劈裂灌漿技術在水庫堤壩防滲加固施工的應用

姜紅斌

(中國水利水電第四工程局有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 水庫堤壩防滲加固施工

1.1 水庫堤壩兩岸坡段布孔

在引入劈裂灌漿技術前，首先需要在水庫堤壩的兩岸坡段上完成對灌漿孔的布設。在實際施工過程中，結合水庫堤壩地基定向劈裂的規律以及堤壩上應用分布的實際情況，采用雙排布孔結構完成對其灌漿庫的布設，如圖1所示。

圖1 水庫堤壩兩岸坡段雙排布孔結構

按照圖1中的布孔結構完成布孔施工，將第一排孔的編號設置為1—X—X，將第二排孔的編號設置為2—X—X，施工的順序按照從上游到下游進行。為了在后期灌漿時不出現橫向干裂問題，各個灌漿孔之間的距離應當小于灌漿壓力對堤壩土體所影響的有效距離，因此綜合分析將兩個灌漿孔之間的距離設置為3 m。在確定鉆孔的深度時，根據水庫堤壩堤基應力場的主要影響深度以及防滲加固施工的需要確定。已知應力場主要影響深度為Z=2/3B，其中Z為應力場強，B為影響深度。根據這一關系進一步推算得出水庫堤壩地基的有效劈裂深度不應當超過50 m。在實際施工過程中，還需要確定水庫堤壩是否存在中風化花崗巖以及其具體埋深和厚度，對鉆孔的深度進行調整[1]。在現場施工過程中，鉆孔的深度應當按照鉆孔揭穿中風化花崗巖的實際深度為標準。根據上述論述內容，在確定鉆孔之間距離以及鉆孔深度的基礎上，采用干法造孔實現對水庫堤壩兩岸坡段布孔，嚴禁使用泥漿循環回轉式鉆進方式，避免引起水庫堤壩壩體劈裂問題。

1.2 基于劈裂灌漿技術的分序鉆灌施工

在上述布孔結構的基礎上，引入劈裂灌漿技術，完成對水庫堤壩的分序鉆灌施工。首先針對灌漿漿液進行選擇，選用摻有10%水泥的黏土混合漿液，其本身具備良好的流動性和穩定性，并且能夠在劈裂灌漿厚度在4～5 d內自動凝結。漿液在凝結后會具有更高的強度以及抗滲性，以此達到防滲和加固的效果。在灌漿的過程中，需要控制漿液先稀后濃，并將其密度控制在1.25～1.58 g/cm3范圍內[2]。在具體灌漿過程中，灌漿的壓力需要根據不同的鉆孔深度進行調整，表1為不同鉆孔深度下最大孔口的灌漿壓力對應表。

按照表1中數據，針對不同的鉆孔深度對其最大孔口灌漿壓力進行控制。在灌漿初期需要用較小的灌漿壓力灌注，隨著灌漿的進行，在單位時間當中的吃漿量會逐漸減小。因此，針對這一現象，為了能夠兼顧灌漿速度，可選擇在合理范圍內適當提升灌漿壓力，直到達到孔口最大允許灌漿壓力為止。

表1 不同鉆孔深度下最大孔口的灌漿壓力對應

在灌漿的過程中，需要按照單孔單次灌漿的方式完成，停灌的標準為：針對初灌不起壓的鉆孔，將其壓力控制在40～50 kPa范圍內。這一類型鉆孔通常吃漿量較大，但需要控制單孔單次的灌漿不超過1.2 m3/m，針對水庫堤壩涵洞周圍的鉆孔，需要將其單孔單次的灌漿控制在小于0.5 m3/m以內。對于單個灌漿孔而言，應當采用分序灌漿法，每次灌漿的時間間隔應當不超過5～10 d，灌漿的次數不得小于5次，同時在進行最后一次灌漿的過程中，鉆孔已經基本不吃漿，此時即可停止進行單孔的灌漿。完成對一個鉆孔結構的灌漿，其灌漿總數不得小于5次[3]。單孔灌入的干料累計總重量不得小于0.6 h，其中h表示為灌漿孔的深度。在充分滿足上述停灌標準后，即可停止灌漿，否則還需要繼續增加灌漿的次數，直到最終滿足上述停灌標準為止。在實際施工過程中，若堤壩壩頂位置上出現了冒漿問題，則應當立刻停止灌漿操作，并挖出一個冒漿出口，使多余灌漿液流出，待鉆孔孔口不再冒漿后進行回填夯實。若在鉆孔的周圍出現冒漿問題，則需要采用壓砂的方式進行處理，在確保其不會再出現冒漿問題時，繼續灌漿操作[4]。在具體施工過程中，若出現單孔灌漿量過大的問題產生，則可以采用減小單次灌漿量或增加復灌次數的方式對其進行處理，將單次灌漿量控制在不超過1 m3/m范圍內，并將灌漿的時間間隔控制在5～10 d。

1.3 封孔與堤壩壩面處理

在完成上述施工操作后，還需要對灌漿鉆孔進行封孔處理。在確保完成劈裂灌漿后，鉆孔位置上符合各項停灌標準后，將注漿管拔出，并將密度超過1.5 g/cm3的稠漿注入鉆孔當中。采用機械封孔的方式進行，并在次日完成再次灌漿。直到最終漿面上升到壩頂并且不會再次出現下降現象為止。最后在封孔時采用黏土回填的方式將孔口封堵并夯實。在完成上述操作后，還需要對堤壩壩面的變形情況和裂縫情況進行觀測，防止其表現出現問題造成對水庫堤壩整體防滲加固施工效果的影響。通常情況下，在水庫堤壩壩面上由于受到高壓泥漿的劈裂擠壓和濕陷的影響，其濕土區域內產生的裂縫需要一個過程，這一過程的時間通常在12～24 h以內。因此，在按照上述步驟完成灌漿以及封孔處理后，還需要在封孔后的6～12 h時間當中對堤壩壩面是否產生裂縫進行檢查。若在檢查過程中發現了裂縫，則采用優先處理和三孔同時開灌的方式對裂縫進行處理。在裂縫結構的上方以及兩側各2 m位置上同時打孔，并進行灌漿。灌漿的過程中需要盡可能地增加灌漿的壓力，并直到水庫堤壩邊坡出現冒漿現象時停止灌漿壓力增加。針對冒漿現象進行處理，并在停工后2～4 h內，完成復灌操作。復灌的過程中其灌漿次數應當比第一次灌漿次數增加2～3次。針對整個水庫堤壩上所有產生的裂縫按照上述操作進行處理，直到不再出現裂縫為止。

為了進一步提高水庫堤壩的運行質量，引入碳化防護處理技術針對堤壩壩面進行防護處理。采用人工的方式鑿除壩面碳化層，將其厚度控制在15 mm以內。通過上述處理方案能夠進一步提高水庫堤壩表面的抗腐蝕能力，進而提升壩面的耐磨性和抗沖刷能力，同時也能夠實現對壩面的美化，確保水庫堤壩能夠正常運行。

2 實例應用分析

根據上述論述，實現將劈裂灌漿技術在水庫堤壩防滲加固施工中的應用，為了進一步驗證其在實際工程項目中的可行性，選擇以某地區需要進行防滲加固的水庫堤壩為例，按照以上步驟完成對該堤壩的防滲加固施工。已知該水庫堤壩位于某流域一級支流的上游，是一個兼顧防洪、發電等眾多功能的綜合性高利用價值大型水庫。水庫堤壩主要是由黏土薄心墻和砂卵石組成，最高位置上的高度為76.00 m，堤壩上游和下游坡度比為1：0.18。該水庫堤壩設計壩頂的高程為263.5 m，水庫汛限水位為238.00 m，正常水位高度為243.00 m，設計洪水位為243.50 m。在明確該水庫堤壩基本工況條件后，對其堤壩滲流問題進行分析，并結合本文論述內容完成防滲加固處理。在前五年實踐中，該水庫堤壩水位普遍較低，壩體常常處于干燥狀態，沒有出現滲漏問題。在近一年中，水庫水位迅速上升，最高達到了243.25 m。在這期間，水庫堤壩滲水點部位出現3處管涌，均為清水帶砂。針對該堤壩需要進行防滲加固的區域進行坡段布孔，并引入劈裂灌漿技術完成分序鉆灌施工，最后通過復灌控制和封孔與堤壩壩面處理，完成對其防滲加固施工。為了驗證本文施工方法的應用效果，首先從防滲角度，對施工后的水庫堤壩滲流量進行記錄，對比施工前和施工后的滲流量，滲流量的計算公式(1)如下：

W=s/t

(1)

式中：W為水庫堤壩的滲流量，L/s；s為在相應的量水堰中流出的水量，L；t為規定時間，s。根據上述公式，對該水庫堤壩五個不同量水堰的滲流量進行計算。針對5個量水堰分別編號為#001、#002、#003、#004和 #005。完成計算后，將記錄結果繪制成表2。

表2 施工前后水庫堤壩滲流量對比 L·s-1

從表2中數據對比可以看出，施工前各個量水堰的滲流量均超過了1.5 L/s，而在按照本文施工方案完成施工后，各個量水堰的滲流量均降低到了1.0 L/s以下，滲流量均得到明顯減小。初步證明，本文引入劈裂灌漿技術的防滲加固施工方案在實際應用中能夠使水庫堤壩達到理想的防滲效果。為了進一步探究本文提出的施工方法在實際應用中是否能夠達到加固堤壩的效果，針對施工前后堤壩表面裂縫情況進行對比。已知在實施加工方案前，該水庫堤壩上共出現過5次縱向裂縫和2次橫向裂縫，裂縫寬度最大為2 mm，裂縫長度最大為35 mm。在完成施工后，將水庫堤壩當前裂縫情況進行記錄，得到如表3所示的結果。

表3 施工前后水庫堤壩裂縫情況記錄

從表3中記錄的數據可以看出，施工后量水堰#001沒有出現裂縫情況，而#002的裂縫數量僅為1條，并且其裂縫的長度和寬度對于水庫堤壩整體運行安全而言不會產生影響。綜合上述兩方面內容驗證得出，將劈裂灌漿技術應用到水庫堤壩防滲加固施工當中，可以有效減少堤壩的滲流量，并使其裂縫數量及長度、寬度得到有效控制，提高水庫堤壩整體穩定性。

3 結 語

針對當前水庫堤壩存在的穩定性差、滲漏問題嚴重現象，在引入劈裂灌漿技術后，提出一種全新的防滲加固施工方法。通過將該施工方法應用到實際的水庫堤壩當中，可有效提高水庫堤壩的運行穩定性，保障人們的生命財產安全。在實際施工過程中，還應當根據實際工況條件對相關防滲輔助技術進行合理選擇，以此達到更加科學、經濟的目的。盡管當前各類施工技術得到了不斷的發展，并且能夠在基礎處理和水庫堤壩防滲、加固方面作出貢獻，但劈裂灌漿技術仍然在技術上和經濟上具備更高的優勢，在實際應用中具有可控性強、連接可靠等優勢。在今后的研究當中，針對劈裂灌漿技術的上述優勢特點，還應從其他建筑工程類型當中對其進行應用研究，從而進一步提高劈裂灌漿技術的應用適應性。