灌漿施工技術(shù)在水利工程防滲處理中的應(yīng)用

伏 杰 徐書洋 戴 萱 王浩宇 鮑書娜

（江蘇省駱運水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800）

水利工程是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程，能給區(qū)域的防洪抗旱、城市用水等方面提供強(qiáng)有力支撐。在長期使用大壩的過程中，很多因素會導(dǎo)致大壩出現(xiàn)滲漏等問題，不僅很大程度地降低了堤壩的功能性，還會導(dǎo)致大壩出現(xiàn)崩塌和失效等嚴(yán)重的問題[1]。我國多數(shù)水利工程的修繕時間較早，受限于當(dāng)時的經(jīng)濟(jì)和管理等因素，大壩的使用年限并不長，很多大壩都出現(xiàn)滲漏、塌方等問題，造成嚴(yán)重?fù)p失。因此，該文利用灌漿技術(shù)，對其在水利工程防滲處理中的應(yīng)用進(jìn)行分析。旨在進(jìn)一步優(yōu)化水利工程的加固工作，使其有更大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

簡陽市的張家?guī)r水利工程于20世紀(jì)70年代修繕完成，屬于小型水利工程。為滿足城市用水、防洪抗旱等要求，需要對水源進(jìn)行擴(kuò)容和功能升級，確保城市用水的持續(xù)供應(yīng)。擴(kuò)建后的容量為13.56億m3，擴(kuò)建后的大壩高度升至108m，成為中型水庫，提升了蓄水能力，一般情況下，蓄水容量為1230萬m2，蓄水位為169m，洪水線位為172.8m，校對紅水線位為173.5m，死水位為164.2m，該水利工程為周邊居民提供了充足的水源，緩解了供需矛盾。此外，擴(kuò)建后能收集超過10km2的雨水，為農(nóng)業(yè)灌溉提供了支撐。雖然在擴(kuò)建后設(shè)置了防滲墻，但是在水量充沛的情況下，仍然會出現(xiàn)滲漏的問題，為保障大壩安全地運行，采用科學(xué)的灌漿技術(shù)對其進(jìn)行防滲處理，以此延長大壩的使用年限。

2 水利工程地質(zhì)條件和滲漏穩(wěn)定性分析

該水利工程的大壩采用粉土作為填筑材料，其力學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 水利工程填筑材料的力學(xué)參數(shù)

對大壩內(nèi)的填筑材料進(jìn)行顆粒分析，得出壩體的滲漏種類。共取樣5個，編號為1～5，取樣點均勻分布在大壩縱向且在大壩中心、路面下3m處。取樣細(xì)分結(jié)果見表2。在對其進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，取樣點的滲漏變形和損壞均為流土造成。

表2 取樣點細(xì)分結(jié)果

通過全面地分析可知，該水利工程的大壩極易發(fā)生流土滲透變形和損壞的問題[2]。因此，利用灌漿施工技術(shù)對該大壩進(jìn)行防滲處理。在防滲加固處理前后的出逸坡變化情況如圖1所示。由圖1可知，加固后的滲漏出逸坡降明顯降低，當(dāng)死水位在164.2m時，從0.113降至0.015，降幅為86.7%；當(dāng)正常蓄水位在169m時，從0.324降至0.154，降幅為54.5%；當(dāng)洪水位在172.8m時，從0.368降至0.158，降幅為57.1%；當(dāng)校對洪水位在173.5m時，從0.370降至0.159，降幅為57.0%。從這些數(shù)據(jù)中能看出，在加固后，能有效降低水利坡降，減少滲漏變形的情況。

圖1 水利工程大壩加固前后的出逸坡降變化情況

在對該大壩進(jìn)行加固后，出逸流速度降低，如圖2所示，當(dāng)死水位時，從0.197×10-6m3/s降至0.092×10-6m3/s，降幅為53.3%；當(dāng)正常蓄水位在169m時，從2.497×10-6m3/s降至1.592×10-6m3/s，降幅為36.3%；當(dāng)洪水位在172.8m時，從2.838×10-6m3/s降至1.843×10-6m3/s，降幅為35.1%；當(dāng)校對洪水位在173.5m時，從2.857×10-6m3/s降至1.865×10-6m3/s，降幅為34.7%。

圖2 水利工程大壩加固前后出逸流速變化情況

對該大壩采用不同的防滲墻進(jìn)行加固后，滲流量有明顯變化，如圖3所示，在死水位為164.2m的情況下，0～20m的基坑周邊土體沉降量會隨防滲墻深度的增加而變大，滲流量降低；超過20m后，滲流量下降更快。在其他情況下，滲流量的變化情況與死水位時相同，都是以20m為界線，但下降速度有一定差異，同時，前面3種情況下的滲流量非常接近且都超過死水位時的滲流量。

圖3 防滲墻不同深度加固的滲流坡降情況

采用不同的防滲墻對大壩進(jìn)行加固后的防滲墻底部滲流坡降變化情況如圖4所示。在死水位為164.2m的情況下，0～5m的底部滲流量隨著深度增加而降低，在超過5m后，滲流情況逐漸穩(wěn)定，在其他情況下，防滲墻底部的滲流坡降規(guī)律與死水位時相同，都以5m為界線，不同的變化規(guī)律與前3者相似，并且都超過死水位時的坡降。

圖4 防滲墻不同深度加固的底部滲流坡降情況

3 設(shè)計施工方案

3.1 高效制漿站配置與施工策略明細(xì)

施工方案設(shè)計：1）為保證按期完工，須組建高噴灌漿作業(yè)小組，計劃投入1套高噴施工機(jī)具，施工人員共16人。2）在攔河閘上游高噴灌漿軸線一側(cè)的適當(dāng)?shù)攸c搭設(shè)1個制漿站和臨時水泥庫，供制漿供漿用，占地面積各為150m2。3）按一周水泥用量考慮水泥庫水泥儲量。4）在施工中的棄漿按監(jiān)理工程師指定位置排放。5）須每臺機(jī)配置一臺150kVA的發(fā)電機(jī)保證施工供電，安放地點視現(xiàn)場情況而定。施工中要根據(jù)施工進(jìn)展移動幾次發(fā)動機(jī)，保持發(fā)電機(jī)與高噴設(shè)備的距離。6）選取合適的區(qū)域作為制漿站，當(dāng)設(shè)置制漿站時，選取1臺立式高速制漿機(jī)、1臺GB6-10泥漿泵、1個貯漿桶和1個清水桶作為主要的構(gòu)件，制漿能力超過6m3/h。

3.2 施工流程

具體施工流程如圖5所示。

圖5 施工流程示意圖

3.3 制定灌漿技術(shù)方案

在建設(shè)該水利工程的過程中，各部位施工尤為重要[3]，為保障各施工部位都能安全地投入使用環(huán)節(jié)，采用灌漿技術(shù)處理施工中存在的裂縫問題。在制定灌漿方案的過程中，需要根據(jù)該工程中的裂縫特點和實際情況，結(jié)合灌漿技術(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，明確最佳的灌漿施工方案，保證裂縫處理的有效性。此外，在確定最終方案前，需要進(jìn)行試驗，保證方案更科學(xué)、合理，同時在一定程度上控制灌漿的投入成本，提高修復(fù)裂縫的質(zhì)量。

3.4 布置灌漿孔

在利用灌漿技術(shù)處理該水利工程施工的裂縫前，須對裂縫進(jìn)行鉆孔處理，根據(jù)不同鉆孔的功能，劃分為3種類型：1）探縫孔。需要在灌漿間鉆孔，以此測量裂縫的深度，便于后續(xù)的施工。2） 灌漿孔。要對這種鉆孔采取輔助措施，處理裂縫中的灌漿，在明確鉆孔深度后，需要根據(jù)探縫孔測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行施工。3）騎縫或斜孔方式鉆孔。需要在裂縫兩邊布置斜孔，在騎縫鉆孔中，孔深為30mm～50mm，孔間距為25cm～30cm。該水利工程采用斜孔鉆孔方式對裂縫鉆孔工作進(jìn)行處理，孔間距為80cm～100cm，具體孔位布置如圖6所示。

圖6 斜孔孔位布置示意圖（單位：cm）

3.5 漿液配制

針對該水利工程施工存在裂縫的問題，需要專業(yè)人員對所有灌漿材料漿液進(jìn)行制備[4]，在制備漿液的過程中，需要按照嚴(yán)格的規(guī)定混合各種材料，并充分?jǐn)嚢琛Ｍ瑫r，工作人員必須對灌漿環(huán)節(jié)的壓力、時間和漿液配比等多種因素進(jìn)行有效控制，分批次制備漿液，做到即配即用，在完成制備后，需要及時投入使用。制備漿液需要結(jié)合裂縫的實際情況、施工當(dāng)天的氣溫、進(jìn)漿率、進(jìn)漿量來調(diào)整和控制漿液的制備量和黏性強(qiáng)度。

3.6 灌漿

對該水利工程施工的裂縫進(jìn)行灌漿前，首先，需要對其進(jìn)行壓水檢測，將水壓設(shè)置在0.3MPa，通過檢測，能了解灌漿管路和裂縫的暢通性，同時也能有效清理裂縫中的雜質(zhì)[5]。其次，根據(jù)具體的檢測情況，確定灌漿的壓力和灌漿量。當(dāng)進(jìn)行灌漿工作時，應(yīng)按照從中間到兩端的灌漿順序，針對側(cè)墻的伸縮縫，應(yīng)按照從下至上的順序且裂縫交叉位置多孔位同時進(jìn)行澆筑的原則。在對水利工程伸縮縫進(jìn)行灌漿的過程中，應(yīng)打開全部灌漿的孔洞，灌漿的壓力設(shè)置在0.4MPa～0.6MPa，最后，漿液順利注入孔洞后，將其作為進(jìn)漿口進(jìn)行漿液灌注。若進(jìn)漿量過小，需要適當(dāng)加大灌漿的壓力，直到漿液不再進(jìn)入孔洞，保持30min后可停止灌漿。

4 結(jié)語

綜上所述，水利工程出現(xiàn)滲漏的原因較多，包括外部的自然環(huán)境因素和內(nèi)部的人為因素等。通過分析不同的防滲加固處理方案和對壩體加固的效果得知，在水位不同的情況下，對大壩進(jìn)行加固，能有效降低大壩的滲流速度和流速；隨著墻體不斷深入，滲流量會不斷降低。由此可見，通過改變防滲墻的設(shè)置深度，能在一定程度上提高大壩的防滲能力，同時，在水利工程的防滲處理工作中，合理應(yīng)用灌漿技術(shù)，能夠起到一定的防滲作用，提高大壩的穩(wěn)定性，進(jìn)而延長水利工程的使用年限。