張華

（安徽省定遠(yuǎn)縣爐橋電灌站，安徽 定遠(yuǎn)233280）

近年來(lái)新型灌漿材料的研發(fā)和應(yīng)用，讓灌漿技術(shù)在水利工程的防滲處理中得到了更為廣泛的運(yùn)用。為了提高注漿效果和防止材料浪費(fèi)，在灌漿之前要做好調(diào)查與設(shè)計(jì)，例如要確定灌漿位置、計(jì)算漿液用量、確定配合比例等。完成上述準(zhǔn)備工作后，施工人員還要熟練掌握灌漿施工的技術(shù)要點(diǎn)，尤其是裂隙沖洗、壓水試驗(yàn)等方面，必須要按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行作業(yè)，才能確保取得理想的灌漿效果。

1 土石壩灌漿壓力的計(jì)算方法

準(zhǔn)確計(jì)算灌漿壓力，對(duì)降低操作難度和提高加固、防滲效果有積極幫助。但是目前建筑行業(yè)內(nèi)還沒(méi)有形成關(guān)于灌漿壓力計(jì)算的統(tǒng)一方法。例如歐洲是基于滲透半徑來(lái)確定灌漿壓力，計(jì)算公式為：

上式中，Rmax為漿液的最大滲透半徑，Pmax為最大灌漿壓力，t為裂隙寬度，C 為漿液的粘聚力。根據(jù)公式可知，漿液滲透半徑越大，則地面灌漿時(shí)需要提供更大的壓力，才能保證漿液完全充填到壩體的裂隙中。

我國(guó)建筑行業(yè)而采用了基于灌漿深度的計(jì)算公式：

P=P0+mh

上式中，P 為最大灌漿壓力，P0為施工段地表允許灌漿壓力，m 為灌漿深度每加深1m 后增加的壓力，h 為灌漿深度。根據(jù)該公式，按照灌漿位置距離地表的高度，以及施工地段的巖土結(jié)構(gòu)特性，可以確定出最佳的灌漿壓力。

2 土石壩灌漿技術(shù)

2.1 工程概況

某水庫(kù)總庫(kù)容1835.4 萬(wàn)m3，具有防洪、灌溉、供水等功能。壩頂長(zhǎng)度為313.6m，寬度為5.2m，高程110.4m。大壩分為攔河壩和溢洪道、輸水隧洞等幾部分。水庫(kù)建成時(shí)間為2004 年，從2017 年開(kāi)始發(fā)現(xiàn)有局部滲漏，需要進(jìn)行防滲處理。

2.2 灌漿判定

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，導(dǎo)致水庫(kù)大壩出現(xiàn)滲漏的原因是壩體石塊與混凝土之間出現(xiàn)裂縫。之前使用表面封堵法雖然短期內(nèi)取得了一定的防滲效果，但是一段時(shí)間后滲漏問(wèn)題又重新出現(xiàn)。為了徹底治理大壩滲漏問(wèn)題，需要采用灌漿技術(shù)，從大壩表面打孔直到裂隙處，然后將注漿管由外向內(nèi)伸入，在一定壓力下進(jìn)行灌漿。使?jié){液充滿(mǎn)裂隙，在泥漿硬結(jié)之后起到封堵裂隙和加固壩體的雙重效果。

2.3 灌漿技術(shù)流程

2.3.1 材料

灌漿材料的選擇將會(huì)對(duì)大壩裂隙的封堵效果產(chǎn)生直接影響。漿液的基本組成材料有：（1）水泥。選用P.O42.5 型號(hào)水泥，并且檢查確認(rèn)水泥沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)塊的情況。（2）水?？梢詮乃畮?kù)中就地取水，但是需要在現(xiàn)場(chǎng)布置過(guò)濾池，保證水中沒(méi)有雜質(zhì)。（3）摻合料。為了改善漿液性能和降低成本，加入粉煤灰、膨潤(rùn)土等材料。各類(lèi)材料的選擇要求也要參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。（4）外加劑。本次工程中使用的外加劑主要有3 類(lèi)，分別是減水劑、早強(qiáng)劑和防滲劑。

2.3.2 漿液

在保證基本材料質(zhì)量過(guò)關(guān)且符合使用標(biāo)準(zhǔn)的情況下，配制灌注所用的漿液。設(shè)計(jì)多組配比，然后通過(guò)制作試件的方式，檢查強(qiáng)度、粘結(jié)力等各項(xiàng)性能是否達(dá)標(biāo)。根據(jù)試件性能確定最佳配比，然后將物料按照比例放入到攪拌機(jī)中。設(shè)定攪拌時(shí)間為60s，攪拌結(jié)束后檢查泥漿是否拌勻，并通過(guò)篩網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，確保泥漿中沒(méi)有固結(jié)的大顆粒。漿液現(xiàn)用現(xiàn)配，最長(zhǎng)存放時(shí)間不得超過(guò)6h，放置2h 以上的漿液，在重新使用前要進(jìn)行復(fù)拌，避免漿液出現(xiàn)分層的情況。如果是低溫天氣下施工，還要注意做好設(shè)備及管路的保暖，保證灌漿順暢。

2.3.3 鉆孔

使用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。按照施工圖紙找到需要鉆孔的位置，進(jìn)行表面處理，營(yíng)造良好的鉆孔條件。試鉆一段30cm 左右的先導(dǎo)孔，然后正式鉆進(jìn)，直到設(shè)計(jì)深度。檢查成孔效果，有孔壁開(kāi)裂、坍塌的，或者是偏斜超過(guò)2°的，一律不得使用。需要封堵鉆孔后另選就近位置重新開(kāi)孔。成孔之后，如果鉆孔內(nèi)出現(xiàn)滲水、積水，應(yīng)當(dāng)在灌漿前將積水完全排干。同時(shí)，清洗鉆孔，將孔內(nèi)雜質(zhì)清理干凈。

2.3.4 裂隙沖洗和壓水試驗(yàn)

裂隙之間存在碎石或其他雜物，會(huì)影響漿液的灌注效果，裂隙末端不能完全充填漿液，滲漏問(wèn)題不能徹底解決。因此，在灌漿前要進(jìn)行裂隙沖洗作業(yè)。在灌漿機(jī)中加入清水進(jìn)行沖洗，將沖洗壓力調(diào)整為設(shè)計(jì)灌漿壓力的80%左右。在具體沖洗時(shí)，可以先使用低壓，然后再逐漸提升壓力。但是注意最大沖洗壓力不要超過(guò)1MPa。觀(guān)察回水，為干凈的清水后停止沖洗。在沖洗結(jié)束后的12h 內(nèi)完成灌漿，超時(shí)后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行第二次沖洗，然后再灌漿。壓水試驗(yàn)也是灌漿前不可或缺的一道工序。采用“五點(diǎn)法”實(shí)驗(yàn)，分別記錄在0.3、0.6、1.0、0.6、0.3MPa 時(shí)的流量情況。每個(gè)壓力值下持續(xù)20min，無(wú)漏水情況則說(shuō)明試驗(yàn)合格，可以進(jìn)行灌漿。

2.3.5 灌漿操作方法

將制備好的漿液加入到灌漿設(shè)備中，同時(shí)將灌漿噴嘴、導(dǎo)管，沿著已經(jīng)開(kāi)好的鉆孔放入，直到距離孔底20cm 處。調(diào)節(jié)灌漿機(jī)的參數(shù)，灌漿壓力為0.8MPa。漿液在壓力作用下沿著裂縫擴(kuò)散。根據(jù)噴頭型式的不同，漿液的擴(kuò)散型式有輻射型（左）和橫向型（右）兩種，如圖1 所示。灌漿過(guò)程中，地面操作人員密切關(guān)注設(shè)備壓力表的示數(shù)變化。當(dāng)壓力增加但是灌漿機(jī)內(nèi)漿液不再減少時(shí)，說(shuō)明裂隙已經(jīng)被完全充滿(mǎn)。此時(shí)調(diào)節(jié)灌漿機(jī)的壓力，以0.5MPa 壓力繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)收回導(dǎo)管。在這一過(guò)程中，導(dǎo)管內(nèi)的漿液可以充填到鉆孔內(nèi)，完成對(duì)鉆孔的封堵。

圖1 兩種漿液擴(kuò)散型式

2.3.6 灌漿結(jié)束及封孔

按照一邊回撤導(dǎo)管一邊灌注漿液的方式，完成第一次封孔。然后將設(shè)備移動(dòng)至下一鉆孔，按照上述流程繼續(xù)完成各個(gè)鉆孔的灌漿，保證大壩的所有裂隙都能夠被徹底封堵。同時(shí)，在所有鉆孔的灌漿工作結(jié)束后，再?gòu)牡谝粋€(gè)鉆孔開(kāi)始，進(jìn)行二次注漿。鉆孔內(nèi)的漿液經(jīng)過(guò)自然沉淀和初凝收縮后，會(huì)有一定程度的下降，這時(shí)通過(guò)二次注漿，讓漿液與孔口齊平。

3 大壩灌漿

3.1 壩身灌漿

可供選擇的壩身灌漿方案有兩種：其一是普通的挖槽灌注混凝土。槽內(nèi)澆筑混凝土后，形成較為堅(jiān)硬的墻體，既可以承壓，又能夠防水。但是工程量較大、成本較高，并且現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)壩體結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)較大。其二是高壓擺噴灌漿造墻，通過(guò)擺動(dòng)噴射，讓泥漿與土體、石塊相結(jié)合，形成堅(jiān)硬的墻體。這種方案利用了既有的土體、石塊，從而減少了混凝土的用量，成本較低。同時(shí)不需要大范圍的開(kāi)挖，對(duì)既有壩體的破壞較小。高壓擺噴灌漿造墻如圖2 所示。在墻體參數(shù)方面，長(zhǎng)度可以根據(jù)裂隙的長(zhǎng)度來(lái)確定，通常超出裂隙長(zhǎng)度約1.5m。墻體寬度為30cm。

圖2 高壓擺噴灌漿造墻

3.2 壩基灌漿

該水庫(kù)壩址巖層為單一的二長(zhǎng)片麻巖，中粗粒結(jié)構(gòu)，片麻構(gòu)造相當(dāng)明顯，屬沉積變質(zhì)巖。在二長(zhǎng)片麻巖中尚有部分基性侵入巖侵入。壩址區(qū)規(guī)模較大的斷層有位于左岸坡腳的斷層F2和分布于右岸南山頭的F6～F10。因此在壩基灌漿時(shí)，也需要使用高壓擺噴方式。為了減輕施工壓力和控制施工成本，可以將相鄰兩處裂隙帶連為一體。并選取裂隙帶中間位置進(jìn)行鉆孔，這樣就可以從同一鉆孔內(nèi)同時(shí)向兩條裂隙帶進(jìn)行注漿，簡(jiǎn)化操作步驟，且保證了灌漿封堵效果，具體的注漿漿液注及其擴(kuò)散形式如下圖3。完成壩基灌漿后，14d 后采取超聲波檢測(cè)的方法，檢查裂隙的充填效果。同時(shí)監(jiān)測(cè)壩基有無(wú)滲漏問(wèn)題。

圖3 注漿漿液柱形擴(kuò)散形式

4 結(jié)論

土石壩是我國(guó)水利工程的主要形式，由于施工質(zhì)量問(wèn)題，或是因?yàn)槭褂媚晗掭^長(zhǎng)，壩體、壩基等部位有較大概率出現(xiàn)裂縫。大壩滲漏除了會(huì)影響水利工程的應(yīng)用價(jià)值外，還有可能引發(fā)潰堤等嚴(yán)重安全事故，做好裂縫處理十分重要。利用灌漿技術(shù)可以對(duì)裂縫進(jìn)行封堵，施工人員一方面要熟悉灌漿流程，另一方面又要從漿液的制備、灌漿的方式以及壓水試驗(yàn)等方面，采取必要的技術(shù)管控措施，才能保證土石壩的穩(wěn)定、安全。