水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程壩基固結(jié)灌漿施工方法設(shè)計(jì)

季曉冬

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘測(cè)總隊(duì)，新疆 昌吉 831100)

1 工程概況

本文以哈英布拉克水庫(kù)為例，設(shè)計(jì)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程壩基固結(jié)灌漿施工方法。哈英布拉克水庫(kù)位于新疆阿勒泰地區(qū)富蘊(yùn)縣城東南約30 km，地理坐標(biāo)為北緯46°43′～47°01′，東經(jīng)89°30′～90°07′。該區(qū)域的海拔高程在970～1300 m之間，主要在山前丘陵區(qū)較低山谷地形處筑成水庫(kù)。水庫(kù)上游集水面積約460 km2，是典型的“三邊”工程，屬于小(2)型工程。該水庫(kù)的主要任務(wù)是積蓄天然河道水、融雪水、暴雨匯流水等，在調(diào)節(jié)灌溉期，用積蓄水滿足下游32.44 hm2農(nóng)田、草場(chǎng)的灌溉條件。哈英布拉克水庫(kù)水系呈扇形，南北寬約33 km，東西長(zhǎng)約36 km。水庫(kù)隸屬喀拉通克河，河流全長(zhǎng)約65.9 km，流域總面積約827.2 km2，河道縱比降17.3‰。河流總體呈東西走向，最終在富蘊(yùn)縣城以南匯入額爾齊斯河。水庫(kù)主要在下游中低山丘陵區(qū)的箱型河谷段，基巖表層覆蓋有一層厚度在0.3～0.5 m的殘坡積碎石土，大部分基巖直接裸露，影響了水庫(kù)壩基的穩(wěn)定效果。因此，該水庫(kù)的壩基亟須進(jìn)行固結(jié)灌漿施工，確保水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固施工效果。

2 施工方法設(shè)計(jì)

2.1 制備固結(jié)灌漿漿液

哈英布拉克水庫(kù)地形地貌嚴(yán)格受地質(zhì)構(gòu)造的限制，施工區(qū)域處于富蘊(yùn)—錫伯杜斷裂與額爾齊斯深大斷裂之間，巖體切割較劇烈。因此，水庫(kù)壩基施工的整體性差，相對(duì)破碎[1-5]。為了防止水庫(kù)壩基灌漿施工中出現(xiàn)的滲透現(xiàn)象，本次工程從制備固結(jié)灌漿漿液角度出發(fā)，在根本上提升灌漿穩(wěn)固性。在制備灌漿漿液之前，首先利用周圍村莊的電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)工程區(qū)域進(jìn)行供電，并采用40 kW、15 kW柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源[6]。施工通信方面直接連通工程網(wǎng)絡(luò)。考慮到灌漿過(guò)程中的排水問(wèn)題，本次工程修建簡(jiǎn)易的排水溝渠，施工區(qū)域形成的廢水與積水直接通過(guò)簡(jiǎn)易排水溝渠排出工作區(qū)。其他消防設(shè)施、生活用品、信號(hào)等方面均按照實(shí)際情況設(shè)置。在施工前準(zhǔn)備工作做好之后，開(kāi)始制備漿液。受到水庫(kù)地形的限制，本文將漿液制備的水泥、鋼筋鋼板、外加劑、石油瀝青、土工合成材料、粉煤灰、粗骨料、細(xì)骨料等材料進(jìn)行質(zhì)量控制。漿液制備情況如表1所示。

表1 漿液制備情況

本次工程漿液制備的各個(gè)比例，嚴(yán)格按照上述指標(biāo)進(jìn)行控制，以提高灌漿漿液的加固效果和施工質(zhì)量。

2.2 監(jiān)測(cè)灌漿孔的加固結(jié)構(gòu)

本次灌漿施工過(guò)程以固結(jié)灌漿方式為主，為了提高灌漿穩(wěn)固性能，本文采用上行固結(jié)灌漿處理與下行固結(jié)灌漿處理兩種形式[7]。上行固結(jié)灌漿處理的灌漿孔深度約4500 cm，下行固結(jié)灌漿處理的灌漿孔深度約2500 cm[8]。本文將上行下行固結(jié)灌漿處理分為1、2、3、4部分，灌漿孔如圖1所示。

圖1 灌漿孔加固位置(單位：cm)

灌漿加固結(jié)構(gòu)水平長(zhǎng)度為20 m，寬度為12 m，需要在加固結(jié)構(gòu)上布設(shè)灌漿孔，并對(duì)孔內(nèi)灌漿情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本文將注漿加固結(jié)構(gòu)分為三部分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，1區(qū)域砂礫料高度為3000 cm，2、3區(qū)域砂礫料高度為1500 cm，4區(qū)域砂礫料高度為2000 cm。四個(gè)灌漿加固孔的布設(shè)，有效地監(jiān)測(cè)到孔中灌漿情況。對(duì)于1、2部分的灌漿過(guò)程，采用從上到下的灌漿方式，利用壓力灌漿法，將漿液灌注到壩基裂縫處。對(duì)于3、4部分的灌漿過(guò)程，采用循環(huán)式固結(jié)灌漿方式，通過(guò)幾個(gè)灌漿孔循環(huán)灌漿的方式，提高壩基灌漿的穩(wěn)固性[9]。考慮到哈英布拉克水庫(kù)的特殊地形條件，本次工程在灌漿過(guò)程中將灌漿孔布設(shè)到砂礫料之間，以砂礫料全包圍的形式，對(duì)灌漿孔進(jìn)行布設(shè)。在連續(xù)灌漿的施工條件下，灌漿材料出現(xiàn)了微凝現(xiàn)象，無(wú)法進(jìn)行下一步作業(yè)。因此，將灌漿材料放置在陽(yáng)光下，以天然的加溫形式，減慢灌漿材料凝結(jié)時(shí)間。同時(shí)，在灌漿孔周圍放置了可監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)設(shè)備，以在灌漿過(guò)程中監(jiān)測(cè)實(shí)際孔內(nèi)的注漿環(huán)境。灌漿壓力超出了實(shí)際灌漿壓力時(shí)，可根據(jù)環(huán)境變化不斷調(diào)整灌漿壓力，從而實(shí)現(xiàn)灌漿加固結(jié)構(gòu)的綜合控制。

2.3 下設(shè)穩(wěn)固灌漿套閥管

在水庫(kù)中地形較為復(fù)雜的區(qū)域，上述灌漿方式不能繼續(xù)使用。因此，本文在復(fù)雜地形處，下設(shè)了灌漿套閥管。首先，利用XY-2B型地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、金剛石鉆頭、膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)復(fù)雜作業(yè)區(qū)，終孔孔徑≥91 mm，孔底片斜率≤2.5%。其次，在地表上填埋穩(wěn)定性較強(qiáng)的膨潤(rùn)土泥漿，并將灌漿孔暴露出來(lái)，并清洗灌漿孔。保證灌漿孔周圍干凈的基礎(chǔ)上，通過(guò)新打出的小孔向壩基注入泥漿料，壓注的泥漿料密度≥0.02 g/cm3，確定孔內(nèi)注滿之后，即可下設(shè)套閥管。

套閥管為89 mm的鋼管，底部為封閉狀態(tài)，兩個(gè)管節(jié)之間以螺紋相連接，保證管內(nèi)灌漿的連續(xù)性。同時(shí)，套閥管管軸之間每個(gè)30～50 cm設(shè)置一個(gè)環(huán)形出漿孔，每隔環(huán)形出漿孔存在2～5個(gè)小孔，孔徑在8～15 mm范圍之內(nèi)，出漿孔之外用密封性較大的橡皮材料箍緊。當(dāng)灌漿壓力增加時(shí)，出漿孔的壓力較大，可直接沖破橡皮材料，即可完成管內(nèi)灌漿。而灌漿壓力較小時(shí)，出漿孔的壓力正常，不會(huì)沖破橡皮材料，即可完成其他作業(yè)區(qū)間的灌漿。套閥管安裝完成之后，在管內(nèi)填入砂礫料，依靠套閥管自重下沉到作業(yè)區(qū)域內(nèi)。此時(shí)，在套閥管開(kāi)環(huán)后灌注清水10 min，再用泥漿材料進(jìn)行灌漿，開(kāi)環(huán)灌注的灌漿壓力在1.52 MPa，灌漿壓力隨著深度變化而變化，灌漿深度每增加100 cm，灌漿壓力增加0.15～0.35 MPa；灌漿深度增加到100～300 cm時(shí)，灌漿壓力存在0.35～0.55 MPa的變化趨向；灌漿深度增加到300～500 cm時(shí)，灌漿壓力存在0.55～1.05 MPa的變化趨向；灌漿深度增加到500 cm以上時(shí)，灌漿壓力在1.05～2.05 MPa的變化趨向范圍內(nèi)。此種灌漿方式更加適用于水庫(kù)復(fù)雜地形條件，灌漿穩(wěn)固性也會(huì)隨之增加。

2.4 壩基加固防滲灌漿

為了實(shí)現(xiàn)水庫(kù)壩基的高質(zhì)量施工，本文完成了基礎(chǔ)地形灌漿與復(fù)雜地形灌漿，灌漿時(shí)水泥漿液為Ⅲ級(jí)水固比，分別是3∶1、2∶1、1∶1，漿液以稀變濃的形式調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，對(duì)灌漿壩基進(jìn)行防滲加固。在漿液灌注結(jié)束之前，灌漿壓力保持不變，漿液注入率減少，此時(shí)改變漿液的水固比，保證最終灌漿的穩(wěn)固性。同時(shí)，在灌漿量達(dá)到1000～1500 L時(shí)，灌注時(shí)間在30 min左右，灌漿壓力與注入率沒(méi)有明顯變化，此時(shí)壩基出現(xiàn)輕微滲漏現(xiàn)象。因此，本工程將Ⅲ級(jí)水固比的灌漿漿液轉(zhuǎn)變?yōu)棰蚣?jí)水固比，并灌漿10 min水固比再減少為Ⅰ級(jí)，由此保證壩基灌漿的稀濃變化效果，進(jìn)而提高壩基灌漿質(zhì)量。

將壩基進(jìn)行灌漿加固之后，壩基表面較為平整，不存在漿液滲漏現(xiàn)象，施工質(zhì)量較為穩(wěn)定。

3 施工結(jié)果

利用上述施工方法，對(duì)哈英布拉克水庫(kù)壩基進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿后相關(guān)施工參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 壩基灌漿施工參數(shù)

如表2所示，灌漿孔高程、鉆孔深度、混凝土厚度、入巖深度、透水率、耗灰量、灌漿平均段長(zhǎng)、灌漿孔數(shù)目、基巖總長(zhǎng)度、灌漿壓力等施工檢查內(nèi)容，其施工參數(shù)均在標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍內(nèi)，灌漿施工質(zhì)量較高。哈英布拉克水庫(kù)大壩加固效果更佳，不存在塌岸和邊岸再造問(wèn)題，庫(kù)岸整體穩(wěn)定。

4 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái)，水庫(kù)的修建數(shù)量逐漸增加，在防洪蓄水方面起到了至關(guān)重要的作用。隨著水資源用量的增加，水庫(kù)工程規(guī)模擴(kuò)大，水庫(kù)壩基逐漸不能滿足實(shí)際用水需求，壩基開(kāi)始出現(xiàn)不穩(wěn)固的情況。基于此，本文提出了一種水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程壩基固結(jié)灌漿施工方法。在制備出堅(jiān)固灌漿漿液的基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)灌漿加固結(jié)構(gòu)的實(shí)際灌漿情況，再固定住灌漿套閥管，加固壩基，提升其穩(wěn)定性，在真正意義上實(shí)現(xiàn)水庫(kù)壩基的穩(wěn)固施工。