家?guī)r水利工程于20世紀(jì)70年代修繕完成，屬于小型水利工程。為滿足城市用水、防洪抗旱等要求，需要對(duì)水源進(jìn)行擴(kuò)容和功能升級(jí)，確保城市用水的持續(xù)供應(yīng)。擴(kuò)建后的容量為13.56億m3，擴(kuò)建后的大壩高度升至108m，成為中型水庫(kù)，提升了蓄水能力，一般情況下，蓄水容量為1230萬(wàn)m2，蓄水位為169m，洪水線位為172.8m，校對(duì)紅水線位為173.5m，死水位為164.2m，該水利工程為周邊居民提供了充足的水源，緩解了供需矛盾。此外，擴(kuò)建后能收集超過(guò)10km2的雨水，為農(nóng)業(yè)灌溉提供了支撐。雖然在擴(kuò)建后設(shè)置了防滲墻，但是在水量充沛的情況下，仍然會(huì)出現(xiàn)滲漏的問(wèn)題，為保障大壩安全地運(yùn)行，采用科學(xué)的灌漿技術(shù)對(duì)其進(jìn)行防滲處理，以此延長(zhǎng)大壩的使用年限。

2 水利工程地質(zhì)條件和滲漏穩(wěn)定性分析

該水利工程的大壩采用粉土作為填筑材料，其力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 水利工程填筑材料的力學(xué)參數(shù)

對(duì)大壩內(nèi)的填筑材料進(jìn)行顆粒分析，得出壩體的滲漏種類。共取樣5個(gè)，編號(hào)為1～5，取樣點(diǎn)均勻分布在大壩縱向且在大壩中心、路面下3m處。取樣細(xì)分結(jié)果見(jiàn)表2。在對(duì)其進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，取樣點(diǎn)的滲漏變形和損壞均為流土造成。

表2 取樣點(diǎn)細(xì)分結(jié)果

通過(guò)全面地分析可知，該水利工程的大壩極易發(fā)生流土滲透變形和損壞的問(wèn)題[2]。因此，利用灌漿施工技術(shù)對(duì)該大壩進(jìn)行防滲處理。在防滲加固處理前后的出逸坡變化情況如圖1所示。由圖1可知，加固后的滲漏出逸坡降明顯降低，當(dāng)死水位在164.2m時(shí)，從0.113降至0.015，降幅為86.7%；當(dāng)正常蓄水位在169m時(shí)，從0.324降至0.154，降幅為54.5%；當(dāng)洪水位在172.8m時(shí)，從0.368降至0.158，降幅為57.1%；當(dāng)校對(duì)洪水位在173.5m時(shí)，從0.370降至0.159，降幅為57.0%。從這些數(shù)據(jù)中能看出，在加固后，能有效降低水利坡降，減少滲漏變形的情況。

圖1 水利工程大壩加固前后的出逸坡降變化情況

在對(duì)該大壩進(jìn)行加固后，出逸流速度降低，如圖2所示，當(dāng)死水位時(shí)，從0.197×10-6m3/s降至0.092×10-6m3/s，降幅為53.3%；當(dāng)正常蓄水位在169m時(shí)，從2.497×10-6m3/s降至1.592×10-6m3/s，降幅為36.3%；當(dāng)洪水位在172.8m時(shí)，從2.838×10-6m3/s降至1.843×10-6m3/s，降幅為35.1%；當(dāng)校對(duì)洪水位在173.5m時(shí)，從2.857×10-6m3/s降至1.865×10-6m3/s，降幅為34.7%。

圖2 水利工程大壩加固前后出逸流速變化情況

對(duì)該大壩采用不同的防滲墻進(jìn)行加固后，滲流量有明顯變化，如圖3所示，在死水位為164.2m的情況下，0～20m的基坑周邊土體沉降量會(huì)隨防滲墻深度的增加而變大，滲流量降低；超過(guò)20m后，滲流量下降更快。在其他情況下，滲流量的變化情況與死水位時(shí)相同，都是以20m為界線，但下降速度有一定差異，同時(shí)，前面3種情況下的滲流量非常接近且都超過(guò)死水位時(shí)的滲流量。

圖3 防滲墻不同深度加固的滲流坡降情況

采用不同的防滲墻對(duì)大壩進(jìn)行加固后的防滲墻底部滲流坡降變化情況如圖4所示。在死水位為164.2m的情況下，0～5m的底部滲流量隨著深度增加而降低，在超過(guò)5m后，滲流情況逐漸穩(wěn)定，在其他情況下，防滲墻底部的滲流坡降規(guī)律與死水位時(shí)相同，都以5m為界線，不同的變化規(guī)律與前3者相似，并且都超過(guò)死水位時(shí)的坡降。

圖4 防滲墻不同深度加固的底部滲流坡降情況

3 設(shè)計(jì)施工方案

3.1 高效制漿站配置與施工策略明細(xì)

施工方案設(shè)計(jì)：1）為保證按期完工，須組建高噴灌漿作業(yè)小組，計(jì)劃投入1套高噴施工機(jī)具，施工人員共16人。2）在攔河閘上游高噴灌漿軸線一側(cè)的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)搭設(shè)1個(gè)制漿站和臨時(shí)水泥庫(kù)，供制漿供漿用，占地面積各為150m2。3）按一周水泥用量考慮水泥庫(kù)水泥儲(chǔ)量。4）在施工中的棄漿按監(jiān)理工程師指定位置排放。5）須每臺(tái)機(jī)配置一臺(tái)150kVA的發(fā)電機(jī)保證施工供電，安放地點(diǎn)視現(xiàn)場(chǎng)情況而定。施工中要根據(jù)施工進(jìn)展移動(dòng)幾次發(fā)動(dòng)機(jī)，保持發(fā)電機(jī)與高噴設(shè)備的距離。6）選取合適的區(qū)域作為制漿站，當(dāng)設(shè)置制漿站時(shí)，選取1臺(tái)立式高速制漿機(jī)、1臺(tái)GB6-10泥漿泵、1個(gè)貯漿桶和1個(gè)清水桶作為主要的構(gòu)件，制漿能力超過(guò)6m3/h。

3.2 施工流程

具體施工流程如圖5所示。

圖5 施工流程示意圖

3.3 制定灌漿技術(shù)方案

在建設(shè)該水利工程的過(guò)程中，各部位施工尤為重要[3]，為保障各施工部位都能安全地投入使用環(huán)節(jié)，采用灌漿技術(shù)處理施工中存在的裂縫問(wèn)題。在制定灌漿方案的過(guò)程中，需要根據(jù)該工程中的裂縫特點(diǎn)和實(shí)際情況，結(jié)合灌漿技術(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，明確最佳的灌漿施工方案，保證裂縫處理的有效性。此外，在確定最終方案前，需要進(jìn)行試驗(yàn)，保證方案更科學(xué)、合理，同時(shí)在一定程度上控制灌漿的投入成本，提高修復(fù)裂縫的質(zhì)量。

3.4 布置灌漿孔

在利用灌漿技術(shù)處理該水利工程施工的裂縫前，須對(duì)裂縫進(jìn)行鉆孔處理，根據(jù)不同鉆孔的功能，劃分為3種類型：1）探縫孔。需要在灌漿間鉆孔，以此測(cè)量裂縫的深度，便于后續(xù)的施工。2） 灌漿孔。要對(duì)這種鉆孔采取輔助措施，處理裂縫中的灌漿，在明確鉆孔深度后，需要根據(jù)探縫孔測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行施工。3）騎縫或斜孔方式鉆孔。需要在裂縫兩邊布置斜孔，在騎縫鉆孔中，孔深為30mm～50mm，孔間距為25cm～30cm。該水利工程采用斜孔鉆孔方式對(duì)裂縫鉆孔工作進(jìn)行處理，孔間距為80cm～100cm，具體孔位布置如圖6所示。

圖6 斜孔孔位布置示意圖（單位：cm）

3.5 漿液配制

針對(duì)該水利工程施工存在裂縫的問(wèn)題，需要專業(yè)人員對(duì)所有灌漿材料漿液進(jìn)行制備[4]，在制備漿液的過(guò)程中，需要按照嚴(yán)格的規(guī)定混合各種材料，并充分?jǐn)嚢?。同時(shí)，工作人員必須對(duì)灌漿環(huán)節(jié)的壓力、時(shí)間和漿液配比等多種因素進(jìn)行有效控制，分批次制備漿液，做到即配即用，在完成制備后，需要及時(shí)投入使用。制備漿液需要結(jié)合裂縫的實(shí)際情況、施工當(dāng)天的氣溫、進(jìn)漿率、進(jìn)漿量來(lái)調(diào)整和控制漿液的制備量和黏性強(qiáng)度。

3.6 灌漿

對(duì)該水利工程施工的裂縫進(jìn)行灌漿前，首先，需要對(duì)其進(jìn)行壓水檢測(cè)，將水壓設(shè)置在0.3MPa，通過(guò)檢測(cè)，能了解灌漿管路和裂縫的暢通性，同時(shí)也能有效清理裂縫中的雜質(zhì)[5]。其次，根據(jù)具體的檢測(cè)情況，確定灌漿的壓力和灌漿量。當(dāng)進(jìn)行灌漿工作時(shí)，應(yīng)按照從中間到兩端的灌漿順序，針對(duì)側(cè)墻的伸縮縫，應(yīng)按照從下至上的順序且裂縫交叉位置多孔位同時(shí)進(jìn)行澆筑的原則。在對(duì)水利工程伸縮縫進(jìn)行灌漿的過(guò)程中，應(yīng)打開(kāi)全部灌漿的孔洞，灌漿的壓力設(shè)置在0.4MPa～0.6MPa，最后，漿液順利注入孔洞后，將其作為進(jìn)漿口進(jìn)行漿液灌注。若進(jìn)漿量過(guò)小，需要適當(dāng)加大灌漿的壓力，直到漿液不再進(jìn)入孔洞，保持30min后可停止灌漿。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水利工程出現(xiàn)滲漏的原因較多，包括外部的自然環(huán)境因素和內(nèi)部的人為因素等。通過(guò)分析不同的防滲加固處理方案和對(duì)壩體加固的效果得知，在水位不同的情況下，對(duì)大壩進(jìn)行加固，能有效降低大壩的滲流速度和流速；隨著墻體不斷深入，滲流量會(huì)不斷降低。由此可見(jiàn)，通過(guò)改變防滲墻的設(shè)置深度，能在一定程度上提高大壩的防滲能力，同時(shí)，在水利工程的防滲處理工作中，合理應(yīng)用灌漿技術(shù)，能夠起到一定的防滲作用，提高大壩的穩(wěn)定性，進(jìn)而延長(zhǎng)水利工程的使用年限。