硅溶膠化學(xué)灌漿在新開水庫除險加固工程中的應(yīng)用

林建海

海南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，海南 海口 570203

1 工程概況

新開水庫位于白沙縣阜龍鄉(xiāng)，位于南渡江上游一條支流上，壩址以上集雨面積為2.06km2，水庫總庫容為124.74萬m3，50年一遇設(shè)計(jì)，500年一遇校核，最大壩高15.40m，是一宗以灌溉為主，兼顧防洪的小（1）型水利工程。

新開水庫于1980年竣工投入運(yùn)行，2009年采用了水泥土攪拌樁進(jìn)行壩體防滲，2016年臺風(fēng)期間，左壩肩下游壩坡發(fā)生滲透變形，在下游坡腳搶修貼坡排水體。2017年安全鑒定河床段與左壩肩存在明顯滲漏，安全鑒定為三類壩。

2 工程除險加固方案

大壩防滲加固主要采用液壓雙輪銑削水泥土防滲墻，墻厚70cm。左壩頭溢洪道控制端采用普通水泥帷幕灌漿防滲，單排帷幕，孔距1.5m。加固后河床段滲水明顯減小，取得了較好的效果，左壩肩下游滲水點(diǎn)僅略有減小。

地勘人員對滲漏通道進(jìn)行補(bǔ)勘，鉆孔揭露液壓雙輪銑削防滲墻墻身結(jié)構(gòu)完整，注水試驗(yàn)為弱透水，帷幕灌漿段巖體破碎、巖體裂隙間未見明顯填充，注水仍呈現(xiàn)中等透水（100L/min不見返水）。溢洪道下游鼻坎出口巖體滲水（18L/min），溢洪道基礎(chǔ)所在的左壩肩巖體裂隙密集，走向總體與主壩斜交，傾向下游。

為探明滲漏通道，放空水庫后，于溢洪道控制段上游搭建簡易蓄水池，而后左壩肩下游滲水點(diǎn)開始重新出水。據(jù)此，基本判定主要滲漏通道為帷幕灌漿處理過的控制端基礎(chǔ)，需對此部位進(jìn)行加固處理。常規(guī)水泥灌漿經(jīng)實(shí)踐已難以達(dá)到防滲效果，經(jīng)比較，擬采用硅溶膠灌漿處理。

3 硅溶膠灌漿施工

硅溶膠灌漿材料為膠體二氧化硅溶液，無毒無害。通過混合兩種液體攪拌形成，具有很強(qiáng)的流動性和可灌性，很容易在地層中滲透，在與地層結(jié)合時可以均勻分散，呈現(xiàn)出良好的結(jié)合性，在受壓情況下具有很強(qiáng)的滲透性，且存儲條件要求較低。施工過程中不需要增加設(shè)備，采用普通灌漿泵即可進(jìn)行灌注。硅溶膠物理特性表如表1所示。

表1 硅溶膠物理特性表

3.1 灌前準(zhǔn)備

灌漿前在控制段上游新建厚度為1m的C25混凝土壓漿平臺設(shè)置孔口管，排數(shù)為單排，孔距1.5m。

（1）鉆孔施工。鉆孔機(jī)械采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)，鉆機(jī)采用金剛石鉆頭，施工工藝清水鉆進(jìn)。開孔孔徑均為Φ91mm，終孔孔徑為Φ76mm。孔深17.5m，所有鉆孔均為鉛直孔，鉆孔孔位允許偏差10cm。鉆孔終孔后應(yīng)對灌漿孔的鉆孔偏斜情況進(jìn)行檢查。時刻關(guān)注鉆孔偏斜度，當(dāng)偏斜超過要求時，應(yīng)立即停止并進(jìn)行綜合分析，經(jīng)分析認(rèn)為對灌注效果無影響時可繼續(xù)施工，若認(rèn)為對灌漿效果有影響時，應(yīng)加密鉆孔，以保證灌漿質(zhì)量。

（2）鉆孔沖洗和壓水試驗(yàn)。對返水正常的孔段，應(yīng)進(jìn)行鉆孔沖洗。鉆孔沖洗的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為回水變清，且孔內(nèi)沉積厚度不超過20cm。鉆孔返水正常的孔段，結(jié)合鉆孔沖洗進(jìn)行灌前簡易壓水。檢查孔采用單點(diǎn)法壓水，根據(jù)壓水時間及壓入量進(jìn)行檢測，壓水時間為20min，每5min測讀一次壓入量并及時記錄，取最后的流量值作為計(jì)算流量，通過透水率來反映檢測成果。壓水試驗(yàn)的壓力為灌漿壓力的80%且不超過1MPa。

（3）鑲鑄孔口管。孔口管直徑為Φ89mm。溢洪道以內(nèi)部位埋入混凝土底板，長度為100cm。溢洪道以外部位長度暫定為200cm，鑲鑄時露出地面5cm。

3.2 硅溶膠灌漿

（1）漿液制備。根據(jù)膠凝時間及性能初步選定兩種類型的漿液（M-Ⅰ型、M-Ⅱ型）。集中制漿站根據(jù)打孔、驗(yàn)收情況及時將A液、B液根據(jù)一定配比配置好，貯存在25L塑料桶內(nèi)，方便灌漿開始后漿液的領(lǐng)取。

（2）灌漿方式。硅溶膠帷幕灌漿根據(jù)現(xiàn)場情況確定采用“自上而下、分段卡塞”純壓式灌漿法。帶有壓重平臺的灌漿部位接觸段灌漿不下設(shè)射漿管，其余孔段灌漿時射漿管距孔底不大于30cm。灌漿泵采用3SNS灌漿泵，性能可滿足施工使用要求。硅溶膠灌漿中漿液宜少量多次進(jìn)行配置，開始灌注時每次配置宜在50L以下，在注入率較小階段，漿液配置應(yīng)根據(jù)注入量配置，保證漿液在可操控時間段內(nèi)注入孔內(nèi)裂隙；每次加漿時，在儲漿桶原漿液基本灌注完成后再配置新漿液，然后加入儲漿桶進(jìn)行灌注。

（3）灌漿分段。帷幕灌漿孔段劃分表如表2所示。

表2 帷幕灌漿孔段劃分表

（4）灌漿壓力。施工階段灌漿壓力暫定0.2～0.3MPa，實(shí)際灌漿壓力視具體情況進(jìn)行調(diào)整。壓力應(yīng)在較短時間內(nèi)升到設(shè)計(jì)規(guī)定值，注入率大的孔段應(yīng)分段升壓。壓力表安裝在進(jìn)漿管靠近孔口部位，數(shù)據(jù)讀取中值。

（5）灌漿終孔深度。灌漿終孔深度控制：當(dāng)孔鉆深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度時，若巖體透水率不滿足≤10Lu要求，則應(yīng)由監(jiān)理工程師現(xiàn)場控制，加鉆一段（5m長）。若加鉆一段后巖體透水率仍不滿足≤10Lu要求，則應(yīng)通知設(shè)計(jì)確定是否需要繼續(xù)加鉆。

（6）漿液配制。配漿時先加入A液、后加入B液，在攪拌機(jī)運(yùn)行的情況下加漿，并注意緩慢、均勻加入，防止?jié){液出現(xiàn)局部凝結(jié)。

（7）硅溶膠漿液變換原則。①開灌采用M-I型（慢凝型硅溶膠漿液，初凝時間為40min左右，可調(diào)控）漿液，當(dāng)恒定灌漿壓力，注入率持續(xù)減少時，或注入率恒定而壓力持續(xù)升高時，不得改變漿液類型，繼續(xù)灌注。②當(dāng)灌注M-I型漿液到達(dá)100L/m，灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應(yīng)改為M-II型（快凝型硅溶膠漿液，初凝時間為10min左右，可調(diào)控）漿液灌注；當(dāng)灌注硅溶膠量大無法正常結(jié)束（未達(dá)到膠凝時間、無法達(dá)到設(shè)計(jì)壓力、灌漿壓力和注入率無明顯變化），且累計(jì)單耗超過300L/m時，可采用待凝措施。

（8）灌注要求。一般情況下宜采用中等以下注入率進(jìn)行灌注。灌漿過程中確保灌漿壓力和注入率相適應(yīng)。時刻關(guān)注灌漿過程，注入率宜控制在10L/min以下，并依據(jù)注入率進(jìn)行均勻升壓，有涌水時視涌水情況適當(dāng)加大開灌注入率。暫定注入率為20～30L/min。漿液宜少量多次進(jìn)行配置，開始灌注時每次配置宜在50L，在注入率較小階段，漿液配置應(yīng)根據(jù)注入量配制（避免配制過多而浪費(fèi)），保證漿液在可操控時間段內(nèi)注入孔內(nèi)裂隙，每次加漿時應(yīng)在儲漿桶原漿液基本灌注完成后，再配置新漿液加入儲漿桶進(jìn)行灌注。

（9）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為在設(shè)計(jì)壓力下注入率不大于1L/min后，持續(xù)灌注30min或達(dá)到膠凝時間。為保證灌漿質(zhì)量，采用硅溶膠灌注結(jié)束后閉漿1～2h，然后取出射漿管及灌漿塞進(jìn)行下一段鉆灌施工。

（10）封孔。硅溶膠灌漿結(jié)束后進(jìn)行掃孔，向孔內(nèi)注入密度大于1.5g/cm3的水泥稠漿，多次灌注，直至漿面上升至孔口不再下降為止。待孔口完全析水后，用含水率適中的水泥料將孔口回填搗實(shí)整平。

（11）抬動觀測。為了防止溢洪道部位底板抬動，溢洪道施工平臺中間部位布置一個抬動觀測孔。在灌漿過程中由專人嚴(yán)密監(jiān)視抬動裝置千分表的變化情況，出現(xiàn)抬動時采取降壓措施，待抬動值不再上升再逐級升壓；若抬動值超過200μm時，停止灌漿，待凝8h后掃孔復(fù)灌。

（12）特殊情況處理。①灌漿過程中如發(fā)生冒漿、漏漿時，應(yīng)根據(jù)具體情況采用低壓、限流、調(diào)凝、間歇等方法進(jìn)行處理。若效果不明顯，則應(yīng)停止灌漿，待漿液凝固后重新掃孔復(fù)灌。②灌漿過程中發(fā)生串漿時，若灌漿孔具備灌漿條件，則可一泵一孔同時并灌，但并灌孔不宜多于3個，并應(yīng)控制灌漿壓力，防止上部混凝土或巖體抬動。否則，應(yīng)阻塞被串孔，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，再對被串孔進(jìn)行掃孔、沖洗后，繼續(xù)鉆進(jìn)或灌漿。③灌漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，若因故中斷，應(yīng)在漿液膠凝以前且不影響灌漿質(zhì)量時恢復(fù)灌漿，否則應(yīng)進(jìn)行沖孔或掃孔，再恢復(fù)灌漿。④灌漿注入率大時，宜采取低壓、限流、限量、間歇、改用速凝漿液等技術(shù)措施處理。⑤灌漿過程中，灌漿壓力或注入率突然改變幅度較大時，應(yīng)分析原因，及時采取有效措施處理。

4 結(jié)束語

硅溶膠灌漿施工過程中，左壩肩下游滲水點(diǎn)滲水量明顯減少，直至灌漿完畢，滲水點(diǎn)已不見滲水跡象，灌漿效果極為成功。施工實(shí)踐表明，新開水庫采用硅溶膠灌漿防滲是成功的，滿足設(shè)計(jì)要求，硅溶膠灌漿對于微小裂隙密集發(fā)育的強(qiáng)風(fēng)化基巖具有較好的防滲效果，對于今后小型水庫除險加固具有一定的借鑒作用。