灌漿技術在水庫大壩防滲工程中的應用

謝 莉

（韶關市曲江區人民政府水庫移民事務中心，廣東 韶關 512100）

隨著我國經濟社會建設步伐的加快，近年來國家加大了對城市水利設施等基礎設施項目的投資，特別是對于水庫大壩防滲工程等工程建設項目而言，新型灌漿技術作為一種優勢明顯的防滲加固技術，具有適用范圍廣、強度高、噪音低、無污染和工作要求低等特點，特別適用于水庫、大壩等基礎設施的防滲加固工程中。但在灌漿技術的實際應用過程中，經常會出現泌水、滲漏和豎向不一致等質量問題，影響工程的整體質量。因此，本文對灌漿在水庫防滲加固工程中的應用進行分析，并對防滲墻的質量進行檢測，以保證水庫大壩等基礎設施的正常運行。

1 工程概況

以某水電站大壩防滲工程為例，該水庫是以防洪為主，兼顧農村灌溉、供電、城市給排水和發電等綜合利用功能的大中型水庫，其既是我國重點大中型水庫，同時又是用于防洪的蓄水池。庫控段面積約為44.6 km2，總庫容約1.885億m3，水庫樞紐主要由水壩、堰和輸水涵洞等永久性建筑物構成，并歷經了多年的建設運營，現發現大壩的基礎存在危險滲漏問題。因此根據滲砂層和壩基滲漏部位，采取相應的灌漿技術措施，堵住滲漏通道，解決大壩滲漏問題。

2 高噴灌漿施工工藝

2.1 高噴灌漿施工參數的確定

該項目采取高壓旋噴防滲方法，澆注分為2次依次完成，高噴砂漿的工藝參數的判斷從嚴格意義上確定了鑄造的好壞，本工藝依據設計人員給出的砂漿工藝參考區間值，計算砂漿工藝時所用的技術參數：砂漿比例、溫度、用水量和砂漿壓力、地板傾倒測試等，最后由設計人員與監理機構一起確認鑄件工藝參數。

2.2 主要施工程序

高噴孔分兩序施工，單孔的主要施工工藝流程為：機具就位→鉆孔→下入噴射管→噴射漿液及提升→沖洗管路→孔口回灌等。

2.2.1 鉆孔

液壓旋挖鉆頭，應采用孔徑為110～150 mm的合金鉆頭鉆孔。當鉆機定位后，將鉆桿對準計劃孔位，用水平標尺校正機體水平，墊好機座與機架，開孔時，計劃孔位誤差宜限制在50 mm之內，同時為確保鉆機的偏移值不大于百分之一，規定單條鉆管的有效直徑為20 m，并需要按照鉆機的工作狀態，通過kxp-1測斜儀檢查鉆機的偏移，在此過程中必須隨時鉆孔，并及時校正偏移。如果在鉆取過程中，出現落鉆、堵鉆等異常現象，應及時采取相應措施并進行檢查記錄，同時計劃鉆進深度為每個鉆機的正常施工參考值，可知最終鉆孔深度鉆入相對于不透水層以下2.0 m的黏土層。鉆孔完成后，應檢測井眼傾角，并向井壁注入泥漿，防止因井眼塌陷而使噴射混凝土管落入井眼，還要糾正不合格的井斜，直至合格，在合格之后還要邀請相關工程監督人員和工程質量檢測人員進行全面的檢測檢查，等到工程建設質量完全合格之后才能進行下一步的驗收。圖1為灌漿鉆孔施工原理圖示。

圖1 灌漿鉆孔施工原理圖（單位：mm）

2.2.2 噴射灌漿

噴射裝置應根據施工人員設定的旋轉裝置方式和設定的施工參數輸出高壓水流、壓縮空氣斷路器和水泥漿。當泵壓、氣壓和水壓均超過規定的設計值時，首先從孔底就地以高壓旋噴1～3 min，當漿液回孔內且重力超過13 kN/m3以上時，為提高噴頭速度設計上升速率噴射時，噴嘴必須向前旋轉并不斷噴水，同時當旋轉的噴淋支管體超過設定高度后，須在原地噴涂1～2 min，并隨即停止供水、供氣和供泥漿，同時必須把混凝土的噴出軟管從混凝土灌注孔中拔出。在噴出砼過程中，噴水管的設計上升速率要持續而平穩，噴射混凝土要均勻，計量要準確，水泥攪拌量不能少于計劃摻量，必須編制噴射混凝土的施工記錄。同時，為保證壁體質量，對高壓噴射鑄造過程中的特殊和異常情況應作如下處理。首先，應經常測試灌漿入口和出口重量。當與規定值的誤差超過0.1時，必須立即停止注入，重新調整漿料的水灰比，直至符合規定。其次，無論如何在進行上一步驟之后要中斷注射（包括拆除噴嘴）。高壓注水恢復時，如中斷時間短，搭接長度不應小于0.5 m；如果中斷時間較長（大于30 mm），則腹下長度不應小于1.0 m。高噴灌漿原理如圖2所示。

圖2 高噴灌漿原理

3 防滲墻質量檢測

3.1 鉆孔取芯深度檢測

高壓噴射鑄造檢查孔的水壓試驗須于該位置鑄造完成后28 d完成。高壓噴射鑄造的檢測鉆孔設在地層較復雜及可能出現質量問題的區域，其中高壓噴射鑄造的檢測鉆孔總量不應大于鑄造鉆孔總量的10%，并且每個工作單位最少應當設有一個檢測鉆孔及建議檢測鉆孔的適當位置，然后根據噴灌施工記錄，0+160與0+245樁之間的平均混凝土用量變化較大。而其他澆注段的平均混凝土用量變化大約為210 kg/m，并經與設計、監理共同分析研究，本項目規劃6個檢查孔，分別在0+120、0+121、0+160、0+170、0+240和0+260處。從6個孔鉆深度來看，達到墻體設計深度要求。

3.2 探地雷達墻體連續性檢測

探地雷達（Ground Penetrating Rada GPR）測試持續進行，如果檢測線設置在墻頂部位置，則需要根據探地雷達的有效檢測距離與施工經驗，對檢測區域0+050～0+130區域進行二次往返，之后可以通過所獲得的圖像判斷，探地雷達探測區域的墻體并無異常，這時如果根據對局部墻體的GPR測試結果判斷，墻體在雷達探測區域內存在著良好的穩定性，并沒有明顯的不連續性，也就不會存在著明顯的空洞現象或是其他情況。

3.3 墻體抗壓強度檢測

在從墻體不同高度鉆取的芯樣中，選擇了滿足測試規格條件的芯樣進行抗壓性能測試，并根據每5 m取樣3個的原理，共取芯樣12組36個。養護工藝的室內測量結果為：所取得完整芯樣的無側限抗壓強度值約為3.7～5.1 MPa。

3.4 注水試驗檢測

注水實驗中，微透水實驗共15組，測得的滲透系數范圍值為（1.22～5.12）×10-6cm/s，約占實驗組總數的26.7%;極微滲漏水測試39組，測得的滲透系數范圍值大概范圍為（5.05～9.75）×10-7cm/s，約占全部測試組總數的85.7%。防滲墻的滲透系數遠低于工程設計要求限值。

4 帷幕灌漿技術

帷幕灌漿法是一項實用的滲漏處理技術，已應用在水電站堤壩加固領域。除高噴注漿成型技術外，帷幕灌漿技術對于加固水庫壩基具有重要意義。下文則主要探討帷幕灌漿在水庫壩基防滲加固中的應用。

4.1 水庫大壩基礎防滲加固帷幕灌漿的機理及主要施工工藝

通過鉆取和水壓測量所獲得的砂礫土層透水性，并加入了適當的水灰比，在合適的混凝土澆筑與水壓控制下，漿液在一定區域內迅速彌散，并逐漸在砂礫表層凝固生成不透水體，同時利用孔段的加深與孔序的致密化，在大壩滲漏區和巖基之間建立了屋頂滲水帷幕。

壩基堵塞的目的是把滲漏量限制在規定范圍內，避免損傷壩基，確保水電站長期安全運轉。由于中國大部分建筑都是三級以下的低壩，所以，防滲工程標準一般都可設定為最大滲漏水量的q≤0.01～0.03 m3/min。圖3是用帷幕注漿成型技術進行工程施工的原理圖。

圖3 帷幕灌漿原理圖示

水庫大壩基礎防滲加固帷幕灌漿的主要施工參數如下。

（1）孔深限制及段長。第一段進入的砂卵石層1～2 m深，下一段段長控制在2～3 m。從壩基巖性接觸段進入壩基巖性的一段長為0.5 m，最高不得超過2 m，并依據這個區段所包含的砂巖卵石層的厚度確定。壩基巖性段灌漿按SL62-94的有關壩基巖體灌漿規定進行。

（2）排序和孔序。搭設帷幕前先施工下游側排，后再施工上游側排；為防止在灌漿過程相鄰的鉆孔中出現竄漿現象，每列注漿成型后分為Ⅲ序次鉆灌，即先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，再施工Ⅲ序孔，若前序未完成，不施工后序。

（3）控制壓力。對土壩壩基，Ⅰ、Ⅱ序孔灌漿最大全壓力為P=H×γ，H為孔底水深，m；γ為土體容重，按經驗值看，為19 N/m3。因心墻底部地質條件不良，所接觸部位主要有心墻泥土、砂卵石2種介質，故灌漿時應嚴格控制好水壓，以免產生心墻土石壩劈裂現象，故需依據先導孔測試結果選擇合理灌漿水壓，一般為1.02 P。同時為了進行Ⅰ、Ⅱ序鉆孔的施工，Ⅲ序鉆孔的灌漿水壓也可相應地增加一點，每段的灌漿水壓在Ⅰ、Ⅱ序鉆孔灌漿時最大全壓的正常水平上提高0.02～0.05 MPa，促進泥漿更有效擴散，以保證灌漿質量。

4.2 灌漿效果分析

以大壩基礎屋頂滲水施工為例，通過分析上述施工方法的澆筑效果，其中水庫總庫容為1 483萬m3，主壩為黏土心砂墻壩，壩高14.6 m，壩頂長280 m，黏土心由沉盒回填，以進行大壩的防滲工程加固。因為工程地面上存在著一層滲漏率高的砂礫石，澆注時大量水從沉井基坑內流出，從而導致了工程地面塌孔，同時由于沉井水不能流入工程巖體中，與巖體基礎之間構成不透水的閉合環境，所以通過帷幕施工，可以控制沉井井底與砂礫石層在上表面的水平間距約為0.5～0.8 m，從而避免了沉井井下水與砂礫石層的滲漏，同時在合流段（樁0+190—0+252），大壩其他段（樁0+029—0+255）和河兩岸山體有2排帷幕灌漿，單簾澆注和雙簾澆注的上游排位于上游管軸的軸線上。

檢查孔成果分析：該工程共布設了12個高壓水實驗檢查孔，砂卵石層共實驗21段，其中，堵口段雙排孔的實驗檢驗孔布設于搭設之上。最大實驗水壓為P=1.56 H，H為孔底水深，同時確定為0.68 MPa，實驗采取單點法完成，據壓水實驗結果分析，砂礫石地層的最大滲漏水比為4.65～9.86之間，均符合設計條件（小于10 Lu）。

5 灌漿時應注意的問題

首先，必須在旱季組織防滲加固及澆注施工同時完成。在砼施工過程中，尤其是在序孔澆注過程中，應該盡可能保證水庫水位較低，以縮小與下游企業水位差距，并減少線性滲流層的流速。壩基和減少注漿成型流動對施工效率的直接影響。其次，鉆井段長度調節要依據鉆井狀況及時適當調節。左鉆井中循環水大量滲漏、井圍內沉降量過大、成孔困難或鉆井的取進量很大時，則可停止重鉆混凝土澆注段，如只有很小的滲漏，可相應地延長混凝土澆注段的長度，當整個鉆井表面都是比較平滑的并且基本無滲漏后，就可以再將整個鉆井段重新沉入一次，從而可以把大部分注意力和時間都集中到尋找嚴重滲漏的地方上。再次，為有利于泥漿的擴散和加快凝結，一般泥漿需要采用質量優于42.5的混凝土，在必要時也可采用地勘水泥、超細混凝土和水玻璃，在同一幕簾內，針對透水性能的不同，也可以選擇地質勘探砂漿、普通硅酸鹽水泥、超細混凝土及各種水泥混凝土進行澆注，但是必須注意的是，在澆注時，必須要在施工上對所有水泥及其他澆注材料進行測試，以保證固井時間的正確，同時工程質量也必須合格，以避免與混凝土分離而產生滲漏。最后，水泥在澆注于砂礫層中時不能使用過高壓，否則無法控制砂漿流失，達不到預想效果，同時氣壓也不能過低，不然在砂礫層的部分縫隙中無法滲透泥漿，造成散射1.5 mm的直徑過小，達不到理想的效果。所以在澆注完草簾之后，砂礫層中仍然有許多氣洞而無法澆注，留有更多的通透氣孔。所以，建筑防水滲漏規范應當依據建筑的安全運行狀況而合理制定。

6 結束語

在灌漿技術施工過程中，水管口應當用風水、加壓水等方式加以沖洗，并在灌漿過程緩慢排水時，應適當增加灌漿入口水壓，以確保灌漿過程順利排水。由于灌漿技術是壩庫施工中一種十分關鍵的技術手段，理應引起廣大相關工作者的重視與運用。同時其施工技術水平的優劣直接影響水庫大壩的建筑品質與運用效益，所以要嚴格管理水庫大壩灌漿工程建設，保證建筑品質與正常運轉。