水庫施工中灌漿施工技術應用研究

◎ 邢澎濤 新疆兵團勘測設計院(集團)有限責任公司

水庫在我國各個地區均有廣泛分布，大部分水庫屬于中小型規模，建設時間至今已超過40年，水庫功能已不如往日，各種病害相繼出現，給水庫質量與安全性帶來威脅。對水庫的重要部位采取除險加固措施，是改善水庫功能、夯實水庫施工質量的重要舉措。近年來，帷幕灌漿技術在水庫施工中廣泛應用，此技術具有成本低、安全性高、方便操作等優勢，能夠很好的提高水庫工程的防滲效果。

1.灌漿施工技術概述

1.1 施工原理

灌漿施工是水庫工程除險加固施工中的重要技術類型，其基本原理為：通過增強壩基、堤岸的穩定性與堅固性，達到消除病害、提高水庫防滲效果的目的。在水庫工程最初階段的施工建設中，施工人員利用壓力作用在堆石體中打入粘土漿，然后填充堆石體的縫隙。堆石體結構的穩定性并不強，需要采用灌漿技術提高堆石體結構性能，這對于改善水庫壩基性能、增強壩基的安全性與穩定性至關重要。

1.2 施工特點

（1）安全性強：水利工程的使用時間較長，對施工質量的要求較高。要想滿足長期服役的要求，必須全面勘察周邊環境，充分了解工程所在區域的地形、地質、水文、氣候特點，圍繞實際情況制定施工方案。先在水庫工程的某些特定部位應用帷幕灌漿技術，確保施工質量，然后根據施工方案分配帷幕灌漿部位、開展施工管理，嚴格控制灌漿壓力，從整體上提升工程的施工質量。

（2）實用性強：隨著水庫工程建設規模的不斷擴大，難免會對周邊環境產生一定影響，同時也會促進區域經濟的發展。正是因為水庫工程并不是獨立存在的建筑項目，而是與當地環境、生態、文明、經濟等多種因素相互融合，因此更應該不斷完善水庫施工管理，提高施工要求與標準。帷幕灌漿技術工藝成熟，能夠全面提升水庫施工質量，讓水庫工程的功能和質量能夠更好的服務于社會，為社會大眾謀福利，真正體現水利工程的民生價值。

（3）經濟性好：在水庫工程的加固施工中應用帷幕灌漿施工技術，成本低，具有良好的經濟效應，能夠顯著提高水庫工程的施工質量。應用帷幕灌漿技術之前，應該明確鉆探部位，嚴格控制灌漿壓力，此過程并不需要額外的資金支持。而且帷幕灌漿技術能夠很好的促進混凝土凝固，讓四周形成穩定、牢固的整體，只投入較低的成本就能實現高質量的加固施工。

1.3 施工作用

（1）固化：水泥會和一些施工材料產生化學反應，比如粘土和水泥產生反應后，會形成具有“類巖體”特點的物質。與最初的粘土、水泥等材料相比，化學反應后形成的物質更加堅硬，固化作用更好。

（2）填充：灌漿施工技術的應用，能夠有效填充地層裂縫，把漿液壓入至堆石體中后，能夠最大程度的提高地層的密實度，增強地層對水流的截斷能力。

（3）粘合：漿液本身所具有的凝膠特點，能夠將水庫存在的各種空隙、裂縫進行充分粘結，以起到加固施工的效果，顯著增強建筑物的承載力。

（4）壓密：在壓力的作用下，利用灌漿施工技術能夠把堆石體中壓入漿液，然后通過壓縮把漿液注入到裂縫中，在擠壓效應的作用下，裂縫與漿液充分融合、填實，最終達到增強地層穩定性的效果。

2.帷幕灌漿施工技術的設計

根據壩體與周圍建筑物相互滲透這一特點，對水庫因年久失修而出現的變形、裂縫等質量問題進行妥善處理，最終達到避免水庫滲漏水的目的。帷幕灌漿技術的應用，需要嚴格按照規范要求采取灌縫護壁封堵與防滲漏施工，結合實際情況選擇施工設備與鉆機，提高施工效率和施工質量。全面分析帷幕灌漿技術的特點，可知此技術在水庫加固施工中具有突出優勢，也是目前提高水庫防滲漏效果的一線技術。正是由于帷幕灌漿技術具有施工效率高、施工成本低、經濟效益好等特點，因此在水庫防滲加固中應用廣泛。當然，該技術也有局限性，比如鉆孔深度有限，對壩體材料的性能要求較高，在鉆進施工中還會產生壓力差，導致動液面流速較慢，從而使縫隙堵塞等問題。完善帷幕灌漿施工技術的設計，可以一定程度的彌補技術上的不足之處。

2.1 帷幕設置

部分水庫壩基采用的是雙排灌漿帷幕，施工過程中必須嚴格按照質量要求控制材料與設備，合理選擇施工技術。灌漿帷幕設置的深度是55～60m，施工工藝如下：鋪設防滲體層，然后在大壩的壩面上鋪設帷幕灌漿材料、鉆孔，最后在鉆孔中關注水泥砂漿、混凝土等材料。施工過程中需要加強控制防滲體層的鋪設厚度、孔徑、混凝土強度。具體施工工藝流程圖如圖1所示。

圖1 帷幕灌漿施工技術

2.2 左、右壩肩帷幕

對水庫工程進行防滲加固施工的過程中，最關鍵的環節在于帷幕灌漿施工，施工質量直接決定了水庫的整體穩定性。左壩肩和右壩肩具有良好的防滲加固效果，大壩蓄水之后，壩體填土覆蓋層的厚薄不會產生太大變化，較強的透水性會直接威脅水庫安全。7～14m的碎裂石灰巖層屬于軟弱土層，其滲透系數是4.923m，軟弱土層多由粘性土與松散砂卵石、淤泥質粉砂巖等構成，很容易滲漏，所以在水庫加固施工中應該夯實帷幕灌漿施工質量。在內坡一級平臺上進行灌漿施工，壩體中部、河床部位、帷幕灌漿施工過程中，需要嚴格把握各段鉆孔壁和護砌的施工質量，避免二者之間出現裂縫[1]。

3.帷幕灌漿施工技術在水庫施工中的實踐應用

3.1 前期準備

（1）灌漿材料與漿液：按照1：1的比例選擇普通硅酸鹽水泥PO42.0和粉煤灰。嚴格檢查水泥出廠合格證、質量檢測證書，禁止受潮、結塊等劣質水泥進入施工現場。可以用庫水作為灌漿用水，根據灌漿施工的需要，在水泥漿液中添加適量水玻璃。水泥重量誤差控制在5%以內，均勻的攪拌漿液至少3min。配置漿液時，按照水→水泥→摻合料/外加劑→粉煤灰/細砂的順序依次加入材料。如果施工期間溫度較低，天氣寒冷，可適當采取防寒措施，保證灌漿液溫度為5～40℃。

（2）灌漿設備：全面檢測灌漿管道，保證管道能夠承受1.5倍以上的最大灌漿壓力。將壓力表設置在灌漿泵與灌漿孔口的位置，將灌漿壓力調整到壓力表最大標值的1/2處。準備壓力擺動范圍不超過灌漿壓力1/5的高壓灌漿泵與大量程的壓力表。根據施工要求準備適量具有耐腐蝕性能的灌漿閥門、孔口封閉器、鋼絲編織的膠管等材料。

3.2 施工要求

（1）施工前，對照設計圖紙核查施工方案和流程，全面了解帷幕灌漿施工現場的地形地質、水文特點。

（2）實地灌漿施工之前，先在現場實施灌漿試驗，根據試驗結果判斷施工方案的合理性，及時完善和調整不合理之處。

（3）根據試驗結果確定帷幕灌漿施工軸線的位置、帷幕深度與長度、帷幕數量等。

（4）根據試驗結果進行帷幕灌漿施工檢測，采取科學的加固措施。

3.3 帷幕灌漿施工技術流程

（1）設置灌漿孔：按照圖紙設計，將帷幕灌漿孔的具體方向標記在心墻軸線上，設置為單排孔，相鄰兩孔之間的距離＜2m，孔位的軸向偏差＜10cm，壩肩孔的深度為3m。鉆孔施工中，需要明確注漿管柱的位置、數量和具體尺寸。灌漿時注入適量水泥沙子作為止水劑，注漿時應嚴格把握灌縫的位置，泥皮的流動性與粘結性應符合設計要求，泥餅進入管道后，與壓氣管中的空氣混合均勻，然后再把壓力轉移至灌縫位置，以免發生滲漏。

鉆孔施工中，首先要做的工作是空位側方與鉆機就位，在鉆孔時持續加固孔壁與護筒，防止壩基滲漏，提高大壩結構的安全性。根據灌漿施工情況合理布置鉆孔，保證注水壓力能夠充分滿足大壩功能所要求的防滲標準，提高注漿效果。施工過程中應合理控制灌漿壓力，對帷幕灌漿縫部位的地形地質變化、裂縫等問題采取有效的處理措施，為灌漿施工的順利開展奠定良好基礎，保障水庫大壩的安全性。做好混凝土蓋板層的鉆進以及孔口管的埋設工作，合理選擇灌漿施工的注漿材料，保證注漿材料性能和質量良好，做好注水嘴的密封措施，預防滲漏。嚴格按照設計圖紙的要求處理混凝土灌縫，保證孔口的位置和尺寸能夠滿足水庫運行、維護、防滲漏質量要求[2]。

（2）鉆孔層面施工：固結灌漿施工完成后，可開始帷幕灌漿。漿液強度需要達到混凝土50%以上之后，才能進行灌漿施工。按照河床→左岸→右岸的順序為帷幕鉆孔進行獨立編號。需要注意的是，河床位置的編號方向是從左到右，左岸和右岸的編號方向都是從下到上。鉆孔深度需要比帷幕孔鉆孔大20m，并且鉆孔完成后還要測量并記錄孔的傾斜度。

（3）鉆孔沖洗裂隙與壓水試驗：①灌漿部位的鉆進施工結束后馬上清孔，將孔內的沉淀厚度控制在20cm以內。②灌漿前用壓力水將裂隙沖洗干凈，驗收達到標準后，接入灌漿器材，然后采用單點法或者五點法，按照從上到下的順序進行壓水試驗。各次序孔的各個灌漿段的壓水試驗都可采用單點法，壓力范圍保持灌漿壓力的80%。壓水時間保持20min以上。每隔3～5m測量一次壓入流量，根據流量表確定最終的流量數值。

（4）制漿層面的工藝流程：用新鮮的、不受潮結塊的硅酸鹽水泥制備混凝土，如果采用純水泥漿，可選擇普通攪拌機，攪拌時間＞30s。如果是普通水泥漿液，漿液溫度需要控制在5～40℃，時間不超過4h。如果溫度＞40℃，或者時間＞4h，應立刻終止灌漿施工，剩余漿液全部做廢棄處理。

（5）帷幕灌漿：灌漿壓力隨著高程升高而降低。高程＜160 m時，灌漿壓力為0.6～0.7 MPa；高程160～170 m 時，灌漿壓力為0.5～0.6MPa；高程＞170m時，灌漿壓力為0.5MPa。在基礎巖體和趾板不被搬動的情況下，應最大程度的提高帷幕灌漿壓力，讓灌漿壓力處于壓力表最大值的1/4～3/4之間。在漿液注入量＞300L，或者灌注時間＞1h，但灌漿壓力和注入率卻未見明顯變化的情況下，則需要調整灌注方法。在灌漿壓力不變，注入率持續降低的情況下，需要保持水灰比不變。在注入率＞30L/min的情況下，應該根據具體情況調整灌漿濃度。

（6）封孔：灌漿施工完成后，需要進行封孔。灌漿孔的注入率＜1L/min，持續注入1h，再中斷灌漿。采用“全孔壓力灌漿封孔法”進行封孔操作：使用射漿管把孔內的余漿全都換成水灰比為0.5：1的濃漿，然后提起射漿管，封閉孔口，讓濃漿源源不斷的注入孔內，完成封孔。封孔灌漿壓力采用設計的最大灌漿壓力，注入率＜1L/min時，持續不斷的閉漿1h以上。

3.4 灌漿施工要點

在可溶性巖石區域施工，很可能出現漏水問題，從而增加施工成本。針對漏水現象，可采用模袋灌漿與填充級配料的方式來處理，適合作為模袋的材料有聚丙烯、尼龍等。模袋具有較強的變形能力，可很好的適應各種溶洞形狀，更便于堵塞溶洞。而且模袋的耐磨性良好，在模袋中的水泥漿相互擠壓時，其中的水分也會被擠壓掉，最后只剩下水泥與砂土，加快了砂漿凝固速度。如果填充級配料時使用礫石的效果不佳，可采用黏稠度較強的水泥作為沖灌級配料。

4.結束語

綜上所述，灌漿施工技術是水庫工程地基加固、建筑防滲的重要措施，在水庫工程施工中應用廣泛，同時，這也是一種操作相對復雜的技術，對施工技術的要求較高。灌漿施工質量指直接管轄到水庫除險加固工程建設水平，因此應謹慎選擇灌漿工藝，科學調控灌漿參數與工序，促進水庫工程建設的順利開展。