高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用

劉木蘭

(于都縣水利局，江西 贛州 342300)

為了調控水資源時空分布和優化配置，促進各區域經濟協調發展，我國在上世紀50～70年代興建了一大批中小型水庫。水庫集發電、防洪、生態、供水、灌溉等功能于一身，水庫的興建有效調節了水資源的時空分布不均問題，緩解了各種水旱洪災，保障了人民生命財產安全，因受當時條件所限，許多水庫的質量和建設水平都不高，而在此后幾十年的運行中，由于養護不善又缺少必需的維護經費，這些水庫都陸續出現了不同程度的病險問題。因此需要采取相應的加固技術措施對水庫進行除險加固[1]。

在傳統土石壩施工過程中，針對水庫壩體和壩基滲漏的除險加固措施通常使用黏土心墻、黏土斜墻和混凝土防滲墻等技術，這類技術專業含量較低，相對較為容易掌握，其建設成果對各種地層適應性強，質量可靠。但是這種技術需要耗費大量的人力物力資源，不僅造成資源能源的浪費，而且耗費了大量的成本投入，不利于項目長期經濟利益的獲取。因此，為了進一步改善水庫除險加固技術措施，針對水庫周邊黏土、砂石等資源緊缺、水庫壩高較高且滲漏較大的情況，采取高壓旋噴灌漿技術進行大壩防滲處理，以于都縣獻忠水庫為例，對高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用方法進行探討和歸納。

1 高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用方法

1.1 設置高壓旋噴灌漿技術應用參數

根據于都縣獻忠水庫地質勘察資料，針對大壩填筑土的性狀和壩體結構布置特點，首先參考相關資料對高壓旋噴灌漿在水庫除險加固中的技術參數進行預估，再通過施工現場試驗，根據具體地質條件狀況和施工現場的不同特點對預估參數進行完善修改，然后將水庫劃分為幾個壩段，針對各壩段的不同特點進行實驗測試，觀測灌漿壓力、吃漿量及泥漿容量、壩體位移和裂縫等，根據該壩段的具體地質條件修改相關參數設置[2]，確定高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用參數。

根據上述過程，確定高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用參數如表1所示。通過上述過程，完成高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用參數設置。

1.2 高壓旋噴灌漿技術應用流程

應用設置的相關參數，選用三重管噴射工藝和相關機械設備，進行高壓旋噴灌漿技術應用流程設計。

表1 高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用參數

于都縣獻忠水庫除險加固工程的高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用方法采用三重管噴射工藝，選用高壓發生裝置、鉆機、特種鉆桿和高壓管路等機械設備[3]。整個施工過程分為兩道工序，兩道工序的實施之間應當適當間隔一段時間，如果間隔時間過短可能造成墻體質量受損甚至形成空洞，而間隔時間過長則可能耽誤工程進度，造成工程效率的下降。經過測試發現最恰當間隔時間為7 d。

設計高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中應用流程如圖1所示。

圖1 技術應用流程

整個施工過程大體分為四部分：測量放線定樁位、鉆孔及測斜、下噴射管和噴射提升。

通過上述過程，完成高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中應用流程。

1.3 樹立高壓旋噴灌漿技術應用保障措施

對設計的應用流程進行進一步完善，對施工中需要注意的問題進行分析，提出異常狀況的處理方案，樹立高壓旋噴灌漿技術應用保障措施。

為了進一步完善設計的應用流程，對施工中出現的問題進行分析，提出異常狀況的處理方案，大體分為如下幾個方面：斷樁和縮徑，其解決方法是針對土層狀況對提升速度進行調整；灌漿時返漿，其解決方法是適當調整壓力，或者加入速凝劑；灌漿壓力驟然下降，其解決方法是加大旋噴灌漿量[4]。除及時對工程中異常狀況進行處理外，還應當樹立工程質量檢測與控制機制，加強對工程質量的監督。

通過上述過程，完成高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中應用保障措施的樹立。

1.4 實現高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用

于都縣獻忠水庫除險加固工程參考高壓旋噴灌漿技術應用參數，提升速度5 cm/min，采用旋轉速度1.0v，高噴水壓力36 MPa，水量80 L/min，氣壓0.7 MPa，氣量1.0 L/min，漿壓0.5 MPa，漿量90 L/min，漿液水灰比1∶1。高壓水噴嘴直徑1.9 mm , 氣噴嘴直徑9.0 mm。選用三重管噴射工藝和相關機械設備，進行高壓旋噴灌漿技術施工；并在施工過程中進一步完善相關參數，對施工中出現的異常狀況進行分析處理，加強質量檢測和監督管理。通過該項技術的應用，有效地消除獻忠水庫大壩的滲漏問題。

2 實驗論證分析

為了保證高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的有效性，設計實驗對其應用效果進行論證分析。實驗過程中，分別使用高壓旋噴灌漿技術加固方法和傳統水庫除險加固方法在一定水壓條件設置下進行水庫除險加固測試，以兩種水庫除險加固方法作為實驗對象，設置對比實驗，測試在不同水壓條件設置下的水庫除險加固成本和工作效率，對這兩項指標進行記錄，觀察實驗結果。

2.1 數據準備

使用GX-DeveloperV7.0和GX-Simulator6.0進行仿真環境設置，為了確保實驗結果的準確性，對實驗變量進行控制[5]。此次測試的是高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的有效性，要對運行水庫除險加固工程的水庫規模、水壓條件等除水庫除險加固方法以外的其他影響水庫移民管理的變量因素進行控制，防止干擾實驗結果的準確性。設立對照組，一方面，依照該設計流程建立以高壓旋噴灌漿技術為核心的水庫除險加固工程；另一方面，傳統方法選用目前階段水庫除險加固中最為常見的混凝土防滲墻，在機械方面選用沖擊鉆機和液壓抓斗式開槽機，建造厚度為0.5 m，地下深度1.0 m，壩體深度3.0 m的混凝土防滲墻。

2.2 對比實驗結果

實驗過程中，使用不同的水庫除險加固方法在搭建的模擬環境下進行水庫除險加固測試，設置對比試驗，通過實驗時間變化改變水壓等設置條件增加水庫除險加固工程建設的難度系數，對使用兩種方法的水庫除險加固工程成本投入情況和工作效率進行測試。兩種方法的成本投入情況如表2所示。

表2 兩種水庫除險加固方法的成本投入情況

通過表2可以看出，使用高壓旋噴灌漿技術加固方法的水庫除險加固成本投入遠遠小于傳統方法，本文設計方法的水庫除險加固成本投入較傳統方法減少了27.7%。

對兩種水庫除險加固方法在不同環境設置下的工程建設效率進行記錄，繪制對比圖。對比結果如圖2所示。

圖2 實驗對比結果圖

通過圖2可以看出，高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用方法從提高工程工作效率角度而言占有明顯優勢。在整個實驗過程中，不斷增加水庫除險加固的難度系數，使用該技術方法進行水庫除險加固的工程工作效率始終高于傳統方法，位于90%～100%之間，數據雖然有所波動，但波動幅度不大，其平均工作效率為95%；而使用傳統方法的組別其工作效率從80%直線下降到45%，其數據波動幅度較大，平均工作效率僅為62.5%。

3 結 論

該技術方法相比傳統方法，能夠減少工程成本投入27.7%，提高水庫除險加固工作效率32.5%。因此，說明高壓旋噴灌漿技術在水庫除險加固中的應用方法具備極高的有效性。