周宗兵

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，南昌 330025)

綜合防滲技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

周宗兵

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，南昌 330025)

水庫(kù)防滲除險(xiǎn)加固已成為當(dāng)前水庫(kù)尤其是土石壩安全運(yùn)營(yíng)的最大安全隱患。對(duì)于水庫(kù)除險(xiǎn)加固已成為當(dāng)前水庫(kù)運(yùn)營(yíng)質(zhì)量管理的重要活動(dòng)。針對(duì)水庫(kù)常見防滲病害，文章介紹了高壓噴射灌漿、帷幕灌漿和塑性混凝土防滲處理技術(shù)，分別介紹了相關(guān)施工工藝和質(zhì)量控制措施；針對(duì)防滲處理的隱蔽施工作業(yè)，分別從滲流分析、鉆孔取芯、注水檢測(cè)和物探檢測(cè)方面進(jìn)行了施工質(zhì)量檢驗(yàn)，為保證防滲病害除險(xiǎn)加固提供了系統(tǒng)的理論和處理方法。

除險(xiǎn)加固；綜合防滲；質(zhì)量控制；效果評(píng)價(jià)

0 引 言

由于我國(guó)建國(guó)初期大量低水平水庫(kù)工程的大量施工和完成，造成很多水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)低,工程質(zhì)量差,至今最早完成的水庫(kù)工程已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了60a左右，相對(duì)于100a的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期而言，當(dāng)前水庫(kù)已經(jīng)到了需要大檢大修的年限，又加上長(zhǎng)期以來未形成良勝的運(yùn)行管理機(jī)制,水庫(kù)的問題尤其是滲流問題，已經(jīng)成為水庫(kù)繼續(xù)安全服役的重大安全隱患問題。對(duì)工程缺乏必要的維修加固,造成部分水庫(kù)甚至無法正常的運(yùn)作，不能發(fā)揮它應(yīng)有的效果。為了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，為了可持續(xù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，及時(shí)有效的對(duì)水庫(kù)除險(xiǎn)加固是相當(dāng)必要的。

針對(duì)土石壩常規(guī)“上堵、下排”防滲技術(shù)存在的弊端，通過總結(jié)以往防滲技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，文章主要介紹了水庫(kù)常見病害及其原因分析，并針對(duì)常見病害提出了針對(duì)性的除險(xiǎn)加固意見，對(duì)于綜合防滲技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)于施工質(zhì)量的控制進(jìn)行了具體講解，對(duì)于除險(xiǎn)加固后的防護(hù)效果，并提出通過滲流分析、取芯、注水和物探檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加固評(píng)價(jià)。從一方面驗(yàn)證了綜合防滲技術(shù)在水庫(kù)加固除險(xiǎn)工程中的應(yīng)用，為后期類似工程提供可資借鑒的理論經(jīng)驗(yàn)。

1 水庫(kù)常見病害及原因分析

鑒于我國(guó)水庫(kù)多建于1949以后，加上當(dāng)時(shí)的建筑材料緊缺和技術(shù)的落后，多數(shù)水庫(kù)以土石壩為主，隨著運(yùn)營(yíng)年限的增加，各種先天和后期形成的病害逐漸顯現(xiàn)了出來，以下根據(jù)筆者多年的水庫(kù)水閘檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)和科研項(xiàng)目調(diào)查分析，當(dāng)前土石壩主要存在以下病害，并針對(duì)相關(guān)病害進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析：

1.1 下游坡腳積水

對(duì)于土石壩而言，常存在主壩基礎(chǔ)開挖不到位，未按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開挖清理，尤其是河灘和兩壩肩的基礎(chǔ)開挖清理狀況較差，甚至局部存在耕植土，或者樹根、雜草等，造成滲透系數(shù)較大，甚至存在著較大的滲漏通道，同時(shí)由于下游壩腳處水位設(shè)置和地基沉降問題，造成下游滲流水無法順利排出，造成下游壩腳積水、造成土地沼澤化[1]。

1.2 濕坡與爛壩

鑒于土石壩的構(gòu)筑特點(diǎn)，對(duì)于壩體填筑土體的擊實(shí)度要求較高，標(biāo)貫擊數(shù)需要保持在6-10范圍之內(nèi)，然而對(duì)于填筑土石壩的土體而言，上下層甚至同層之間土體的標(biāo)貫擊數(shù)往往會(huì)出現(xiàn)跳躍反復(fù)現(xiàn)象，造成土石壩密實(shí)度不均勻，容易在密實(shí)度不足的部位產(chǎn)生滲流薄弱區(qū)，造成濕坡和爛壩現(xiàn)象出現(xiàn)。

1.3 集中滲漏點(diǎn)出現(xiàn)

對(duì)于在土石壩填筑施工中，部分土體含沙量過高的情況，這會(huì)造成壩體透水性較大，鑒于岸坡坡度較大，同時(shí)存在部分輸水涵洞距離較近的情況，因此對(duì)于涵洞周圍由于土石結(jié)合部位的滲流薄弱處，存在繞壩滲流或接觸滲漏的薄弱區(qū)域[2]。

1.4 輸水涵洞長(zhǎng)期滲漏

對(duì)于輸水涵洞尤其是長(zhǎng)距離的輸水涵洞，鑒于土石結(jié)合部位的薄弱性能，長(zhǎng)距離的輸水涵洞對(duì)于周圍地基土體的要求較高，如果地基存在不均勻沉陷問題極易造成涵洞砌石斷裂，造成滲漏。

2 常見防滲技術(shù)及質(zhì)量控制措施

針對(duì)水庫(kù)工程常見的病害及原因分析，目前存在高壓噴射灌漿、帷幕灌漿和混凝土防滲墻等方式進(jìn)行除險(xiǎn)加固作業(yè)。

2.1 高壓噴射灌漿

對(duì)于高壓噴射灌漿在水庫(kù)加固除險(xiǎn)中的應(yīng)用，主要施工流程如圖1所示。

圖1 高壓噴射灌漿工藝流程

對(duì)于上述施工工藝流程，為了保障高壓噴射灌漿效果，需要在以下3點(diǎn)采取措施：

1)單管高壓旋噴樁布置：對(duì)于旋噴樁的布置，在壩軸線間距0.4m范圍內(nèi)，往往采取單排布置的方式，樁徑多采用0.60m設(shè)置。

2)防滲設(shè)計(jì)指標(biāo)：對(duì)于單管高壓旋噴樁，其抗壓強(qiáng)度不得低于0.8MPa，防滲墻的厚度不得低于40cm，墻體滲透系數(shù)不得大于i×10-6cm/s(1≤i<10)，破環(huán)比降則需要不得小于80的設(shè)計(jì)要求。

3)質(zhì)量控制與檢驗(yàn)：對(duì)于高壓噴射灌漿的處理工藝，最為重要的則為灌漿過程，這關(guān)乎著整體施工的質(zhì)量甚至防滲處理的成敗。因此需要在孔位布置、灌漿材料選擇、注漿參數(shù)和施工工藝方面采取針對(duì)性措施，保障灌漿過程可控，最大程度的保障灌漿效果：①鉆孔前按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行測(cè)量放樣，盡量按照設(shè)計(jì)進(jìn)行噴射灌漿，保證地下成墻，且需要保證順利成孔和孔壁的穩(wěn)定性，同時(shí)在鉆孔過程中，需要經(jīng)常性的檢查鉆桿的平直度，鉆孔作業(yè)完成后需要檢測(cè)孔的順直度，不合格的孔位需要重新進(jìn)行鉆孔作業(yè)。②對(duì)于灌漿材料的選擇，當(dāng)前主要選擇普通硅酸鹽水泥材料，鑒于水泥基材料的特點(diǎn)，因此在使用前需要對(duì)于水泥質(zhì)量進(jìn)行鑒定，同時(shí)在施工過程中嚴(yán)格控制漿液的存放時(shí)間，施工過程中對(duì)于漿液質(zhì)量進(jìn)行隨時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)不滿足配比要求的情況下，停止施工，在問題處理之前不進(jìn)行繼續(xù)施工[3]。③在噴漿過程中，如果遇到底層存在較大空隙造成冒漿工序難以出現(xiàn)時(shí)，可在空隙地段加大注漿量，或者采用石子混凝土進(jìn)行灌漿，待空隙填滿后繼續(xù)噴射作業(yè)；如果存在臨孔串漿時(shí)，可以相應(yīng)的加大臨孔灌漿作業(yè)時(shí)間[4]。

2.2 帷幕灌漿

相對(duì)于高壓噴射灌漿作業(yè)，帷幕灌漿則是相應(yīng)的提高了施工效率，加快了施工進(jìn)程，保障了施工防滲加固除險(xiǎn)的效果，主要施工工藝如圖2所示。

根據(jù)上述帷幕灌漿施工工藝流程，需要在以下4個(gè)方向重點(diǎn)注意，保障施工效果：

1)灌漿材料需要選擇合適的硅酸鹽水泥，對(duì)于水泥細(xì)度則需要滿足通過80um的篩子后，篩余量在5%范圍之內(nèi)。

2)孔斜測(cè)量。對(duì)于帷幕灌漿，需要對(duì)于孔斜度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于孔底誤差≤20cm，如果存在偏斜超過要求應(yīng)及時(shí)采取糾偏或其他補(bǔ)救措施。

3)灌漿方式。對(duì)于灌漿孔的基巖段在6m 范圍之內(nèi)時(shí)，可以采用一次注漿的方式，如果基巖段在6m范圍以上，則需要進(jìn)行多次循環(huán)管灌漿。對(duì)于孔口壓力，需要滿足不低于0.3MPa，具體的需要根據(jù)試驗(yàn)室的數(shù)據(jù)確定。

4)結(jié)束標(biāo)置。對(duì)于灌漿施工過程，對(duì)于灌漿作業(yè)結(jié)束的判斷，多采用規(guī)定壓力下，注入率<0.4L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30min則認(rèn)為灌漿作業(yè)結(jié)束。

2.3 混凝土防滲墻的施工

對(duì)于塑性混凝土防滲墻的施工，主要存在以下幾個(gè)步驟：導(dǎo)墻施工、挖槽及控制施工、護(hù)墻泥漿澆筑和塑性混凝土澆筑施工，具體施工工藝分析如圖3所示：

圖3 塑性混凝土防滲墻施工工藝流程圖

根據(jù)施工工藝流程圖可知，塑性混凝土防滲墻施工具體工藝如下：

1)導(dǎo)墻施工：對(duì)于導(dǎo)墻的施工，首先需要測(cè)量放線，分別確定槽段接頭位置和數(shù)目，然后開挖基槽；澆筑基層混凝土，然后鋼筋和模板的建安，養(yǎng)護(hù)之后即可進(jìn)行拆模和土方回填。導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)圖

2)護(hù)墻泥漿：對(duì)于護(hù)墻泥漿的制備，需要注意泥漿質(zhì)量尤其是其比例變化，需要嚴(yán)格限制泥漿存儲(chǔ)空間，多數(shù)需要將泥漿存儲(chǔ)在泥漿池內(nèi)，對(duì)于泥漿池的體積需要滿足單個(gè)槽孔進(jìn)行連續(xù)施工。為了保證泥漿的均勻性，需要通過泥漿泵來進(jìn)行泥漿的運(yùn)輸[5]。

3)塑性混凝土澆筑：為了保證防滲效果，對(duì)于塑性混凝土的配合比應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的對(duì)比配置，尤其是防滲薄弱位置，需要嚴(yán)格控制塑性混凝土配合比，并對(duì)于其防身效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。

對(duì)于塑性混凝土防線效果的保證，不僅需要在配合比上進(jìn)行嚴(yán)格要求，同時(shí)需要對(duì)于其施工工藝也需要按照設(shè)計(jì)嚴(yán)格執(zhí)行；尤其是在塑性混凝土墻與底層混凝土連接位置，需要注意不同層混凝土的結(jié)合強(qiáng)度；對(duì)于上層混凝土，需要注意其密實(shí)性，保障最上部塑性混凝土的防滲效果。

3 加固效果評(píng)價(jià)

對(duì)于水庫(kù)除險(xiǎn)加固，除了采取綜合防滲技術(shù)，在材料和施工工藝上嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)要求，對(duì)于防滲加固處理效果，需要對(duì)于滲流進(jìn)行計(jì)算分析，采取取芯、注水和物探進(jìn)行檢測(cè)，保證綜合防滲效果的有效穩(wěn)定。

3.1 滲流分析

對(duì)于采取綜合防滲技術(shù)加固除險(xiǎn)后的書庫(kù)，需要對(duì)于其設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位進(jìn)行滲流計(jì)算分析，并采取一定的措施進(jìn)行滲流驗(yàn)證，保證防滲處理效果良好。

3.2 鉆孔取芯和注水檢測(cè)

對(duì)于采用旋噴防滲墻處理的水庫(kù)，為了對(duì)于其防滲墻的完整性和抗?jié)B性能，對(duì)于加固后的書庫(kù)采用鉆孔取芯的直觀方法進(jìn)行防滲加固效果的檢驗(yàn)，通過芯樣的抗壓強(qiáng)度來檢驗(yàn)加固效果。

對(duì)于部分滲流重要部位，需要進(jìn)行注水檢測(cè)，在一側(cè)注入鹽水，另一側(cè)檢驗(yàn)其導(dǎo)電系數(shù)，通過導(dǎo)電系數(shù)的變化來檢驗(yàn)防滲加固的效果，通過計(jì)算保證滲透系數(shù)滿足加固設(shè)計(jì)要求。

3.3 物探檢測(cè)

對(duì)于加固后的水庫(kù)，如果存在取芯不方便或者滲流薄弱區(qū)域不適合取芯的位置，需要通過物探技術(shù)進(jìn)行防滲效果的檢驗(yàn)，當(dāng)前主要采用高密度電法和探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，通過被測(cè)物質(zhì)的穩(wěn)定性來保證防滲加固效果的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于水庫(kù)防滲病害的除險(xiǎn)加固，當(dāng)前多采用復(fù)合土工布薄膜、水泥攪拌樁等方法進(jìn)行處理，然而由于技術(shù)的限制和施工工藝的缺憾，造成當(dāng)前防滲處理效果不佳；綜合防滲技術(shù)如高壓噴射灌漿、帷幕灌漿和塑性混凝土防滲墻的采用，大大保證了防滲加固處理的效果，同時(shí)施工工藝簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量容易保證。

針對(duì)不同類型水庫(kù)的防滲病害加固除險(xiǎn)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行分析并采取相應(yīng)的防滲處理技術(shù)，從根本上解決防滲病害問題。文章系統(tǒng)介紹的綜合防滲加固除險(xiǎn)技術(shù)，防滲處理效果顯著，對(duì)于今后類似工程的選擇提供一定的理論經(jīng)驗(yàn)。

[1]龔木金.混凝土防滲墻在云南病險(xiǎn)水庫(kù)加固中的應(yīng)用[J].云南水力發(fā)電，2005(21)：63-65.

[2]李長(zhǎng)華，龔德新，郭祥初.運(yùn)用高壓旋噴建造土壩壩基灌漿蓋板技術(shù)[J].中國(guó)水利，2002(08)：59-50.

[3]徐有前.高壓噴射灌漿技術(shù)在大壩防滲加固中的應(yīng)用[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2003，26(03):32-34.

[4]水利部水工技術(shù)咨詢中心.SL62—94水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:水利電力出版社，1994.

[5]柳偉.淺談水庫(kù)大壩塑性混凝土防滲墻施工技術(shù)與控制[J].河南水利與南水北調(diào)，2009(05)：70-72.

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2017-08-12

周宗兵(1968-)，男，江西南昌人，工程師，從事水利工程管理工作。