高聚物注漿技術在某水庫中的應用

□楊 輝 □許露予（桐柏縣水利局）

0 引言

某水庫位于桐柏縣回龍鄉毛集河上，屬淮河流域。于1966年1月動工興建，1967年11月竣工，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、水產養殖等為一體的綜合利用小（2）型水利樞紐工程,主要建筑物有大壩、溢洪道和輸水洞等。壩型為均質土壩，最大壩高13.10m，壩頂長99.80m。水庫壩址以上控制流域面積1.70km2。水庫原設計防洪標準為20a一遇設計，200a一遇校核，最大庫容57.00萬m3。下游有5個行政村，耕地0.03萬hm2，人口0.60萬人，并有滬陜高速、寧西鐵路等基礎設施，地理位置重要。

1 原因

河南省水利廳對該水庫安全鑒定進行復核認定為三類壩，并于2012年3月進行除險加固工程，原設計為防滲充填灌漿，灌漿孔為雙排，分別布置在新壩軸線上下游0.75m處，排距1.50m。單排孔距2.00m，共85孔。灌漿頂部高程設計為201.40m，底部至壩基線下1.00m。

采用水泥粘土漿，水泥與粘土質量比為3:7，水泥均采用42.5#水泥。壩體充填灌漿采用自上而下分段灌漿法，套管護壁，灌漿完成后，拔套管封孔。灌漿漿液的濃度遵循由稀到濃的原則，漿液的水灰比分 5級，分別為 5:1，3:1，1:1，0.8:1，0.5:1，逐級改變。

水庫在施工過程中，發現基巖部分、碎石較多、帷幕灌漿效果不好，灌漿之后壩基仍有少量滲水，由建管局組織設計、監理和施工經過現場勘查并論證，采用高聚物注漿。

2 查清壩體結構

2.1 地質勘查

前期由于地質勘查不到位，導致設計深度不夠處理不能有效解決問題，現處理前必須進行比較詳細的地質勘查，查清大壩地質構造。

在河槽部位，正對滲漏出水點的位置（樁號0+047，勘查前對樁號先進行復核），在壩頂上下游測各布置一個鉆孔（上下游鉆孔分別位于新壩軸線上下游0.80m處），上游由壩頂鉆探至粘土心墻內1.00m，且底部高程不低于196.30m；下游直接鉆到壩底。必要時增加橫斷面鉆孔，匯出防滲心墻的具體位置、形狀。

在樁號0+037，0+057處大壩軸線位置各布置一個鉆孔。探測中間出水點兩側大壩的地質情況。由壩頂鉆探至粘土心墻內1.00m，且底部高程不低于196.20m（壩頂以下6.00m）。

在大壩左壩肩0+027、右壩肩0+067位置壩頂軸線位置各布置一個鉆孔，下部深入基巖1.00m，探測左右壩肩出水點的地質情況。

鉆探主要內容：大壩填土組成情況（粘土、沙壤土、碎石土各土層厚度、滲透系數），粘土心墻位置、形狀、滲透系數，左右壩肩是否存在接觸滲漏。

2.2 地勘結果

大壩粘土心墻在壩軸線位置，但粘土心墻頂部高程較低，最低處197.70m，低于正常蓄水位（溢洪道底高程199.30m）1.60m。粘土心墻以上，有一層砂碎石層，厚度2.30～3.50m，強透水。樁號0+047.80處注水試驗值最大，達到32L/min。必須全部截斷此砂碎石層，才能保證高水位時不發生壩體滲漏。

3 工程措施

采用高聚物定向劈裂注漿防滲技術徹底截斷滲漏通道。

3.1 基本原理

以片狀擴散理論為基礎，研制“雙翼型”成槽板，利用靜壓或沖擊成槽方法，在壩體內形成定向劈裂槽。采用封閉注漿技術封堵槽頂，采用導管注漿技術向槽內注入高聚物注漿材料。材料發生化學反應后體積迅速膨脹，產生的膨脹力超過土體的抗拉強度時，即沿成槽板引導的方向將土體劈開，連接形成超薄型高聚物防滲體系，見圖1。

圖1 高聚物定向劈裂注漿防滲技術示意圖

3.2 施工工藝

3.2.1 成槽

采用靜壓成槽方法，將定向劈裂成槽板壓入土中形成注漿槽。

3.2.2 下管

向定向劈裂注漿槽內放置注漿管，包括封槽注漿管和劈裂注漿管。

3.2.3 注漿

首先通過封槽注漿管注射少量漿液進行封孔，然后通過劈裂注漿管在預定深度注漿，材料反應膨脹，將土體沿引導方向劈開形成高聚物薄片。薄片交叉搭接，形成超薄型高聚物防滲體系。

3.3 技術特點

針對不同的工程修復需求，可調節各種技術參數（反應時間、密度及膨脹率、強度等等），以達到更好的修復效果。主要技術特點如下：

3.3.1 高膨脹性

在空氣中形成的泡沫狀固體體積可達液體體積的20倍以上。

3.3.2 早強

一般15min可達到90%以上的強度，并且具有較好彈性；不需要養生，有利于工程搶險。

3.3.3 防水

形成的泡沫狀固體為閉孔材料，防水性能優良。

3.3.4 輕質

材料膨脹固化后，其自重一般不到同體積水泥漿的10%，極大地減少了自重對地基的附加荷載。

3.3.5 耐久

材料壽命可達數十年。

3.3.6 環保

對環境無污染，適用于水下工程搶修。

3.3.7 易控

整個施工過程在監控下完成，注漿壓力、溫度及注漿量可根據需要調節。

3.3.8 擾動小

對堤壩擾動小，是一種“微創”修復技術。

3.4 施工設備

成孔設備采用液壓靜力觸探車，探頭采用特制的劈裂探頭。設備寬度2.40m，可以上壩操作。

3.5 孔距

注漿孔沿壩軸線布設，注漿孔劈裂方向與壩軸線夾角取10～15°。

3.6 注漿效果

漿液能夠沿預設的劈裂縫向外擴展，形成直立的高聚物薄片體，中間厚，周圍薄，厚度約為0.50～2.50cm。

4 結論

水庫在進行高聚物注漿后，現已基本止水。工程完成后，加固了大壩壩體，防洪、灌溉、旅游、養魚等效益大大提高，使下游免受洪澇災害，可保證人民群眾生命財產的安全，促進當地國民經濟的持續穩定發展。