水利水電工程基礎(chǔ)灌漿應(yīng)用探析

趙新昌，王淑冰

（莒縣仕陽水庫管理服務(wù)中心，山東 日照 276526）

水利水電工程大多建在陡峭崎嶇的山谷或者寬闊湍急的河流地帶，復(fù)雜的地物地貌環(huán)境和千變?nèi)f化的地質(zhì)條件決定了水利水電工程基礎(chǔ)的多樣性和復(fù)雜性，受基礎(chǔ)處理技術(shù)影響，水利水電工程建設(shè)地址的選擇問題制約著水利水電工程建設(shè)發(fā)展；另一方面，因為工程基礎(chǔ)問題，出現(xiàn)許多已建水利水電工程發(fā)生各類缺陷或事故。灌漿技術(shù)被應(yīng)用到水利水電工程基礎(chǔ)處理當(dāng)中后，一是使已建水利水電工程運行管理質(zhì)量得到優(yōu)化，二是為更多建設(shè)新水利水電工程項目選址開拓了思路空間。

1 水利水電工程特點和基礎(chǔ)灌漿技術(shù)發(fā)展的意義

1.1 水利水電工程主要特點

水利水電工程從對水的作用上可以大體分為擋水工程、輸水工程、用水工程三大類。常見擋（堵）水作用工程如：壩（堤）、閘等；輸（引）水作用工程如：洞（涵）、渠、管等；用水作用工程如：水力發(fā)電站、水廠、船閘等。這些工程的顯著共同特點就是都與水有關(guān)，因此，一般都有防滲透的要求，同時也都有受水壓力作用的特點，具有抵抗防御水推力的要求。另一方面，這些工程的地址一般在山溝、山谷、河道、河岸，因而，工程地基地質(zhì)條件差、情況復(fù)雜，對于工程基礎(chǔ)都有防傾覆、防滑移、防斷裂的要求。第三方面，水利水電工程一般體積龐大，自身體量重、占地面積大，因而，其基礎(chǔ)往往要求面積大、承載能力強。這些特點說明，水利水電工程對基礎(chǔ)的要求條件特別高，水利水電工程的基礎(chǔ)對于水利水電工程的規(guī)劃建設(shè)和安全運行管理具有根本性意義。

1.2 水利水電工程基礎(chǔ)灌漿的意義

基礎(chǔ)灌漿技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)條件下新興的新型工程地基處理技術(shù)。用于水利水電工程上的基礎(chǔ)灌漿技術(shù)，主要是指對于具有抗?jié)B透、抗滑移、抗傾覆、抗斷裂等要求的水利水電工程基礎(chǔ)進行灌漿處理，從而實現(xiàn)穩(wěn)定工程和防滲的目的。基礎(chǔ)灌漿就是將適合具體工程地基地質(zhì)巖性、環(huán)境條件、工程要求的漿料或者按照一定級配設(shè)計的混合漿料通過鉆孔、打眼、高壓等技術(shù)手段輸送到地基需要的部位，起到填充、固結(jié)或強化等作用，從而形成符合工程要求的良好基礎(chǔ)。

水利水電工程基礎(chǔ)灌漿主要有兩方面意義：一方面，基礎(chǔ)灌漿技術(shù)解決了已建水利水電工程基礎(chǔ)加固和工程安全糾正問題；另一方面，基礎(chǔ)灌漿技術(shù)開拓了水利水電工程設(shè)計規(guī)劃的地址選擇空間，對于新開發(fā)利用水利水電資源有著積極和深遠意義。

2 水利水電工程基礎(chǔ)灌漿的作用分析

2.1 抗?jié)B透

絕大多數(shù)水利水電工程具有防水滲透要求，比如，各類水庫大壩、水庫泄洪閘、壩式水電站等。這類工程地址大多處于地物地貌復(fù)雜地區(qū)，基礎(chǔ)范圍內(nèi)地質(zhì)巖層變化差異大，已建工程靠傳統(tǒng)的地基處理措施建成，大量工程出現(xiàn)了地基滲透問題。有了基礎(chǔ)灌漿技術(shù)，就可以在工程軸線方向上進行灌漿防滲處理，根據(jù)地質(zhì)探測分析結(jié)果，準確設(shè)計選擇配制灌漿漿液漿料和灌漿深度與范圍，選擇合理灌漿工藝流程實施基礎(chǔ)灌漿。山東省日照市莒縣仕陽水庫大壩為黏土心墻砂殼土石壩，壩址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造以小斷裂和大斷隙為主要特征，壩址區(qū)的巖石為白堊系王氏組沙礫巖、沙頁巖，其中下部為礫質(zhì)泥頁巖夾細砂巖；上部為沙礫巖夾砂巖。這種壩址區(qū)的地質(zhì)條件就使得壩基防滲成為突出問題，事實上也是如此，建成蓄水以來，壩下游地面區(qū)域常年有滲水現(xiàn)象發(fā)生，引發(fā)一些社會矛盾，后來通過對壩基進行帷幕灌漿技術(shù)處理，徹底解決了壩基滲水問題。

2.2 抗傾覆

對于壩后水電站、庫岸泄洪閘等水利水電工程，體量龐大，單面受到水壓力（水平推力）作用大，容易產(chǎn)生傾覆安全隱患。自身需要完整、均勻堅固的基礎(chǔ)支撐，由于地基面積大，存在地基地質(zhì)差異大等實際問題，就需要利用基礎(chǔ)灌漿的技術(shù)使得工程基礎(chǔ)整體化、一致化。對于已建水利水電工程，為防止工程傾覆，還可以通過灌漿手段增加基礎(chǔ)的深度和擴大基礎(chǔ)的面積，加強工程整體抗傾覆能力。

2.3 抗滑移

由于水利水電工程許多是建在山坡、溝谷上，受到地址區(qū)地物影響和特殊地質(zhì)構(gòu)造制約，有許多建在一邊地基為弱巖層或斷層或者地下巖層為軟弱巖性等不良好地質(zhì)條件地帶，由于受到水平推力的作用，工程連基礎(chǔ)一起有向下游滑移的趨勢，這種情況就需要在工程基礎(chǔ)外圍進行灌漿處理，依靠基礎(chǔ)外圍加固工程基礎(chǔ)，防御工程和基礎(chǔ)整體滑移。仕陽水庫溢洪閘挑流鼻坎下游，巖層碎裂，運行多年來形成深達兩米的沖坑，為預(yù)防溢洪閘整體滑移，在此區(qū)域進行了梅花形灌注樁灌漿處理，后用現(xiàn)澆鋼筋混凝土封頂，效果良好。

2.4 抗斷裂

建在軟弱地基上的水利水電工程，由于自然地基基礎(chǔ)剛性度差，承載能力不強，容易發(fā)生沉降和不均勻沉降引起工程斷裂。為防止這些現(xiàn)象，可以采用基礎(chǔ)灌漿技術(shù)將基礎(chǔ)固結(jié)為一個剛性整體，增大基礎(chǔ)承載力和均衡承載力。絕大多數(shù)工程斷裂問題都是由于地基不均勻沉陷造成的。基礎(chǔ)灌漿對于治理軟弱地基是最有效的工程措施。

2.5 綜合基礎(chǔ)灌漿

對于一個工程基礎(chǔ)，可能同時存在防滲透、防傾覆、防滑移、防斷裂等一系列要求或其中的幾個方面，都可以根據(jù)需要進行相應(yīng)基礎(chǔ)灌漿技術(shù)處理，從而達到基礎(chǔ)堅固穩(wěn)定一體和防滲要求。在實際工程中，常常采用基礎(chǔ)灌漿后，再以現(xiàn)澆鋼筋混凝土聯(lián)結(jié)封頂加固的方法，使工程基礎(chǔ)渾然一體。

3 水利水電工程基礎(chǔ)灌漿施工

水利水電工程基礎(chǔ)灌漿設(shè)計內(nèi)容主要是指灌漿部位和各維尺寸、漿料成分配制、漿料用量以及施工工藝流程四個方面。灌漿部位和各維尺寸根據(jù)工程荷載和地基各向應(yīng)力大小通過力學(xué)計算確定；料漿成分和使用數(shù)量要根據(jù)工程地址區(qū)的地質(zhì)分析確定，其級配根據(jù)地基巖性空隙大小和空隙率來設(shè)計；漿料用量用公式計算：設(shè)計漿料用量=地基空隙率×設(shè)計灌漿地基體積，面積較大的基礎(chǔ)可以采用分割再求和的辦法計算總量；施工工藝流程要根據(jù)具體工程的現(xiàn)場、地基地質(zhì)探測分析結(jié)果、灌漿的作用來確定。

水利水電工程基礎(chǔ)灌漿的施工質(zhì)量控制，一是要嚴格按照設(shè)計施工，做到不漏灌、不少灌、灌到位、順序灌。可以用守量公式：實際灌漿用量=設(shè)計灌漿用量，來判斷基礎(chǔ)灌漿的質(zhì)量。

水利水電工程基礎(chǔ)灌漿從工程建設(shè)的階段看，可分為兩大類：一類是已建工程基礎(chǔ)灌漿，二類是擬建工程基礎(chǔ)灌漿。

我國大量的水利水電工程興建于20 世紀六七十年代，限于當(dāng)時工業(yè)技術(shù)水平條件，地質(zhì)探測和地基處理技術(shù)還是慣用傳統(tǒng)工程手段，如：人工釬探和人工開鑿等，很難深入了解工程地址區(qū)的地質(zhì)情況，這就使得大量工程建成后出現(xiàn)了滲透、裂縫、扭曲、位移、斷裂等現(xiàn)象。基礎(chǔ)灌漿技術(shù)興起后，利用這項技術(shù)對工程實施防滲、糾偏、加固和限制等，解除了工程險情，保障了工程安全運行。基礎(chǔ)灌漿技術(shù)在大量的水庫除險加固等工程項目上得到普遍應(yīng)用，效果良好。水利水電工程自身大多設(shè)置安裝了諸如滲透、位移、沉陷、應(yīng)力檢測等項目設(shè)施，通過分析這些監(jiān)測數(shù)據(jù)就能分析出工程的穩(wěn)定性和運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)異常問題，就可以采用相應(yīng)基礎(chǔ)灌漿技術(shù)來阻止或糾正。已建水利水電工程基礎(chǔ)灌漿受到已建工程和場地等的影響，施工難度大，更加需要精密的工藝流程設(shè)計和精密施工，嚴防對工程造成新的不利影響。

新建水利水電工程基礎(chǔ)灌漿是正常工程建設(shè)程序的基礎(chǔ)處理工作，可從經(jīng)濟、便利、工期、工序等方面考慮更有利的施工工藝流程進行正常施工，質(zhì)量檢測合格后，方可進行下步工序。

4 水利水電工程基礎(chǔ)灌漿的漿料分析

常見水利水電工程基礎(chǔ)灌漿漿料根據(jù)其物質(zhì)形態(tài)和成分通常分為固粒灌漿材料和化學(xué)灌漿材料兩大類，應(yīng)用最廣泛的是固粒灌漿材料。

4.1 固粒灌漿材料

固粒灌漿材料是指根據(jù)水利水電工程基礎(chǔ)需要由固體顆粒物質(zhì)和水組成的懸浮液或砂漿。其優(yōu)點是取材方便，造價低，施工簡單，并具有較好的防滲或固結(jié)能力；缺點是其所能灌填的縫隙寬度容易受其固體顆粒的細度限制。為了改善固粒灌漿材料的性能，還常摻用塑化劑、促凝劑等外加劑。水利水電工程基礎(chǔ)灌漿常用的固粒灌漿材料的種類、主要物質(zhì)組成成分、特性特點和適用工況如表1。

表1 水利水電工程基礎(chǔ)灌漿常用固粒灌漿材料性能比較表

4.2 化學(xué)灌漿材料

有些水利水電工程地基巖層縫隙特別細微，用物理灌漿材料不能滿足工程基礎(chǔ)要求時，常選用一些化學(xué)灌漿材料。化學(xué)灌漿材料的顯著優(yōu)點是能夠灌入比較細微的縫隙，還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)凝結(jié)時間。化學(xué)灌漿材料根據(jù)成分不同分為有機化學(xué)灌漿材料和無機化學(xué)灌漿材料：無機化學(xué)灌漿材料以硅酸鈉為主要原料，又稱硅化用灌漿材料；有機化學(xué)灌漿材料以各種高分子材料為主要原料，常用的有環(huán)氧樹脂、硅酸鈉、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺及聚氨酯等幾種。水利水電工程基礎(chǔ)灌漿常用的化學(xué)灌漿材料種類、主要成分組成、特性特點和適用工況如表2。

表2 水利水電工程基礎(chǔ)灌漿常用化學(xué)灌漿材料性能比較表

水利水電工程基礎(chǔ)灌漿料漿的設(shè)計，需要根據(jù)工程地址區(qū)的詳細地質(zhì)分析確定，一方面巖性不同，配料不同；另一方面是工程特性不同，對于基礎(chǔ)的要求也不同，因而，基礎(chǔ)灌漿漿液的配料也不同，漿料設(shè)計直接關(guān)系到水利水電工程基礎(chǔ)灌漿質(zhì)量，必須進行詳細的分析，必要時采取試樣實驗，逐步配制最優(yōu)灌漿材料。

5 結(jié)語

基礎(chǔ)穩(wěn)則工程穩(wěn)，基礎(chǔ)灌漿是修正和治理工程地基基礎(chǔ)質(zhì)量的可靠手段，水利水電工程基礎(chǔ)灌漿需要結(jié)合實際工程的具體要求，一般由專業(yè)組織隊伍實施，還需要在具體施工過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，逐步優(yōu)化與革新灌漿漿料和施工工藝流程。