李 峰，王玉金，王浙津

（中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700）

0 引言

水庫(kù)水壩由于受到建設(shè)年代技術(shù)水平的影響，其堤防存在著不同程度的安全隱患，其中最為常見(jiàn)的安全隱患就是滲漏。針對(duì)水庫(kù)土壩滲漏問(wèn)題，我國(guó)主要的治理方式仍是以傳統(tǒng)的灌漿技術(shù)為主。但是傳統(tǒng)的灌漿技術(shù)需要消耗極多的水泥，其施工成本較高。由此，黏土固化劑灌漿技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生，其通過(guò)在黏土以及水泥中添加固化劑，來(lái)有效地改良漿液，為施工節(jié)約了極大的水泥使用數(shù)量，不僅防滲效果得到了明顯的提升，其施工效益也得到了全面的提高，真正實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的有機(jī)統(tǒng)一。

1 案例工程綜述

1.1 工程概況分析

喬苗水庫(kù)地處左江流域黑水河支流的向水河上游，其壩體位于大新縣全茗鎮(zhèn)喬苗村新意屯，與大新縣城約有10km 的距離。大新縣歸屬崇左市管轄，地處我國(guó)廣西壯族自治區(qū)西南邊陲，其東北方向靠近隆安縣，北方比鄰天等縣，西北方毗鄰靖西縣，西南方靠近龍州縣，水庫(kù)的工程等級(jí)為Ⅲ級(jí)，主體建筑物的等級(jí)為3級(jí)，次級(jí)建筑物的等級(jí)為4 級(jí)[1]。

水庫(kù)庫(kù)區(qū)地處峰林谷地，谷地長(zhǎng)度可綿延數(shù)千米，谷地寬度為0.5～1.5km 不等，谷底相對(duì)較為平緩，谷底覆蓋土層為第四系土層，谷底裸露巖層以及巖溶地貌相對(duì)較為少見(jiàn)，巖溶處有泉水涌出，谷地高程為302～304m，存有一條天然形成的小溪，其寬度為1.5～2m 不等，沿著谷地中部向下游蜿蜒流行。峰林谷地的山頂高度為430～490m，最高峰為606m，其山體形態(tài)各有不同，山體巖層呈現(xiàn)縱向走向，山頂脊?fàn)畛尸F(xiàn)不規(guī)則的鋸齒狀，橫向巖層走向可以在峰林的單面山上看見(jiàn)。水庫(kù)中存在錐狀孤峰以及散落的角峰，出露于水庫(kù)水面，角峰大小各不相同，形態(tài)多變，錯(cuò)落有致，山水輝映，層次分明，是典型的巖溶地貌景觀。

1.2 水庫(kù)基巖分析

喬苗水庫(kù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地層相對(duì)較為裸露，其新老地層，由老及新的分布如下：寒武巖層及砂泥巖層，下方存有少量的炭質(zhì)。泥盆系的下方為碎屑巖，中部為碳酸鹽巖，存有少量的硅質(zhì)巖，其下方與寒武巖的角度并不整合。石炭系主要以碳酸鹽巖為主，存有少量的硅質(zhì)巖。二迭系的組成巖層較為復(fù)雜，由火山巖、硅質(zhì)巖、碎屑巖以及碳酸鹽巖構(gòu)成。三迭系一般是由火山巖及碎屑巖等其他巖層構(gòu)成。第三系的裸露程度相對(duì)不高，主要是細(xì)顆粒的石英砂巖，下方存有一定的礫巖，中部夾帶煤線(xiàn)。第四系一般裸露出大部分的地區(qū)。

喬苗水庫(kù)的壩體基巖為灰?guī)r，是中硬巖的一種，其自身的實(shí)際負(fù)荷以及抗剪性都較好，沒(méi)有軟夾層以及破碎層等不良巖層，基巖表面存有一定起伏，淺層巖體由于受到流水侵蝕以及風(fēng)化作用，其溶蝕裂縫相對(duì)較為明顯，其透水性為中等，巖體下方的透水性要低于上方，基巖的整體透水性為中等。經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)人員的評(píng)估后，基巖與土層接觸面存在一定的滲漏情況，下方的基巖的局部地區(qū)存有滲漏通道。喬苗水庫(kù)壩體的防滲施工區(qū)域存有沖洪積層以及一定量的人工填土，下方為石炭系的白云質(zhì)灰?guī)r，其由新及老的分布如下。

（1）近代沖積物。顏色為灰黑色，主體為淤泥質(zhì)砂礫，呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，一般分布于水庫(kù)庫(kù)區(qū)。

（2）人工填土。一般是壩體的填筑層，土體來(lái)源為壩體右側(cè)山丘的次生紅黏土，其含砂礫程度與取土場(chǎng)地有關(guān)。

（3）沖洪積物。一般為灰黑色的有機(jī)土，存有一定的腐爛植物，呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，一般分布于谷地的表面以及溪流部分，但是已經(jīng)被壩體壓密，厚度約為2.5m。沖洪積物的中層為次生紅黏土，存有一定鐵錳砂礫，一般分布于谷地巖面之上，其厚度為2～8m 不等。沖洪積物的下層為紅色的次生紅黏土，存有鐵錳結(jié)核塊，局部的鐵錳含量已經(jīng)達(dá)到富集狀態(tài)，存在一定的土層孔隙。

（4）石炭系。其中層存有碎屑巖、燧石以及白云質(zhì)灰?guī)r，其強(qiáng)度相對(duì)較高，但是可溶性相對(duì)較低，出露大壩左側(cè)，厚度約為180m[2]。

巖土的實(shí)際接觸帶一般為耕表土以及次生紅黏土，由于其溶蝕的裂縫較大，所以其透水性也相對(duì)較強(qiáng)，屬中等透水性。

1.3 喬苗水庫(kù)滲透分析

根據(jù)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員對(duì)庫(kù)區(qū)的勘測(cè)得知，喬苗水庫(kù)的基巖存在一定的滲漏，其滲漏形式主要分為兩種：①借助壩基巖體，水流經(jīng)過(guò)溶蝕縫隙以及巖溶通道進(jìn)行滲漏。②水流借助壩體左側(cè)的巖溶裂縫以及巖溶管道進(jìn)行繞壩滲漏。這兩種情況均屬于巖溶通道混合型滲漏。在對(duì)其進(jìn)行具體施工之前，技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行鉆孔采樣，發(fā)現(xiàn)其接觸帶的巖土分界線(xiàn)存有一定的泥漿，并且在，帷幕灌漿的過(guò)程中存在無(wú)壓無(wú)回的情況，其采樣如圖1 所示。

圖1 采樣

由此可知，喬苗水庫(kù)的壩體滲漏土層為巖土接觸帶，其采樣中泥漿的厚度約為1.2m，且泥漿中含有沖洪積物的中層以及下層的碎石，且泥漿上方存有次生紅黏土，厚度為1m 左右，含水量較大，經(jīng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員分析，其接觸帶的滲漏寬度約為2.5m。

2 黏土固化劑的防滲機(jī)制分析

黏土固化劑之所以可以在水庫(kù)防滲工程中發(fā)揮出極高的效能，離不開(kāi)其自身所具有的防滲機(jī)制。黏土固化劑可以對(duì)當(dāng)前的土層進(jìn)行固化，從而改善土層自身強(qiáng)度的一種添加劑，同時(shí)，黏土固化劑也可以對(duì)水泥漿液的性能進(jìn)行改善，且黏土固化劑的實(shí)際性能要優(yōu)于水泥漿液，例如其自身所具有的抗腐蝕性、無(wú)析水性、膠凝可控性以及抗震性等。其漿液的制作建材相對(duì)較為常見(jiàn)，且制作成本相對(duì)較低，灌漿所要使用的漿液配比為黏土占比80%～90%，水泥占比10%～20%。黏土固化劑中的水泥摻量要控制在10%～20%，水料配比為（0.8∶1）～（2∶1）[3]。

在建材之間進(jìn)行流動(dòng)的水分會(huì)在其黏土固化劑的化學(xué)反應(yīng)中被消耗，并且使得水泥漿液的水化反應(yīng)順向發(fā)展，從而降低灌漿建材的凝固時(shí)間。并且，含有黏土固化劑的灌漿漿液一般沒(méi)有析水性，在其凝固之后，會(huì)生成強(qiáng)度很高的膠凝體以及結(jié)晶體，并滲入周?chē)膸r石縫隙之中，等到巖石縫隙中的漿液凝固之后，其膠凝體的自身體積會(huì)出現(xiàn)膨脹，從而將溶蝕的滲漏通道進(jìn)行堵塞，以此來(lái)形成防滲，由于凝固體的滲透系數(shù)相對(duì)較小，所以其自身?yè)碛辛己玫膿跛再|(zhì)，將對(duì)其灌漿建材的配比控制，便可以充分控制好漿液的凝結(jié)時(shí)間，以此來(lái)提升水庫(kù)防滲工程質(zhì)量及效率。

3 黏土固化劑在水庫(kù)土壩防滲工程中的應(yīng)用分析

喬苗水庫(kù)的壩體為黏土質(zhì)，為切實(shí)提升其壩體的防滲質(zhì)量，技術(shù)人員根據(jù)水庫(kù)壩體的基本填土情況以及基巖的實(shí)際現(xiàn)狀，決定對(duì)水庫(kù)壩體進(jìn)行垂直防滲加固。喬苗水庫(kù)的壩體高程為18.3m，壩體的填土為次生紅黏土，其填土中存有一定的碎石、鐵錳結(jié)核以及其他砂質(zhì)?？梢允褂媒嵌容^大的擺噴或是旋噴來(lái)進(jìn)行灌漿，施工人員考量到其施工的最大灌漿深度為28m，平均灌漿深度為20m，所以根據(jù)有關(guān)規(guī)程決定使用高噴來(lái)對(duì)其進(jìn)行防滲加固。

3.1 巖土接觸帶高噴分析

在對(duì)其進(jìn)行高噴灌漿之前，施工人員需要對(duì)其高噴漿液進(jìn)行配制。灌漿的建材配比為黏土80%，水泥為20%，使用15%的黏土固化劑，其黏土可以當(dāng)?shù)厝〔模趯?duì)其進(jìn)行灌漿時(shí)其黏土顆粒含量要高于50%，其塑性系數(shù)不能低于20%。在對(duì)其進(jìn)行灌漿之前，要使用2mm的方孔對(duì)其進(jìn)行刷選，灌漿所需要的漿液都需要在漿站進(jìn)行統(tǒng)一的配置，之后使用運(yùn)輸管道將配置好的漿液運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)漿點(diǎn)，其漿液的濃度需要先稀后濃，其水料比重為2∶1、1.5∶1、1.2∶1 以及1∶1. 通常情況下，2∶1 的水料一般用于基巖的開(kāi)罐，1.5∶1 一般用于基巖的持續(xù)澆灌以及壩體的澆灌。1.2∶1 用于間歇澆灌，1∶1 一般用于封孔。

喬苗水庫(kù)的壩體的覆蓋層需要進(jìn)行高噴灌漿，高噴的最高孔深為27m，基巖的鉆孔深度需要高于0.5m，包含風(fēng)化層深度，壩體高噴灌漿的實(shí)際范圍需要高于主河床的2m 的壩段，也就是從樁號(hào)壩的0-100—0+835，其總長(zhǎng)度為935m，其灌漿孔使用單排形式，灌漿孔洞距離間隔1m，高噴灌漿孔的間距需要在確保其鉆孔范圍的灌漿可以充分進(jìn)行搭接，以此來(lái)行之有效的保證其防滲施工的建設(shè)效果，按照喬苗水庫(kù)防滲施工的情況而言，其高噴灌漿孔距離為1m。若是滲漏嚴(yán)重的部分，其孔距可以實(shí)時(shí)調(diào)整，將其孔距設(shè)置成為0.75m。在對(duì)基巖進(jìn)行鉆孔的過(guò)程中，施工人員可以將鉆孔樣品放置在實(shí)地，并對(duì)其定位樁進(jìn)行標(biāo)記，使用鮮明的油漆對(duì)其進(jìn)行涂抹編號(hào)，與其他的孔序進(jìn)行區(qū)別，根據(jù)實(shí)際的施工情況進(jìn)行鉆孔施工，其鉆孔方位與實(shí)際設(shè)計(jì)方位的偏差不得高于10cm，垂直度要低于0.5%，施工時(shí)要保證其鉆孔垂直度符合施工鉆孔需求[4]。

高噴灌漿施工中，施工人員會(huì)使用鉆噴一體臺(tái)式機(jī)，在實(shí)際的施工過(guò)程中，其巖土接觸帶的高程上文已經(jīng)提及，為304～308m，也就是其灌漿孔深為16～20m 的范圍，在對(duì)其水泥漿液進(jìn)行澆筑時(shí)，巖土接觸帶的水泥要被進(jìn)行一定程度的稀釋以及擴(kuò)散，其高噴臺(tái)車(chē)如下圖2 所示。

圖2 高噴臺(tái)車(chē)

3.2 基巖的帷幕灌漿分析

喬苗水庫(kù)的壩體帷幕灌漿孔之間的距離為2m，根據(jù)灌漿編號(hào)0-100—0+700，其帷幕灌漿的實(shí)際深度，最高為34m，帷幕灌漿的高程上限為巖土分界線(xiàn)，其灌漿的下限為透水率為5Lu 線(xiàn)以下3m 處，針對(duì)其斷層破碎帶，可以提高帷幕灌漿的深度。根據(jù)施工人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的鉆孔進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，喬苗水庫(kù)的巖土接觸帶存在2m 厚的破碎風(fēng)化層，其滲透程度相對(duì)較高，實(shí)際的滲透寬度已經(jīng)達(dá)到了2.5m。由于喬苗水庫(kù)在防滲施工期間是大新縣城的農(nóng)業(yè)灌溉水源以及生活備用水源，導(dǎo)致其在施工的過(guò)程中無(wú)法將水位進(jìn)行下降，所以其泥漿層將一直存在，綜合帷幕灌漿技術(shù)、高噴灌漿技術(shù)以及喬苗水庫(kù)的實(shí)際施工條件，施工人員決定對(duì)其壩體覆蓋層進(jìn)行高噴，在壩體黏土的內(nèi)部澆筑成墻，澆筑墻體要深入基巖0.5m，等到高噴灌漿完成后，再對(duì)其下方進(jìn)行帷幕灌漿。其灌漿的頂部要與高噴灌漿所形成的墻體搭接2m。在對(duì)其進(jìn)行灌漿的過(guò)程中，施工人員可以使用五孔三序的形式對(duì)其灌漿，喬苗水庫(kù)所使用的灌漿方式為循環(huán)式以及純壓式相結(jié)合的灌漿方式，在壩體的基巖上進(jìn)行注漿之后，要對(duì)其進(jìn)行分段注漿，分段注漿的形式可以由上至下，基巖的注漿長(zhǎng)度一般為5m 為一段，若是注漿的長(zhǎng)度高于7m 時(shí)，就需要對(duì)其進(jìn)行分段注漿，若是在注漿的過(guò)程中出現(xiàn)了不回漿液。沒(méi)有壓力的情況時(shí)，就需要將注漿的水料比重進(jìn)行調(diào)整，一般出現(xiàn)這種情況時(shí)，施工人員都會(huì)將水料比重調(diào)整至1.2∶1，并將注漿的間隔時(shí)間調(diào)整為30min，倘若仍出現(xiàn)上述情況，施工人員就需要將其注漿的間隔時(shí)間進(jìn)行再次延長(zhǎng)，一般為24h 或是更多。若是存在冒漿現(xiàn)象，施工人員可以使用砂礫石對(duì)其進(jìn)行反濾蓋，并對(duì)冒漿處進(jìn)行回填、并夯實(shí)[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水庫(kù)壩體滲漏是當(dāng)前水利樞紐工程的重要問(wèn)題之一，需對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的解決。黏土固化劑不僅可以有效的改善灌漿漿液的性能及質(zhì)量，同時(shí)還可以有效地降低施工成本，節(jié)約施工時(shí)間，在水庫(kù)土壩防滲施工中具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。