趙 鳳 英

1 堵漏問題的重要性

在水工建筑物地基防滲處理施工過程中,經(jīng)常遇到以下現(xiàn)象:防滲墻造孔時(shí)沖洗液或護(hù)壁泥漿突然漏失殆盡,造成孔壁坍塌,使施工無法繼續(xù)進(jìn)行；在灌漿封堵時(shí),經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間大量灌注水泥及混合漿液也很難堵住。這都預(yù)示著遇到了較大的過水通道,不對(duì)其封堵,勢(shì)必造成嚴(yán)重漏水。堵塞這樣的大通道,正是做防滲處理的首要任務(wù)之一,堵住了這樣的大通道,就有可能使?jié)B漏問題得到解決。

多年來國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者對(duì)漏水通道堵漏問題給予了足夠的重視,用了許多辦法,做過很多努力。然而,直到目前為止,在相關(guān)工程中,此問題并未得到徹底的解決,有專家不斷提出新的試驗(yàn)研究與建議,也經(jīng)?？吹皆S多水利水電工程存在著漏水問題沒有得到解決而不能發(fā)揮效益。

本文將多年來水利水電工程中采用過的各種堵漏方法和堵漏研究成果匯集并作簡(jiǎn)單評(píng)述。希望能對(duì)從事該項(xiàng)工作的人員有所啟示和幫助。

2 早期采用的堵漏方法

以前在勘探鉆孔時(shí)遇到大量漏水、漏漿情況,在大量灌入水泥漿、粘土漿而無效時(shí),使用過倒入干黃豆、干海帶,利用其浸水膨脹堵住空隙。后來又有在灌注的漿液中摻加鋸末、棉籽殼、核桃皮、碎紙屑、云母片等纖維物質(zhì),目的是想形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),降低漿的流動(dòng)范圍使?jié){液能在某處被擋住、扯住,以形成淤塞。為此,地礦部石油鉆井研究所1995年發(fā)表過研究成果,將這些堵漏材料一律稱其為 “橋堵”材料,第一次把這些材料上升到理論高度。但是,采用以上這些辦法堵漏,其效果不太理想,有些材料填入困難,不易施工,尤其是有些材料不能立即制止住滲漏,便很少使用了。

3 水泥-水玻璃灌漿堵漏

在灌漿中使用水泥-水玻璃漿液對(duì)長(zhǎng)時(shí)間吃漿不止的特大滲漏通道進(jìn)行堵漏處理,這一方法最早是在煤炭工業(yè)部煤礦礦井建設(shè)中首先采用并開發(fā)出來的。由煤炭科學(xué)研究院建井所注漿室編寫的《煤礦注漿技術(shù)》一書(1978年出版),從理論到實(shí)施方法都作了十分詳細(xì)的介紹。

水泥-水玻璃灌漿堵漏方法,是將合格的水玻璃即硅酸鈉(Na2o.nsio2)溶液和1∶1左右的水泥漿依據(jù)經(jīng)試驗(yàn)確定的瞬凝時(shí)間,用預(yù)先混合好的 “單液”向滲漏底層灌注——單液法灌漿；或者分別將水玻璃及水泥漿從1孔中的內(nèi)外管或相距不遠(yuǎn)的2個(gè)孔中注入,使其在地下相遇、混合、凝結(jié)——雙液法灌漿。用硬結(jié)后的 “硬塊”去堵塞空隙通道。

大量實(shí)踐表明:對(duì)于滲漏量不十分大的、沒有地下水強(qiáng)烈流動(dòng)的通道,可以在較短的時(shí)間內(nèi)取得止漏效果；對(duì)于附近有跑漏漿(或明或暗)通道,往往在耗用大量漿材之后才能取得一定效果；對(duì)于有大股水流流動(dòng)的通道,則很難奏效。其主要原因之一是材料在地下并不完全像在地面上試驗(yàn)時(shí),兩種漿液一經(jīng)摻和攪拌,就會(huì)在一定時(shí)間之內(nèi)立即整體地轉(zhuǎn)變成 “硬體”或 “海綿體”,而是在流動(dòng)的水中先形成棉絮狀又像 “疙瘩湯”一樣的碎塊,等滯留聚集在一起之后,才能起到堵塞作用。

用水泥-水玻璃漿液堵漏方法費(fèi)用較高且造成地下水污染,對(duì)環(huán)保不利。因此,此堵漏方法只限于環(huán)保要求不高地區(qū)的局部使用。

4 膏狀漿堵漏

上世紀(jì)80年代,中水基礎(chǔ)局在貴州省烏江上游紅楓水庫(kù)干砌石壩體內(nèi)重新建造一道膏狀漿灌漿帷幕,這道帷幕的作用是代替正在逐漸腐朽的原防水木斜墻。由于干砌石壩體孔隙率高達(dá)30%以上,而且下游一面臨空,如用常規(guī)漿液灌注,將會(huì)耗用大量漿材；不可避免地向臨空面跑漿,并限制不能采用較高的壓力灌漿。為保證形成一道高質(zhì)量的防滲帷幕,又不過多地耗用漿材和時(shí)間,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究,決定采用 “膏狀漿”的新漿液進(jìn)行施工,見圖1。

圖1 紅楓水庫(kù)干砌石壩體灌漿示意圖(高程:m,其余:cm)

“膏狀漿”是一種類似牙膏一樣的不會(huì)分離的恒勻粘稠型漿液,具有很好的的粘稠性、膠粘度(即較高的塑性屈服強(qiáng)度 τ0值),其流動(dòng)距離短,能迅速在通道中沉積、堵塞,形成一個(gè)擴(kuò)散度不大的 “窄帷幕”。

“膏狀漿”以水泥為主體,摻合粉煤灰、當(dāng)?shù)卣惩?或再加增塑劑、速凝劑等。用低配比的水?dāng)嚢瓒?倒到地上可以成堆狀,能用泥漿泵輸送。

用此漿液,在紅楓壩體內(nèi)做成了合格帷幕,取得了成功。中水基礎(chǔ)局近年在山東尼山、四川明和、云南小灣圍堰等灌漿中曾大量使用,不久前,在構(gòu)皮灘水電站溶洞處理中采用此方法,取得了較好的效果。

分析紅楓等工程實(shí)例,取得堵漏效果較好的工程,大多是在較干燥無水流的條件下施工,這些地層只是空隙較大或連通較遠(yuǎn)才導(dǎo)致漿液大量流失,而不是被大的水流沖走,所以空隙會(huì)被膏狀漿液逐漸堆積形成堵塞。用的漿液越稠,粘度越大,堵塞的時(shí)間就會(huì)來得越早。如果是有大股水流的地層,其灌漿效果可能就會(huì)有很大的不同。有關(guān)文章也提出:解決膏狀漿液的防沖問題,是進(jìn)一步改進(jìn)其堵漏效果的研究課題。

5 防沖膏漿堵漏

在孫亮等編寫的《淺論特種灌漿材料現(xiàn)狀與前景》一文中講道:“抗水沖漿液是在膏漿的基礎(chǔ)上提出來的。膏漿的塑性是靠加入微細(xì)顆粒實(shí)現(xiàn)的,在較高流速水流沖擊下,會(huì)產(chǎn)生水泥顆粒和細(xì)微顆粒之間的分離而失去塑性,抗水沖漿液也是高塑性漿液,但采取了其他提高塑性的機(jī)制,漿液的抗水溶解能力比膏狀漿強(qiáng)得多,使水對(duì)水泥漿的稀釋作用減弱,從而實(shí)現(xiàn)堵漏和漿液的擴(kuò)散距離的控制?！薄把芯孔C明,抗水沖漿液的初始粘度較大,多在60 s以上,部分配比流動(dòng)度不到10 cm,凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng),初凝時(shí)間8 h以上,抗沖性能大大提高,最大可抵抗地下水流速達(dá)1 m/s左右?！薄八淖畲髥栴}是工作性能差,流動(dòng)性損失較快,可泵時(shí)間均在15 min以下,有的還不到5 min。因此,還沒有在工程中獲得應(yīng)用。如果能在這方面有所突破,則該材料的前景還是相當(dāng)不錯(cuò)的?！?/p>

肖思尚同志在《大空隙地層條件下幾種灌漿技術(shù)的探討》一文中認(rèn)為,“防沖膏狀漿液其主要成分為水泥,膨潤(rùn)土、粉煤灰、速凝劑、抗分散劑。具有抗沖刷、凝結(jié)時(shí)間易于調(diào)整、強(qiáng)度高等特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)表明該種漿液可在1 m/s流速的水中不被分散,是堵漏的首選材料,可用于大涌水部位的堵漏灌漿?！彼€進(jìn)一步試驗(yàn)研究另一種更好的堵漏防沖材料——纖維膏漿,是在防沖膏漿中摻加聚丙苯烯纖維。當(dāng)網(wǎng)狀纖維投入到膏狀漿液中后,在攪拌過程中纖維被充分張開,均勻分布于膏狀漿液中,可起到滯留效果,從而封堵住大空隙。

中國(guó)水利水電科學(xué)研究院以楊曉東、張金接為代表的幾位學(xué)者,在進(jìn)行研究和多次發(fā)表的文章中,提出用速凝的膏狀漿來提高抗沖散能力,并在他們承做的堆石圍堰等許多堵漏工程上應(yīng)用,取得過較好的效果。

無論是使用速凝的水泥-水玻璃漿、一般的膏狀漿、或是具有較高抗沖能力的改性膏狀漿,都是基于一個(gè)基本理念,即都是要把在地面上制好的漿液送到離鉆孔不太遠(yuǎn)的空隙通道里,使它原封不動(dòng)地凝結(jié)、變硬,從而把正在過水的通道堵住。實(shí)現(xiàn)把漿液送到不遠(yuǎn)不近、恰到好處的地方,就地硬結(jié)、堵塞,應(yīng)該是灌漿的最高理想和追求目標(biāo)。也稱為 “可控性灌漿 “,意思是充填距離可由人預(yù)先來控制。若確能如此,不僅可將很大的漏水通道堵住,還可節(jié)省大量的漿材和時(shí)間。所以,應(yīng)該說這是一個(gè)極具吸引力的科學(xué)預(yù)想。盡管目前都還在試驗(yàn)究階段,但是只要有了預(yù)想,再努力去尋找實(shí)現(xiàn)的路徑和辦法,就有可能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)！

6 模袋灌漿堵漏

本方法是中國(guó)水利水電科學(xué)研究院專家們?cè)谀硞€(gè)工程上為堵塞一個(gè)出水口離得很近、正在嚴(yán)重漏水的大通道時(shí),經(jīng)過試用前述辦法無效后,最后摸索到的一種方法。之后被宣傳采用,成了一種特殊的堵漏手段。模袋灌漿是根據(jù)通道的形狀和尺寸,用土工織物制成中空的模袋,與輸漿管道連通,捆緊后從鉆孔中送入到正在漏水的通道口部,然后再向模袋內(nèi)充填水泥稠漿,以期凝固后將通道堵住。取得了顯著成效。

該法成功的關(guān)鍵技術(shù)是模袋。如能使模袋制得形狀和大小都很適宜,使在漏水?dāng)y帶下或充漿過程能伸入到通道以里的一定位置,并且有較高的彈性和強(qiáng)度,在充漿中不會(huì)破壞,理想情況一次就可解決問題。而多數(shù)情況是需要用較小的模袋多次疊加而成,或者再經(jīng)過補(bǔ)充灌漿。

因?yàn)橛么朔椒ǘ氯牡攸c(diǎn)就在鉆孔附近,在其前面還會(huì)留下很大空隙。如果被堵的通道是單獨(dú)一條,而且鉆孔正好是打在它的中心位置,模袋正好把截面撐滿,灌漿才能產(chǎn)生好的效果,否則將不會(huì)十分徹底。而絕大多數(shù)的漏水通道是網(wǎng)狀連接的,像巖溶系統(tǒng)那樣,只在某處形成局部堵塞,是不能解決根本問題的。

這就決定了該法只能用在特殊地點(diǎn),在用其它方法解決不了時(shí),作為一種輔助手段配合采用。

7 大量灌注實(shí)體物質(zhì)堵漏

大量灌注實(shí)體物質(zhì)堵漏是灌漿專家張景秀在其著作和多篇文章中提出的方法。他首先認(rèn)定:堵塞這樣的大通道,必須灌入大量能永久停留的堅(jiān)硬物質(zhì)之后,才能生效。他所說的這種物質(zhì),其實(shí)就是幾乎到處都有且廉價(jià)的天然材料土、砂、石。

他從研究灌漿理論入手,最后得出結(jié)論:一切固體材料的灌漿,都是由于漿液在縫隙里流動(dòng)時(shí)不可避免地會(huì)發(fā)生分離和沉積,才導(dǎo)致空隙通道被堵塞的。水泥灌漿是如此,其它一切顆粒型材料的灌漿都是如此。他說這是灌漿技術(shù)之所以長(zhǎng)期發(fā)展不衰的基本理論基礎(chǔ)。對(duì)固體顆粒與水混合的漿液會(huì)發(fā)生分離和沉淀,不認(rèn)為是缺點(diǎn),而是促使灌漿方法能始終取得成功的關(guān)鍵因素。

依據(jù)上述理論,他提出在堵塞大的通道時(shí),不是要促使?jié){液更加穩(wěn)定,不分離,而應(yīng)恰恰相反。首先,在極需要堵漏的情況下,大量地使用水泥是不值得也是不必要的,因?yàn)殚_始根本不會(huì)產(chǎn)生作用,水泥會(huì)順?biāo)ァＲ虼怂鲝埾裙嗤?、砂、?以促使這些物質(zhì)盡快在路途上沉淀,使過水截面逐步縮小,最后堵死。

其方法是首先使用當(dāng)?shù)鼐哂幸欢ㄕ承缘募?xì)顆粒土,增大漿液的黏度,提高攜帶能力,以便必要時(shí)摻加細(xì)砂、粗砂,乃至各種粒徑的石子。可由少到多,由小到大,在沖灌中逐級(jí)試用。如此堅(jiān)持下去,必會(huì)形成堵塞。他提出不要過分吝惜這種廉價(jià)材料,不要急于求成,灌得越多越好,爭(zhēng)取將整個(gè)漏水系統(tǒng)都充填起來,使較大范圍內(nèi)的漏水問題一次性解決。最后再用摻水泥的漿液予以補(bǔ)灌。

以沖填土、砂、石為主,基本不用水泥,跳出了 “水泥灌漿”這個(gè)圈子,是灌漿堵漏史上一個(gè)創(chuàng)舉。從張景秀已正式出版的書籍和文章中得知,采用這種辦法,在他的親臨指導(dǎo)下曾使河南的南谷洞、山西的里冊(cè)峪兩座水庫(kù)多年嚴(yán)重漏水問題得到了妥善處理,不久前又使正在建設(shè)中的剛果(布)英布魯水電站十幾口大量涌水井止住了涌水；使云南省思茅港防護(hù)壩一段大量漏水、漏漿的問題得到了很好的解決等。

大量灌注實(shí)體物質(zhì)堵漏方法簡(jiǎn)單,造價(jià)低廉,而且已被工程實(shí)踐證明效果可靠,建議推廣使用。

8 結(jié) 語

對(duì)于大通道、大吃漿、大涌漏水的情況進(jìn)行有效封堵,是當(dāng)前灌漿技術(shù)中一個(gè)急需解決而又未完全解決的重要問題。受此影響,至今還有許多嚴(yán)重漏水的病險(xiǎn)水庫(kù)、正在施工的許多大股涌漏水點(diǎn)尚未得到有效治理。盡管許多專家、學(xué)者已作了長(zhǎng)期艱苦的努力,但是至今尚未形成一個(gè)能被普遍接受的、行之有效的辦法。希望全國(guó)的廣大科技人員再做努力,盡快攻克這一技術(shù)難關(guān),使之更好地服務(wù)于我國(guó)的水利水電事業(yè)。