賴偉清,馮 波

(中國水利水電第五工程局有限公司,成都 610066)

0 引言

水庫是人類利用水資源的重要工程,水庫的安全運(yùn)行直接關(guān)系到人民群眾的生活和國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。水庫壩體的滲漏是影響水庫安全性能的重要因素之一,嚴(yán)重的滲漏會導(dǎo)致壩體結(jié)構(gòu)破壞,甚至引發(fā)壩體潰決等災(zāi)難性后果。因此,對水庫壩體進(jìn)行有效的防滲處理,是保障水庫安全運(yùn)行的必要措施。

灌漿防滲是一種常用的水庫壩體防滲技術(shù),它是通過在壩體內(nèi)注入灌漿材料,填充和封堵壩體內(nèi)部的裂縫、孔隙和空洞,從而提高壩體的抗?jié)B能力和抗?jié)B系數(shù),降低壩體的滲流量和滲流速度,減少壩體的滲透壓力和滲透力,增強(qiáng)壩體的穩(wěn)定性和耐久性。灌漿防滲技術(shù)具有施工方便、效果顯著、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),適用于各種類型和規(guī)模的水庫壩體。近年來,隨著水利工程建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,灌漿防滲技術(shù)也不斷得到改進(jìn)和完善。國內(nèi)外學(xué)者在灌漿防滲技術(shù)的理論研究、試驗研究、工程應(yīng)用等方面都取得了一些成果。例如李靖[1]介紹了沙田水庫除險加固工程中采用的灌漿防滲處理技術(shù),分析了灌漿方案的設(shè)計原則、灌漿材料的選擇、灌漿參數(shù)的確定等,總結(jié)了灌漿施工的注意事項和效果評價方法;趙曉軍[2]提出了一種改進(jìn)的灌漿技術(shù),即在帷幕灌漿的基礎(chǔ)上增加一道斜孔灌漿,以增強(qiáng)防滲效果和穩(wěn)定性,通過工程實例驗證了該技術(shù)的可行性和優(yōu)越性;韋明景等[3]探討了水利工程防滲處理中灌漿施工技術(shù)的相關(guān)問題,包括灌漿材料的選擇、配比、檢驗等,以及灌漿方案的設(shè)計、施工、監(jiān)理等,提出了一些改進(jìn)和優(yōu)化建議;丁晉[4]介紹了防滲灌漿施工技術(shù)在水庫大壩基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用,重點(diǎn)分析了防滲灌漿施工過程中應(yīng)注意的問題和解決辦法,以及防滲灌漿效果的評價標(biāo)準(zhǔn)和方法。

本文旨在探討中小型水庫灌漿防滲技術(shù)的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用實例及存在問題,并提出改進(jìn)措施和建議。

1 中小型水庫灌漿防滲技術(shù)的原理和特點(diǎn)

1.1 灌漿防滲的基本原理

灌漿防滲技術(shù)采用了液壓、氣壓及電化學(xué)的相關(guān)原理。該技術(shù)的實施需要將漿液均勻地注入地層,使得地層得到充分的填充,經(jīng)過一定時間的滲透及擠密,排除地層中存在的空氣及水分。最終,原本松散的土壤地層或者開裂的巖石重新膠結(jié)成新的結(jié)合體。這樣形成的結(jié)合體具有新的結(jié)構(gòu)特性,如強(qiáng)度大、防水性能高和化學(xué)性良好。灌漿防滲的主要方法和工藝有單液灌漿、雙液灌漿、劈裂灌漿等。灌漿防滲技術(shù)具有效果好、適應(yīng)性好、經(jīng)濟(jì)性高的優(yōu)點(diǎn)。在中小型水庫中得到了廣泛的應(yīng)用,解決了壩體和基礎(chǔ)的滲漏問題,提高水庫的安全性和運(yùn)行效率。

1.2 灌漿防滲的主要方法和工藝

灌漿防滲的主要方法和工藝有:(1)單液灌漿法,即將注漿材料全部混合攪拌均勻后,用一臺注漿泵注漿的系統(tǒng),該法適用于凝膠時間大于30 min的注漿;(2)雙液灌漿法,即用兩臺注漿泵或一臺雙缸注漿泵,按照一定比例分別壓送甲、乙兩種漿液,在孔口混合器或孔內(nèi)混合后,再注入到巖層中;(3)高壓噴射灌漿法,即采用高壓輸送的方式,通過高壓泵及特制噴嘴的結(jié)合,將漿液以高速噴射流的形式注入地層,高速噴射流在進(jìn)入地層后可以進(jìn)行地層的切削,最終和地層中的砂、土等顆粒發(fā)生混合、凝結(jié);(4)復(fù)合土工膜灌漿法,在地層中設(shè)置復(fù)合土工膜作為隔水帶,并在其內(nèi)部進(jìn)行灌漿加固。

2 打石窿水庫灌漿防滲技術(shù)的應(yīng)用實例分析

2.1 打石窿水庫灌漿防滲工程概況

本文選取了位于廣東省白云區(qū)的小(2)型水庫作為灌漿防滲技術(shù)的應(yīng)用實例,該水庫是一座以灌溉為主,兼顧防洪、生態(tài)和供水的綜合性水利工程。該水庫壩址處殘積層、全風(fēng)化巖或強(qiáng)風(fēng)化巖石上,土壤類型以黏土、沙壤土和壤土為主,土壤有機(jī)物積累多,風(fēng)化層較深,較肥沃,壩基滲透系數(shù)較大,存在較大的滲漏風(fēng)險。壩型為重力式混凝土壩,壩高程為36.1m,壩高8.6 m,壩長275 m。壩體與壩基接觸部位出現(xiàn)滲透現(xiàn)象,原防滲效果一般～較差,滲透穩(wěn)定存在威脅。為了進(jìn)一步提高壩基的防滲能力,同時,考慮到工程經(jīng)濟(jì)性和施工可行性,本文采用了單液漿法對壩基進(jìn)行二次灌漿防滲處理。

2.2 打石窿水庫灌漿防滲工程設(shè)計方案

本文根據(jù)壩基的巖層結(jié)構(gòu)、裂隙特征、滲透性能等因素,綜合考慮了灌漿材料的選擇、灌漿孔的布置、灌漿壓力的控制及灌漿量計算等。經(jīng)過綜合評估,本工程使用分段灌注方法進(jìn)行灌漿,并制定了合理的灌漿防滲設(shè)計方案:施工準(zhǔn)備→樁機(jī)定位→鉆孔→沖洗清孔→孔口預(yù)埋護(hù)壁套管→下導(dǎo)漿管→設(shè)置阻漿蓋→制漿→灌漿→終孔→封孔→樁機(jī)移位。

2.2.1 施工準(zhǔn)備

(1)確定觀測點(diǎn)位置,埋設(shè)好必需的觀測標(biāo)點(diǎn),沿軸線的方向設(shè)置觀測標(biāo)點(diǎn),每個標(biāo)點(diǎn)之間間隔10m,每組實驗需要同時在堤頂?shù)纳嫌渭跋掠翁幎荚O(shè)置一個觀測標(biāo)點(diǎn),標(biāo)點(diǎn)用樁或混凝土樁。

(2)準(zhǔn)備觀測和試驗儀器及觀測紀(jì)錄表和成果表。

(3)準(zhǔn)備機(jī)械設(shè)備和布置好制漿和灌漿機(jī)械及土料堆放位置,具體施工設(shè)備為:地質(zhì)鉆機(jī)(150A型)額定功率11 kW、空壓機(jī)(V3/8)28 kW、泥漿泵(BW-120)14 kW、雙層制漿桶(0.4m3)7.5 kW、灌漿泵(SGB-10)11 kW、攪拌機(jī)(JB-300)11 kW。

(4)在施工前,應(yīng)進(jìn)行灌漿試驗,選擇具有代表性的壩段,并按照灌漿設(shè)計進(jìn)行布孔、造孔、制漿和灌漿操作。在試驗過程中,需要觀測灌漿壓力、吃漿量、泥漿容重及壩體位移和裂縫等指標(biāo),至少要設(shè)置3個試驗孔。試驗結(jié)束后,需要對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,總結(jié)經(jīng)驗,并進(jìn)行參數(shù)的修正,以完善和熟練掌握灌漿工藝,確保施工的全面進(jìn)行。

(5)針對土料及漿液開展必要的試驗。灌漿所使用的土料和漿液都應(yīng)進(jìn)行試驗。土料試驗包括顆粒分析、有機(jī)質(zhì)含量和可溶鹽含量等指標(biāo)的測定。漿液試驗包括容重、粘度、穩(wěn)定性、膠體率和失水量等性質(zhì)的檢測。

2.2.2 鉆孔

(1)首先按設(shè)計要求把每個孔的位置放樣好。造孔順序先上游排,后下游排,分2序跳躍式造孔。

(2)應(yīng)用干法造孔,不得用清水循環(huán)鉆進(jìn),鉆孔時保持鉛直,孔斜率<2 %,沉渣≤20 cm。

(3)在鉆孔結(jié)束之后,注漿管下放要及時,施工過程中,保證注漿管和孔壁貼緊,同時保證密封性。

具體設(shè)計參數(shù)如表1,設(shè)計材料如表2。

表1 水庫灌漿防滲工程設(shè)計參數(shù)

表2 水庫灌漿防滲工程設(shè)計材料

2.2.3 充填灌漿

(1)先灌第一序孔(上游孔),再灌第二序孔(下游孔),各排按鉆孔順序分序進(jìn)行灌注。

(2)采用由下而上分段法灌注,每段5 m左右;采用“少灌多復(fù)”的方法灌注,每個灌漿孔的灌漿次數(shù)宜在5次及以上,每米孔深每次平均灌漿量控制在0.5～1.0m3。

(3)在灌漿過程中,初始階段應(yīng)使用稀漿,經(jīng)過3～5 min后逐漸增加泥漿的濃度。如果觀察到孔口壓力下降和注漿管出現(xiàn)負(fù)壓(壓力表讀數(shù)低于0),則應(yīng)立即增加漿液的濃度。同時,漿液的容重應(yīng)根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)行控制。

(4)做好灌漿記錄和成果匯總,并繪制圖表。

2.3 打石窿水庫灌漿防滲工程施工過程和效果評價

本文對打石窿水庫灌漿防滲工程的施工過程和效果進(jìn)行了詳細(xì)的記錄和分析,主要包括以下幾個方面:

(1)灌漿施工進(jìn)度

打石窿水庫灌漿防滲工程的施工時間為2022年5月至2022年12月,共計8個月。

(2)灌漿施工質(zhì)量檢驗

打石窿水庫灌漿防滲工程的施工質(zhì)量檢驗主要包括以下幾個方面:灌漿孔位的準(zhǔn)確性、灌漿孔的封堵情況、灌漿液的配比和性能、灌漿壓力和量的控制、灌漿效果的監(jiān)測。各方面的具體檢驗結(jié)果如表3。

表3 打石窿水庫灌漿防滲工程施工質(zhì)量檢驗結(jié)果

(3)灌漿施工效果評價

打石窿水庫灌漿防滲工程的施工效果評價主要通過對比分析灌前和灌后的壩基滲透系數(shù)、壩基水位、壩下游滲流量等指標(biāo)來進(jìn)行。對比分析結(jié)果如表4。

表4 打石窿水庫灌漿防滲工程施工效果對比分析

表4顯示,打石窿水庫灌漿防滲工程施工后,壩基滲透系數(shù)和壩下游滲流量均降低達(dá)到設(shè)計要求,壩基水位也降低且滿足蓄水需要,說明灌漿防滲技術(shù)有效地提高了壩基的防滲能力,減少了水庫的滲漏損失,保證了水庫的安全運(yùn)行。

3 中小型水庫灌漿防滲技術(shù)的存在問題和改進(jìn)措施

3.1 灌漿防滲技術(shù)在中小型水庫中的應(yīng)用面臨的主要問題

灌漿防滲技術(shù)是一種常用的水庫壩體防滲加固方法,它通過在壩基或壩體內(nèi)注入水泥漿或其他材料,充填和封閉裂縫、孔隙和滲透通道,提高壩體的抗?jié)B性能和強(qiáng)度。然而,灌漿防滲技術(shù)在中小型水庫中的應(yīng)用也存在一些問題,主要有以下幾方面:

(1)灌漿設(shè)計不合理。灌漿設(shè)計是灌漿防滲工程的重要環(huán)節(jié),它涉及到方案計劃、參數(shù)選擇、材料比例及工藝制定等。如果灌漿設(shè)計不合理,可能會導(dǎo)致灌漿效果不佳,甚至造成灌漿失敗。

(2)灌漿施工質(zhì)量差。灌漿施工質(zhì)量直接影響到灌漿防滲效果和工程安全。然而,在中小型水庫中,由于施工條件限制、施工人員技術(shù)水平低、施工管理不嚴(yán)格等原因,往往導(dǎo)致灌漿施工質(zhì)量差。

(3)灌漿后期維護(hù)不到位。灌漿防滲技術(shù)雖然可以提高壩體的抗?jié)B性能和強(qiáng)度,但并不能完全消除壩體的滲漏問題。因此,在完成灌漿防滲工程后,還需要進(jìn)行后期的維護(hù)和管理,以保證防滲效果的持久性和穩(wěn)定性。然而,在中小型水庫中,由于資金缺乏、管理松懈、技術(shù)落后等原因,往往導(dǎo)致灌漿后期維護(hù)不到位。

3.2 灌漿防滲技術(shù)在中小型水庫中的改進(jìn)措施和建議

根據(jù)水庫的不同類型、規(guī)模和滲漏情況,灌漿防滲技術(shù)在中小型水庫中的改進(jìn)措施和建議如下:

(1)對于壩基滲漏較嚴(yán)重的水庫,可以采用垂直防滲技術(shù),即在壩基上鉆孔灌漿,形成封閉式防滲帷幕,切斷滲透通道。灌漿時應(yīng)注意控制灌漿壓力、量和速度,避免引起壩體變形或破壞。灌漿材料應(yīng)選擇高強(qiáng)度、高抗?jié)B性、高耐久性的水泥漿或化學(xué)漿。

(2)對于壩體滲漏較嚴(yán)重的水庫,可以采用劈裂灌漿技術(shù),即在壩體上鉆孔灌漿,充填裂縫和孔隙,提高壩體的密實度和強(qiáng)度。灌漿時應(yīng)注意選擇合適的鉆孔位置、方向和深度,以覆蓋可能存在的裂縫區(qū)域。灌漿材料應(yīng)選擇具有良好流動性、膠凝性和穩(wěn)定性的水泥漿或化學(xué)漿。

(3)對于涵管滲漏較嚴(yán)重的水庫,可以采用高壓噴射灌漿技術(shù),即利用高壓噴射設(shè)備將漿液噴射到涵管周圍和地板以下的土層中,實現(xiàn)對土層的防滲加固處理。灌漿時應(yīng)注意控制噴射壓力、量和角度,以充分?jǐn)嚢柰翆雍蜐{液。灌漿材料應(yīng)選擇具有高強(qiáng)度、高抗?jié)B性、高粘結(jié)性的水泥漿或化學(xué)漿。

(4)對于壩后滲漏較嚴(yán)重的水庫,可以采用復(fù)合土工膜技術(shù),即在壩后鋪設(shè)復(fù)合土工膜,形成防滲屏障,減少滲流量。復(fù)合土工膜應(yīng)選擇具有高抗?jié)B性、高延展性、高耐久性的聚乙烯或聚丙烯等材料。復(fù)合土工膜施工時應(yīng)注意與壩體有效連接,避免裂縫或損壞,并做好保護(hù)措施。

4 結(jié)論

本文以打石窿水庫為例,介紹了中小型水庫灌漿防滲技術(shù)的原理、特點(diǎn)、設(shè)計、施工和效果評價,分析了灌漿防滲技術(shù)在中小型水庫中的應(yīng)用問題和改進(jìn)措施。對中小型水庫灌漿防滲技術(shù)進(jìn)行了初步的探討,為該技術(shù)在實際工程中的推廣和應(yīng)用提供了一定的參考依據(jù)。但由于筆者水平有限,文中難免存在不足之處,敬請讀者批評指正。