鉆孔灌漿技術加固砌石渡槽問題探討

趙艷陽

(山西汾河灌溉管理有限公司，山西 文水 032100)

1 工程背景

山西汾河灌溉管理有限公司汾西分公司位于文水縣劉胡蘭鎮，是汾河灌區最大的農業灌區。地處晉中盆地，北起清徐縣西木莊，南至平遙縣南良莊，南北長約50km，東西寬約13km，轄40.02km的西干渠，從汾河二壩引水，通過89.658km長的7條支渠，灌溉3市、4縣、14鄉(鎮)、119個自然村的43.2萬畝土地。汾西分公司2016年歲修過程中發現，支渠閘機、閘室、閘板、閘底等普遍存在滲漏、沖刷坍塌等問題，其中西四支五號閘北開渡槽連接段滲漏問題最為嚴重，必須盡快進行該渡槽連接段防滲處理。

西四支五號閘北開渡槽始建于1996年，渡槽長65.5m，底寬2m，渡槽壁厚0.5m，槽高在1.5m左右，輸水流量設計值0.8m3/s，原渡槽整體全部采用M7.5漿砌石砌筑，由于當時施工技術水平落后，砌筑質量差，導致該渡槽運行以來出現嚴重老化，渡槽槽身存在嚴重漏水現象，雖然每年歲修過程中都會進行小規模的修理，但是未能從根本上解決漏水及老化等病害問題。既導致水量的漏失，又加速了渡槽砌體結構中石灰等材料的溶蝕，導致砌石松動，結構強度下降，2016年歲修過程中所測量的渡槽砌體裂縫寬度達0.7-2.0mm，裂縫總長度4.8m，渡槽安全運行時刻受到威脅。對西四支五號閘北開斗渡槽進行加固處理擬施工工程量為M7.5漿砌石74m3，土方95m3。通過防滲加固處理，以有效改善汾河灌區農業基礎設施和生產條件，杜絕可能造成的安全隱患，有效提升渠道輸水能力，縮短灌溉周期，提高節水灌溉效益。

2 加固方案設計

為解決西四支五號閘北開斗渡槽連接段滲漏問題，最初擬定的處理方案為改建或薄層鋼筋混凝土外包及混凝土噴錨支護，但是上述方案施工工期長，造價高，技術難度大，占用勞動力多，需要動用大型施工設備，存在較大的實施難度。經多方論證，最后決定采用鉆孔灌漿加固處理技術，并以水泥為主要灌漿材料，以充分利用水泥材料的膠結性和高強度，施工工藝簡單，無需動用大型機械，施工成本低。以汾河灌溉汾西分公司現有的BW-150型灌漿機為主要灌漿設備，設計孔徑25-75mm，灌漿泵設計流量25L/min，灌漿壓力2MPa，同時配備灌漿塞、攪漿筒、輸漿管和壓力表等儀器工具。

在2016年8月輪灌停水期間對西四支五號閘北開渡槽連接段進行灌漿加固處理試驗，共設置3個灌漿孔，鉆孔進尺共20.5m，水泥漿液灌漿量共7.42t，加固處理后減壓結果顯示仍存在漏水現象。分析原因發現，主要原因在于孔位稀疏不當，主次孔缺乏合理搭配；對于較寬且存在空洞的裂縫灌漿前未洗孔，使水泥漿液和漿砌石砌體的黏結性能下降；注漿壓力不夠；水泥漿液按照3:1和1.5:1的等級配置，過于黏稠，使其輻射半徑減小，無法灌入較細裂縫。

將上述導致灌漿試驗失敗的原因充分考慮后進行了試灌方案的改進，并在次月的輪灌停水期間進行了二次灌漿試驗，同樣設置3個灌漿孔，鉆孔進尺共20.5m，灌漿量增加至9.36t，并在灌漿前按照相關規范進行了孔位、洗孔、壓力、漿液黏稠度等的檢驗，保證了二次灌漿試驗的成功。

3 鉆孔灌漿施工要點

3.1 鉆孔布置

為增強砌體防滲效果，必須根據灌區砌石渡槽內部結構、施工及老化情況、砌筑質量、砌體尺寸、滲漏區域及待加固部位以及注漿試驗結果進行孔位、孔深、孔徑、孔距等參數的確定。由于灌漿加固施工過程中墻體在注漿壓力的影響下發生漏漿的可能性較大，所以應全面清理滲漏較為嚴重的裂縫，同時采用水泥砂漿勾縫堵漏。

經過多次灌漿試驗，應采用從西四支五號閘北開渡槽兩端引橋開始逐漸內插加密的鉆孔灌漿順序，并按照梅花型布設灌漿孔，具體見圖1，以保證通過灌漿將槽身、引橋、渡槽等膠結為整體。閘墩處孔深必須十分接近地面，以便增強閘墩整體加固效果，并根據漏水區砌體質量、漏水量進行孔深的適當調整；并嚴格按照灌漿加固施工技術方案控制渡槽槽身段孔底與弓弦石臨空面的距離，以確保槽身在注漿施工過程中的穩定性。出于保證施工進度、控制工程投資的目的，可適當降低孔徑。按照設計要求，應結合渡槽連接段老化病害嚴重程度和漏水情況逐段逐次加密，根據漿液擴散范圍重新確定孔距。

圖1 注漿孔平面示意圖

3.2 鉆孔技術要求

考慮到本渡槽砌體結構老化程度較為嚴重，沖擊式鉆機顯然不適用。應選用鉆速快，受孔深和巖石硬度影響小，便于操作的回轉式鉆機，且在鉆進過程中加強鉆孔方向控制，，并通過埋設孔口管等措施起到鉆孔方向控制的導向作用。孔深的控制則根據鉆桿長度進行，操作較為簡便。鉆孔施工過程中必須加強砌體厚度、掉塊、換層及漏水等情況的記錄，完孔后用木塞堵孔并編號。

為檢驗灌漿加固施工質量，還必須進行壓水試驗，根據具體漏水量試驗結果進行砌體透水性的判斷及吸漿量的估算，試驗壓力應按照調整后的參數進行控制，相同灌漿區域應采用同一注漿壓力標準。

3.3 灌漿施工要求

灌區西四支五號閘北開渡槽防滲加固灌漿施工應從兩端引橋開始鉆孔灌注，再進行閘墩和主要漏水區域鉆孔灌漿，最后是其余部位灌漿加固處理，并逐段逐層加密，避免鄰孔發生串漿。一序孔、二序孔、三序孔孔距分別確定并鉆孔后立即洗孔灌漿。為提升加固效果，應在確保閘墩和渡槽槽身不遭受破壞的情況下使用高注漿壓力，增強漿液擴散半徑，以減少注漿孔數，高壓作用下的漿液還能擠入微小縫隙，并將漿液內的多余水分擠出，增強注漿效果。此外，渡槽結構四面臨空，縫隙之間具備較好的連通性，且排氣較為通暢，在較高的注漿壓力下也不會引發周圍地層的有害變形[1]。

根據類似工程灌漿加固實踐經驗，灌漿壓力應與灌漿深度大致相等，并結合灌漿深度、加固位置、渡槽老化程度、砌體原有質量等進一步確定。灌漿壓力和注漿孔深度之間的關系結合工程實際及相關規范確定。具體而言，槽身段應按照一次升壓法注漿，而閘墩及渡槽連接段嚴重老化滲漏部位，必須分三段升壓，并按照設計要求設定上下限吸漿量，待實際吸漿量降至下限時升高一個等級，待實際吸漿量超過上限時降低一個等級，以提升灌漿加固效果。

灌漿加固施工質量還受到漿液黏稠度的較大影響，漿液過稠則流動性差，擴散半徑小，無法灌注至微小裂縫；漿液過稀則凝固收縮性大，會導致水泥漿與砌體縫脫開，影響注漿加固質量。工程砌石渡槽過渡段加固漿液水灰重量比應設定為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1四個等級，并在注漿過程中從稀到稠逐級轉換，采用稀漿先灌滿微小裂縫，再改用黏稠漿液充填寬隙和空洞，確保灌注效果。

3.4 封孔檢驗

按照設計注漿壓力和水灰比灌注的情況下，若壓力升至最大注漿壓力以上，并連續引起三次停機，且壓力表所顯示壓力值在5min內不降或輕微下降，則表明注漿已滿，可結束灌漿。此后必須進行灌漿效果的檢驗，對于合格的灌漿孔應通過鐵管將水泥砂漿送入孔內，由下至上填實封堵注漿孔。本工程采用凈水滲漏試驗進行灌漿效果檢驗，試驗結果顯示的漏水量比灌漿加固前明顯減小，砌石渡槽過渡段加固效果良好，砌石渡槽整體結構強度顯著提升，渡槽使用壽命大大延長，為汾河灌區農業發展提供了較好的基礎設施條件[2]。

4 結 論

綜上所述，汾河灌區西四支五號閘北開砌石渡槽鉆孔灌漿加固處理措施的實施既提升了工程整體結構穩定性，保證了工程性能的繼續有效發揮，又比改建處理工期短，節省資金，運行實踐也證明，采用鉆孔灌漿施工技術加固處理灌區老化、嚴重滲漏的砌石渡槽等基礎設施，能保證工程經濟效益和社會效益的快速發揮。