探究水利工程除險加固中的灌漿施工技術

趙猛

黃河河口管理局利津黃河河務局 山東 東營 257400

引言

水利工程建設對社會和國民經濟發展意義非凡，特別是水庫大壩，能夠水力發電、防洪，提供農業用水、工業用水、水運和旅游開發建設等資源。水利工程的除險加固直接關系到農業用水、生活用水、工業用水的正常供給，更是關乎防汛防災的工作的功能和效果。受年代、工程質量、氣候等多重因素的影響，仍有大量水利工程在帶“病”運行，潛在威脅人民群眾的生命和財產安全。灌漿施工技術具有安全性高、易施行、施工成本低等優點，不僅可以大大提高水利工程壩基的入滲穩定性，而且對提高運行安全系數以及生態、防洪和經濟優勢效果顯著。

1 水利工程除險加固中灌漿施工的概述

灌漿施工原理是在填石壩基礎施工過程中，利用一定的壓力，向填石體內部填充黏土漿。灌漿時，要控制灌漿壓力，施工要符合設計的壓力范圍。灌漿最重要的方法是控制施工壓力，使漿液能夠水力注入堆石料中，灌漿常采用低壓[1]。在灌漿施工中，如果水庫壩基較低，間隙較大，使用高壓灌漿可能會造成灌漿開裂，對壩基造成嚴重破壞。因此，要控制灌漿壓力，保證水利工程除險加固工作的順利開展。

2 灌漿施工的作用

一是硬化作用。諸如水泥之類的材料可以與其他材料發生化學反應。例如，水泥可以與地下土層中的黏土等軟質材料發生某些化學反應，產生比水泥和黏土更硬的“類巖體”，固化作用明顯[2]。二是壓密作用。漿液注入填石料時，對地層有一定的擠壓作用，漿液注入稍小的間隙，通過壓縮作用，壓縮間隙和裂縫，保證飽滿度和穩定性。三是填充作用。漿液注入堆石后，可起到填充裂縫的作用，能更快地阻斷水流，提高層間隙的致密性。四是黏合功能。由于灌漿是凝膠狀的，具有很強的黏合性能。

3 水利工程灌漿施工技術要點

灌漿施工技術主要包括壓力控制、打孔操作等環節。灌漿法的原理是對巖壩施工中因壓力而產生的碎石裂縫進行填充。壓力控制直接影響灌漿施工技術的應用，因此施工人員使用壓力將灌漿推入開裂的縫隙。灌漿施工技術側重于處理壩基裂縫，提高壩基穩定性。采用多次注漿作業，保證填土漿液從壩坡上被充分吸收，若有嚴重漿液，應及時堵漏。灌漿工藝的優化是施工技術應用的重點，首先，在灌漿工作中，必須安排好按順序打孔。優化灌漿施工技術，發揮出良好的固化效果。在鉆孔工作中注意通過合理的檢測防止施工失誤，嚴格遵守施工原則與技術規范，進一步強化水利工程的除險加固工作。灌漿施工技術在水利工程中的應用，包括施工準備和合理養護，都需要這些過程的標準化。在勘探工作中，要熟悉水利工程的施工流程，施工人員要明確壩基的高度和堆石的數量。灌漿施工前，應選擇適合技術應用條件的觀測位置，并記錄布置的數據信息。為提高灌漿的抗壓強度，應對除險加固的全過程進行合理養護。施工質量檢驗可以保證加固工程的效果，工程質量檢驗可以選擇從上至下的方式，泥漿沿壩體軸線澆筑[3]。水利工程大都位于巖溶地質區，地質結構十分復雜，采用灌漿技術能夠提高地基穩定性。

4 水庫和堤壩防滲的目的

4.1 防止滲漏損失

如果水不受控制地從水庫或大壩的滲流通道中流出，輕者工程效益會減弱，在嚴重的情況下，水庫將無法蓄水。一些滲水大壩還可能將周邊建筑、農田淹沒，會給國民經濟造成巨大損失。嚴格來說，這就是對水資源的一種浪費。然而，對于大多數水庫來說，輕微的滲漏是可以允許的。事實上，再好的防滲堵措施，也不可能使水庫或大壩做到滴水不漏。水通過巖石裂縫和土層空隙，在水流的作用下，壩基土壤首先沖刷出來，形成空洞，使滲徑減小，水力坡度增大，入滲量進一步增加。如果空洞侵蝕并延伸到壩底或壩體，最終會導致潰壩[4]。水的流動對通道介質產生穿透力，降低土粒間的有效應力，土的抗剪強度與其所承受的有效應力有關。穿透力的存在和大小會對地基的承載能力和穩定性產生負面影響，無論是物理上還是化學上。上述現象多見于砂基地基、巖石裂縫、斷層、溶洞、泥質夾層，但發生概率和擴散規模減小，危害的程度也相對降低。

4.2 防止壩基失穩

水庫、大壩中的水向外滲透，在滲透場中，水對巖土介質施加兩個力。一種是在一定條件下可以去除粒狀顆粒并引起細化的穿透力，另一種是作用于孔隙界面的靜水壓力。潛水面以下的物體都會因物體排出的水的重量而減少。孔隙水壓力不僅存在于水流動的地方，也存在于水完全靜止的地方。孔隙水壓力的產生不可避免地導致基礎構件之間有效應力的降低。這是因為，在水充滿孔隙的地方，地基和置于其上的建筑物所施加的總載荷由中間骨架和孔隙中的水分擔。當然，在地基總應力一定的情況下，孔隙水壓力的增加必然會降低有效應力。再者，由于孔隙水壓力在各個方向上具有相同的強度，它的增加不可避免地會使應力場的3個應力同時變為相同的值。這可能會對大壩和基巖的穩定性構成威脅。作用于壩底的孔隙水壓力通常稱為壩基抬升壓力，孔隙水壓力的存在不僅嚴重影響巖石的許多物理性質，而且在許多現代構造運動中起著關鍵作用，更重要的是，造成了許多大壩的事故和破壞。孔隙水壓力的增加意味著圍壓的減弱和基質間有效應力的降低，從而使原本被壓縮的巖石裂縫和填充物松弛。所有這些都會增加地層的孔隙度，提高滲透率，增加壓應變，降低凝聚力和內摩擦角。

5 灌漿施工在水利工程除險加固中的實施

5.1 前期準備

首先，在籌備階段，各參建單位應由專人對施工圖進行多次詳細審核，然后召開專題會議，交流意見。如有爭議，應結合實際場地條件和特點進行研討。同時要注意協商時間，避免因規劃決策過長而耽誤工期。如果發現難以執行的地方，需要及時與設計人員溝通。其次，在施工前對整個除險加固工作進行細致而詳細的勘察，將有助于提高注漿施工質量，例如確定填石體間隙的大小，勘察除險加固工作中可能存在的各種情況。這將有助于后續的注漿工作，如鉆孔、注漿等。灌漿所需的各種材料應準備充分，并充分考慮灌漿距離、泵容量等各種施工因素。對于一些不必要的問題，要及時做好施工人員的現場巡查管理，還要提前做好施工期間的交通情況。

5.2 打孔

注漿孔的位置應根據要求合理設置，注漿孔間距設置在3m之間，并按順序擴大。如有特殊情況需要調整孔位的，須先通知監理工程師并取得專業判斷和施工許可后，方可施工，并記錄調整孔位的具體位置[5]。在對施工區域進行清理平整后，需要設置好鉆架和鉆機，鋪設工程所需的相應地坪，根據情況設置鉆孔平臺，并保持安裝好的鉆機穩定。確保鉆機的電源、供電等設備正常穩定，使施工快速順利完成。在此過程中，需要盡可能控制成孔方向，每個注漿孔都需要檢查孔斜度，具體實施步驟如下：每5m做一次斜角測量，表示孔的深度大于30m。每10m做一個斜角測量，表示孔的深度小于30m。孔斜范圍應合理控制在離上層20m以內。采取糾偏措施時，如果鉆孔的偏差值大于設定的最大允許規格值，應進行測偏操作，效果不達標應重新開孔。調整好孔向后，即可設置注漿段長度，誤差應控制在30cm以內。注漿施工方式通常分段進行。鉆孔一序、二序孔為鋼管樁注漿孔，在基坑開挖中起支護作用，三序為注漿孔。在這些過程完成期間，應進行適當的控制和測試，以確保其滿足施工要求。

5.3 沖洗及水壓實驗

鉆孔后，可使用水平校準來驗證鉆機底座是否符合工程規范的要求。鉆機固定后，應進一步檢查水平和穩定性。一般情況下，每個孔段鉆孔完成后，要進行鉆孔沖洗作業，用壓力水沖洗裂縫位置，沖洗時間至少應為30min，沖洗壓力保持在1MPa以下。正常情況下，試壓作業在裂隙沖洗作業之后進行。

5.4 灌漿材料的選擇及漿液制作

進行灌漿時，應根據工程設計和規范要求選擇灌漿材料，通常在填筑水庫壩基時采用重粉質的黏土材料，黏土材料的主要成分是粉砂粒。開挖作業完成后，下一步就是將泥漿注入填石縫隙中，在制漿過程中，必須嚴格控制泥漿的成分和濃度，以免影響泥漿的質量。

5.5 灌漿

灌漿前，及時對每個環節的額要點進行監管，確保灌漿機處于最佳運行狀態。為保證注漿工作的順利進行，施工作業應按設計方案分步進行，堆石填筑按照從上到下的順序進行。

5.6 封孔

水利工程除險加固灌漿完成后，要及時將填好的孔封堵。在封孔過程中，必須采用置換或壓力注漿等封堵方法，以達到施工標準。整個過程要規范嚴謹，按時詳細記錄，確保漿液不出現泄漏、溢出等現象。當壩坡出現冒漿時，需要開挖回填，同時改變原有灌漿方式，整個灌漿過程要分流，多次灌漿作業，待壩坡灌漿填充物充分吸收；壩基底部發生冒漿時，應將壩基底部冒漿通道填滿堵住，所間隔的灌漿時間和灌漿量應有效控制單次灌漿。如果封孔時出現冒漿，說明灌漿已達到飽和，停止灌漿封堵即可。在風險排除加固過程中，要進行合理的維護保養，避免不必要的設備損失。相關研究結果表明，高流動性水泥漿在水利工程建設中往往具有較好的除險加固效果，因此應更明確地選用高強度漿料來確認材料的漿料流動性。此外，在進行合理養護時，應具體確定施工設備的運輸難度[6]。

5.7 施工質量檢驗

施工質量檢驗可以保證加固施工的效果，填漿完成后，應仔細檢查漿料的整個施工過程，施工質量主要應嚴格檢查以下幾個方面：在整個注漿過程中，可逐級檢查注漿處理情況，主要用于前期勘探、鉆孔、制漿、注漿和封孔的質量控制和檢測，以及注漿施工結束后在壩體內進行質檢工作。墻體的厚度和連續性必須嚴格檢查和把控。技術人員和質檢人員要認真分析技術文件和材料，根據施工現場的實際，嚴格遵守職業道德的要求和檢驗的標準，對所取樣本進行專業、嚴謹的測量判定。

6 結束語

水利工程的建設，能夠合理利用水資源，興利除害，增進人民福祉。正確利用現有的工程技術，保障水利工程實效的順利發揮意義重大。以上分析表明，我國水利工程在施工過程中，受建筑材料和施工方法的影響，壩基處理過程中容易出現裂縫。在使用過程中，由于受流水的侵蝕、壓力、地殼運動等的影響，縫隙逐漸增大，不僅影響水利工程的運行安全，此外還會降低水利工程的使用壽命。灌漿施工技術可以有效解決開裂問題，實現水利工程除險加固的目的。為確定實際灌漿方式，施工人員要充分結合這兩個因素的研究分析結果。主要的一類是水，第二類因素是吸漿。施工單位在施工前應結合各種實際施工條件，科學、合理地選擇注漿施工工藝，并根據實際施工環境正確進行施工，以有效降低水利工程在除險加固工作完成后出現各種問題的可能性。