水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用研究

馮學兵 常杰 吳玉麗

水利工程所在地的環(huán)境往往十分復雜，而且項目本身具有很大的工程量和施工難度，可能涉及較長的工期，這使得項目質(zhì)量與安全問題受到極大關(guān)注。水工隧洞在項目中的規(guī)模相繼擴大，逐漸呈現(xiàn)出大尺度、深埋深、大斷面等代表性特點。與此同時，聯(lián)系到當前全國各地已有的在建、已建水工隧洞，一般會采用到混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，防滲排水施工中則是以“堵、截、排”的方式為主。近年來水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲技術(shù)在項目施工中得到廣泛應(yīng)用，尤其是為了避免因隧洞滲漏造成的混凝土溶蝕破壞問題。對此，本文圍繞水利工程中水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)的應(yīng)用展開分析，總結(jié)水工隧洞基礎(chǔ)防滲的可行方法。

一、工程概況

此次討論水利工程，是已建水工隧洞的防滲堵漏以及結(jié)構(gòu)補強，為水庫除險加固工程，具體是指水庫引水隧洞系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括進水口閘室段、混凝土襯砌段以及鋼管段，根據(jù)項目資料，總結(jié)基礎(chǔ)參數(shù)見表1。

表1 項目基礎(chǔ)參數(shù)

水庫安全評價報告中，在進水口檢修閘門處，觀察左側(cè)水封已經(jīng)形成了帶狀滲漏點，對這一滲漏點安排檢查，滲水量約為6 L/min。工作人員同時觀察混凝土襯砌段的頂部，此處形成了大量裂縫，數(shù)量為6 處。同時檢查此處的集中滲漏點，發(fā)現(xiàn)漏水量比較大的共7處。環(huán)型接縫的檢查中，工作人員同樣發(fā)現(xiàn)有微漏情況，縱縫也均有微滲狀況，甚至還存在鈣質(zhì)析出的情況。另外，施工人員檢查施工支洞周圍區(qū)域以及環(huán)型接縫位置，發(fā)現(xiàn)有滲漏點，而且漏水量大，總量在8 L/min 左右。綜合以上滲透問題，決定采用灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)。

二、水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)重難點

1.灌漿基礎(chǔ)防滲施工重難點

結(jié)合此次水利工程項目實際情況，在水工隧洞防滲堵漏施工中應(yīng)用灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)，總結(jié)此技術(shù)應(yīng)用的重難點，有以下幾點：

（1）此次針對水利工程的分析，工作人員分別以環(huán)拱伸縮縫和頂拱孔洞等為側(cè)重點，對其出現(xiàn)的滲漏進行修補，整體來說防滲施工分布范圍比較廣泛。此項目在2021 年組織過C 級檢修，根據(jù)當時的檢修結(jié)果，發(fā)現(xiàn)很難實現(xiàn)滲漏的有效預測，施工現(xiàn)場已經(jīng)形成的滲漏點和滲漏通道的部位、貫穿情況也無法保證精準性?？紤]到現(xiàn)場所有施工環(huán)節(jié)中，多為登高和臨空作業(yè)，所以，整體施工質(zhì)量提出要求高。

（2）引水隧洞內(nèi)部空間比較狹窄，無論是現(xiàn)場還是行人、設(shè)備的運輸，均面臨比較差的條件。防滲施工需要的所有機械設(shè)備、物料，僅能夠通過在閘門井安裝升降機的方式，向引水隧洞內(nèi)部運輸。施工現(xiàn)場所有行人，勢必會經(jīng)過廠房，對此，鋼襯下平段和斜井段處，施工人員放置了排架。排架搭建期間還放置了高陡腳手架斜梯，才能夠使行人順利到達施工場區(qū)，降低施工效率。經(jīng)測量，閘門井井口位置到洞底之間的高差，經(jīng)測量確定為50 m；測量斜井、下平段高差，得出數(shù)值37 m。由此可見，防滲施工涉及很大的工程量，加之現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境也容易安全性的問題，在防滲施工方面也需同時做好安全管理工作。

（3）施工現(xiàn)場儲存各類材料，其中環(huán)氧化學修補材料是防滲施工材料的一種，此類材料具有易燃性、易揮發(fā)性，在施工現(xiàn)場揮發(fā)，將會產(chǎn)生刺激性氣體?？紤]到此項問題，施工人員在防滲施工的同時，也需要對原材料運輸、儲存、使用等各個階段的安全管理加強控制。

（4）引水隧洞內(nèi)部的通風條件欠佳，防滲施工中很難將粉塵和化材揮發(fā)性氣體散出。這不僅會在施工現(xiàn)場埋下消防隱患。對此，結(jié)合此次水利工程項目實際，發(fā)現(xiàn)各個方面均面臨比較高的要求。

2.應(yīng)用優(yōu)勢

此次防滲施工選擇灌漿基礎(chǔ)防滲工藝，施工人員在現(xiàn)場制作水泥砂漿，通過打孔工藝、灌漿工藝向孔洞內(nèi)打入砂漿，以此完成填充結(jié)構(gòu)內(nèi)部縫隙的施工處理，具有防滲效果。此技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用，有效杜絕了水工隧洞滲漏問題，將隧洞結(jié)構(gòu)縫隙有效填補后，使引水隧洞的防滲性、抗?jié)B性提升。另外，施工中使用砂漿，其強度務(wù)必高于隧洞本體強度，砂漿打入到隧洞中便可起到加固的效果，杜絕滲漏一類病害。

三、水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)應(yīng)用要點

1.隧洞回填

此次水利工程項目施工中，灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)應(yīng)用前期，施工人員必須做好充分的準備工作，具體應(yīng)準備好防滲施工需要的設(shè)備、測量儀器，并且配置砂漿。

（1）施工現(xiàn)場需要用到多類設(shè)備，具體包括地質(zhì)鉆機、電焊機，以及泥漿泵等泵類裝置，除了基礎(chǔ)設(shè)備外，運輸車輛也必不可少。因為施工現(xiàn)場的施工設(shè)備數(shù)量與類型非常多，所以為了確保防滲施工的有效性，現(xiàn)場準備的所有設(shè)備，施工人員必須提前檢測其性能，嚴禁出現(xiàn)防滲施工中設(shè)備性能方面的故障，確定設(shè)備與水利工程的建設(shè)標準一致。根據(jù)此次水利工程提出的設(shè)計標準，引水隧洞灌漿環(huán)節(jié)的施工，施工人員檢查手風鉆、潛孔鉆，要求孔徑36 ～40 mm，選擇施工鉆頭時，要求直徑38 mm，而地質(zhì)鉆機孔徑則和水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)，則要按照75 ～110 mm、80 mm 的標準做出選擇。

（2）對于準備的測量儀器，施工人員在準備階段應(yīng)對其進行驗證。例如水平尺和經(jīng)緯儀等常見的測量儀器，驗證時要求垂直誤差不得大于0.2%，同時在使用時應(yīng)搭配鉆桿垂直。

（3）施工人員在準備階段配置砂漿時，重點要控制好砂漿基礎(chǔ)性能，抗硫酸水泥是關(guān)鍵材料。具體在砂漿配置階段，應(yīng)用到高速攪拌機，在水泥砂漿過篩之后調(diào)整設(shè)備的轉(zhuǎn)速到1400 r/min，選擇雙層儲漿桶，隨后再調(diào)整為低速攪拌桶。砂漿配置的試驗環(huán)節(jié)，在已經(jīng)明確了水泥砂漿濃度之后，施工人員可以根據(jù)水泥砂漿的不同級別，依次計算配比量。后續(xù)加入水泥，務(wù)必整袋將其放入，若無法做到整袋放入，施工人員可使用臺秤精準稱量，確保水泥使用量與本次水利工程的標準完全一致。砂漿的水灰比應(yīng)與土層性質(zhì)、室內(nèi)試驗結(jié)果充分結(jié)合。根據(jù)此次項目，回填灌漿的配置階段，確定配置比是0.5 ∶1，而固結(jié)灌漿比例則確定為3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1 和 0.5 ∶1，經(jīng)過對比，確定與項目質(zhì)量標準一致。

在完成了以上準備工作之后，因為灌漿基礎(chǔ)防滲處理具有特殊性，所以施工人員提出了“先回填、后固結(jié)”的要求。換言之，施工人員率先在引水隧洞頂部進行回填灌漿施工，檢查隧洞頂強度已經(jīng)與設(shè)計標準相符，判定其滿足質(zhì)量要求，隨后再安排固結(jié)灌漿施工作業(yè)。

2.固結(jié)灌漿

（1）施工流程

此次水利工程項目的回填灌漿施工階段，主要按照“布孔—鉆孔—洗孔—灌漿—封孔”的順序進行（回填灌漿施工流程見圖1）。首先，回填灌漿施工的關(guān)鍵在于層次性，施工人員應(yīng)從下游開始，依次向上游進行，如果存在同排施工的情況，則應(yīng)分為兩序，其中一序施工結(jié)束后再安排另外一序施工。表孔溢洪洞頂拱處施工需要鉆取回填灌漿孔，鉆孔施工中要求孔徑控制到10 cm，間距控制到1.5 m，布設(shè)為矩形，能夠很好地滿足防滲加固要求。在表孔溢洪洞拱形處，施工人員還需設(shè)置好一圈灌漿內(nèi)孔，要求孔間距3m，孔深4m，同樣為矩形分布?？紤]到固結(jié)灌漿施工在此水利項目中屬于難點項目，所以施工人員經(jīng)過討論，決定采用“環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密”的施工方法，從下（游）開始到上（游）逐排進行作業(yè)。此次水利工程項目的環(huán)間、環(huán)內(nèi)劃分為兩序，換言之，此次施工順序是一序環(huán)一序孔、一序環(huán)二序孔、二序環(huán)一序孔、二序環(huán)的二序孔。

圖1 回填灌漿施工流程圖

（2）施工裝置與參數(shù)

①鉆頭

引水隧洞灌漿施工中，施工人員根據(jù)提前設(shè)定的施工技術(shù)方案選擇鉆頭。當孔徑為40mm 時，建議施工中應(yīng)用B100 潛孔鉆和手風鉆，鉆孔則設(shè)置為38mm；當孔徑在75 ～110mm 之間，施工中可以選擇2PC 型地質(zhì)鉆機，鉆頭的直徑則可以設(shè)置成80mm。

②垂直度

結(jié)合此次水利工程實際，應(yīng)用防灌漿基礎(chǔ)防滲處理的工藝之前需要進行校正。施工人員使用水平尺、經(jīng)緯儀等工具，及時發(fā)現(xiàn)垂直鉆桿垂直度誤差，并對其進行有效控制。施工現(xiàn)場表孔洞拱形處，施工人員設(shè)置好灌漿內(nèi)孔，孔間距不得超過 4m，孔深1m，孔布置選擇梅花形。

（3）砂漿控制

施工人員正式開始灌漿作業(yè)之前，應(yīng)全面了解水泥材料的物理性能。施工人員在現(xiàn)場還需安排抽檢，例如水泥一旦受潮結(jié)塊，勢必會影響水泥性能，當施工人員發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象后，應(yīng)馬上處理受潮水泥，不能在防滲施工中繼續(xù)使用。施工人員在抽檢漿液的作業(yè)中還需檢查參數(shù)配比情況，此階段使用液體密度計，從而保證水泥砂漿使用的規(guī)范性。

（4）灌漿與壓力控制

灌漿作業(yè)一般選擇孔口循環(huán)、孔內(nèi)純壓式的方法，一次性完成灌漿，設(shè)備方面則應(yīng)用到泥漿泵灌漿機。灌漿管的選擇優(yōu)先應(yīng)用高壓鋼編管，其間務(wù)必嚴格控制灌漿壓力。一般回填灌漿壓力最佳范圍在0.3 ～0.4 MPa 之間，而固結(jié)灌漿壓力則是以0.3 ～0.5 MPa 為宜。

（5）灌漿結(jié)束后封孔

當施工人員檢查回填灌漿已經(jīng)符合設(shè)計標準，便需要著手控制吸漿量，要求吸漿量小于0.4L/min，運行時間最長30 min。灌漿孔注漿施工結(jié)束，施工人員應(yīng)第一時間封堵灌漿孔。確定適合的巖基位置，采用壓力灌漿封孔法，其間檢查封孔壓力要和灌漿壓力不能有任何偏差。施工人員在封孔中控制好導管，放置在離孔底還有0.5 m 的位置，以泥漿泵配置水泥砂漿，配置比例建議調(diào)整為0.5 ∶1，打入孔內(nèi)置換孔底水、稀漿。當孔口已經(jīng)有濃漿溢出，即可結(jié)束注漿。同時增加止?jié){閥，施工人員持續(xù)灌注比例為0.5 ∶1 的濃漿，實現(xiàn)壓力灌漿封孔。

施工人員采用灌漿封孔法，對頂拱與水平孔進行封堵處理，確保巖基處的封孔密實度符合要求，而且封孔和灌漿的壓力一致。此環(huán)節(jié)施工人員同樣需要應(yīng)用泥漿泵，將比例為0.5 ∶1 的濃漿壓入內(nèi)部進行封孔。對于混凝土部位，施工人員調(diào)配1 ∶1 濃度的砂漿進行封孔處理，除頂拱外的其余孔洞，均要采用1 ∶1 砂漿封孔。待封孔作業(yè)全部結(jié)束，再抹平封孔四周乳砂漿。

3.施工效果檢查

（1）外觀檢查

當灌漿基礎(chǔ)防滲處理的各個環(huán)節(jié)施工結(jié)束，施工人員應(yīng)馬上著手準備施工資料，整理好后由監(jiān)理部門負責遞交，安排專業(yè)人員，對灌漿施工質(zhì)量進行檢測。一般檢查工作需要在灌漿施工結(jié)束的3d 后進行，施工人員查看灌漿回填孔實際情況，檢查過程按照從上到下的瞬息進行，安排單孔注漿試驗。施工人員在孔中注入水泥漿，比例設(shè)置為2 ∶1，根據(jù)灌漿作業(yè)的壓力，前10min 注入量不能超過10L，以免后續(xù)需要補償，再安排檢查最終灌漿以及封孔處理效果即可。

施工人員在固結(jié)灌漿檢查孔這一環(huán)節(jié)，檢查過程與回填灌漿類似，同樣需要在灌漿施工結(jié)束的 3d 后進行。施工人員整理好所需資料后，由專業(yè)檢測人員前往現(xiàn)場進行檢測。實施檢測中，檢測孔數(shù)應(yīng)達到灌漿孔數(shù)量的 5%。常規(guī)壓水試驗一般可以應(yīng)用到單點法，并且在試驗中安排巖體聲波測試，試驗孔壓水透水率不大于3Lu。

（2）防滲施工質(zhì)量檢查

施工人員在檢查時，灌漿孔應(yīng)超過5%，根據(jù)實際情況不斷調(diào)整防滲設(shè)計標準。參照防滲施工要求，應(yīng)用灌漿基礎(chǔ)防滲處理的檢查時，必須參考回填灌漿、固結(jié)灌漿的要求與資料，根據(jù)灌漿施工作業(yè)規(guī)定杜絕滲漏問題，為后續(xù)水利工程投入使用的整體質(zhì)量提供保障。

四、結(jié)語

綜上所述，水利工程作為一個地區(qū)發(fā)展與建設(shè)的重要標志，組織水利工程建設(shè)與施工的過程中，滲漏是全程需要關(guān)注的重點問題。一直以來，為了有效杜絕水利工程的滲漏問題，廣大從業(yè)者也提出了一些建議。應(yīng)用水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)，可以通過灌漿基礎(chǔ)防滲，有效降低滲漏問題的發(fā)生率。與傳統(tǒng)防滲施工技術(shù)相比，不僅提升了水利工程防滲性，還奠定了水利工程項目的質(zhì)量基礎(chǔ)，保證項目使用后的效果，以免發(fā)生滲漏帶來嚴重后果。