水庫土石壩帷幕灌漿施工處理策略

李美珍

（建水縣水電勘測設計隊，云南 建水 654399）

0 引言

水庫工程的建筑因為常年受外部環境腐蝕和水體侵蝕，對結構會造成相當嚴重的破壞，使得水庫工程易產生漏水現象，滲漏情況的出現對工程的總體性能和安全將造成很大危害。所以在水庫堤壩施工中，防滲措施是工程關鍵組成部分，通過提高施工技藝的水準，就可以提高工程基礎防漏水水平。而帷幕灌漿施工技術則是使用較廣泛的防滲工藝技術，利用鉆機完成鉆井，并且在孔隙中加入用水漿液固結的水泥體，可形成致密度很高的防水工程帷幕，從而提高基礎地層和大壩壩體防水滲漏水平。

1 帷幕灌漿施工技術基本概述

當前國內使用的帷幕灌漿成型技術大多是使用孔口封閉器卡塞的循環灌漿法，重點是對巖層洞穴、裂縫、裂隙等加以合理填補。在巖層中實行分期鉆進，分期卡塞。使用多缸柱塞泵、口徑較小的鋼絲橡膠注漿成形管路，把各種泥漿灌注在裂隙和洞穴中。在帷幕灌漿成形工程施工建設中，有關人員要對工程建設地區的周圍環境加以全面探查。在實際情況基礎上提出可行性較大的施工方法，在工程建設上要在最佳地點鉆探帷幕洞。在施工上，要對注漿氣壓加以適當調節。在一般情況下，灌漿壓力具有很明確的變化區域，在各種地質環境中，灌漿壓力選擇程序具有很大區別。帷幕灌漿施工技術穩定性較高，在工程建設中要對各種技術參數實施嚴格監控，能提高水工項目建設的安全性。而帷幕灌漿的施工作業便捷程度也較高，在工程建設中根據建筑方案規定，在規定壩基巖性上實施鉆孔，所灌注的泥漿在凝結后，可形成穩定性較強的支護結構，進而構成帷幕防滲體系，實際使用很廣泛。

2 水庫大壩防滲帷幕灌漿的施工流程

先對工程實行檢查、放線和鉆孔。鉆孔沖洗結束后，進水口經過水壓測試，混合漿液，完成注漿成形工藝，然后閉孔。在進行生產孔帷幕灌漿施工前需進行現場灌漿試驗。帷幕灌漿結束后14d 還需進行檢查孔壓水試驗。

2.1 鉆孔

①在帷幕灌漿施工前，應配備孔位測量和鉆孔機。為提高測試的精確度，布線和指導，輔助裝置如全站儀測量必須在正確使用過程中孔位測量。當測試結束，電鉆也應校正完畢，且鉆孔部位用油漆標明。建造之前對鉆井平臺的確認工作不容忽視。具體地說，鉆機應該采用同一個水平進行校準，以確保它滿足施工要求。固定完成后，要進行全面檢查，不但包括鉆頭的可靠性和水平性，而且包括軸承、鉆頭與起重機能否處于同一水平面內。②為鉆孔和鉆機之間安裝混凝土保護層。通常，由于灌漿廊道的混凝土強度不同，而整層的厚度差很大。所以，埋地管道深度宜限制在1～2m?？字泄茕佋O之前，先要把鋼筋扎進洞中，再加入相應數量的混凝土，然后進入孔內管，并改變其高度，使其澆筑期限大于3d[1]。

2.2 裂隙沖洗和水壓試驗

灌漿前應對灌漿孔周圍的裂縫進行清理和吹掃，通常采用脈動水壓的形式，并用高壓水對裂縫進行吹掃。根據回水的清潔度判斷是否停止沖洗。沖洗壓力應小于灌漿壓力，沖洗時間應控制在15～20d。沖洗后，應進行簡單的水壓試驗。水壓試驗過程中，每5～6d 監測一次水壓和流量，確保水壓試驗符合相關技術文件的要求。

2.3 控制泥漿水灰比

注漿成型水灰比對帷幕灌漿的施工效率起重要作用。雖然水灰比濃度主要與灌漿壓力、灌注速度有關。但如果水泥灌注量大于300L 或填充時間大于30min，則灌漿壓力和效率并不會明顯改變。在這一點上，水灰比的濃度也可相應提高，但通常應采用低一級水灰比。當灌注速度大于30L/min 時，也可依據注漿完成的實際情況調整等級。在灌漿工藝中，不時發生注漿成型的中斷情況，應查明原因，采取有針對性的措施，灌漿作業應在短時間內恢復正常，否則應在灌漿施工前清理鉆孔。

2.4 制漿

制漿是帷幕砂漿澆筑的基礎，要求嚴格控制砂漿量。一般硅酸鹽材料主要用于灌漿材料。水泥材料必須按照設計文件進行實驗，并要求參加實驗設計的樣品必須符合有關規定的條件。漿液混勻要進行半分鐘以上，直到混合均勻，然后檢查漿液密度?；旌虾玫臐{液要貯存于5～40℃的環境中，灌漿施工應在4h 內完成[2]。

2.5 高壓噴射灌漿

灌漿過程中，主要調節灌漿速度和灌漿水量。通常情況下，砂漿注入速度在1L/h 之內，停留時間控制在0.5h 之內。灌漿后，應封堵孔洞。最常見的方式為置換和加壓灌漿。灌漿孔的最大灌漿壓力與密封有關。封縫完畢后，待水泥凝結時，除去表層灰塵。灌漿洞的非灌漿部分的長度超過3m 時，有必要考慮機械注漿封孔方法來進行封孔施工。注漿成型孔的未灌漿部分高度不足3m 時，可直接灌入用水泥砂進行封孔處理。特殊情形下，若封孔處理涉及巖石段，可直接采用混凝土。至于壩段，則采用黏土進行封孔處理。

3 土石壩帷幕灌漿施工處理技術

3.1 劈裂灌漿防滲技術

這種工藝是中國目前使用得比較普遍、防滲效果也比較好的一項工藝，其主要工藝原理是在土堤上進行劈裂并注漿成型，再通過相應的荷載，將壩體沿大壩軸線向小主力面劈開，傾注漿液，并與漿壩互壓，最終產生10～50cm 厚的連續泥墻，同時漿液與壩滲漏間斷濕化，產生沉陷收縮，從而提高壩滲的密實程度，因此這種工藝具有防滲效果。由于這種壩體應力可就地取材，施工簡單，投入較省、工效快。在引進的初期，主要技術要求是壩高在50m 以內的均質壩和寬心墻壩，并規定在最低水位進行。但近年來，已逐步推廣到壩高50m 以上的土石壩。不但在最低水位可以進行，在最高水位也可以進行；不但能劈裂壩滲漏，還能劈裂大壩基礎；不僅用于在寬心墻壩進行劈裂注漿成形，還可以在其他中心墻壩實施。另外，還可以逐步運用于濕陷的黃土寬頂壩、沙壩上。大量的實驗結果都表明，在大壩地基的應力場控制區域內，在大壩心軸上也存在著一些鉛直的較小主應力面，因此如果在大壩軸線布孔，并實施高壓注漿成形，就能夠達到定向劈裂，而且對建筑的漏水效應也較好[3]。

3.2 高壓定向噴射灌漿防滲技術

該方法是在過去引進日本高壓旋噴注漿成型法的技術基礎上改良而成，主要用于除險庫大壩地基屋頂漏水，并達到較好的效果。近年來在現有成功經驗的技術基礎上，又改進材料、設備、噴射型式，以及進行方法和有關的工藝方法。以前只進行黏土、砂、細粒砂礫石層，但現在又有較新的發展，并逐步擴展到強滲漏水的細砂卵石、沙卵漂石和堆石碴層中。但在這樣的土質巖層范圍內，使用螺旋鉆鉆孔進尺較慢，而且過多地采用固壁漿液填充土質巖層，加大澆注時能量的損耗，從而影響板壁的有效直徑和厚度[4]。目前比較先進的方法是“沖擊帶管鉆孔，泥漿固壁提管”的造洞新方法，其主要好處是：①在土中成洞質量保障高，孔斜率也易于控制；②固壁漿液不會盲目擴散，因此降低高壓噴射的能量消耗，也增加漿液的穿透能力，從而增加成墻效果；③施工速度快；第四，設備損壞較小，鉆具損耗少。

3.3 壩工用土工合成材料技術

建筑工程施工的薄膜根據水力功能，可分成不滲漏的土工膜或土工復合膜，前者可作為建筑漏水載體，起截滲隔水功能；后者則可作為反濾料，起防滲排水逆濾功能。其質量輕，運輸量小，施工簡單，比傳統黏土建筑的滲漏與砂粒石料排滲節約費用，減少時間，更容易提高施工效果[5]。該項工藝使用的典型例子，是設在福清縣的犁壁橋水電站，壩深38.3m，背水面邊坡長期出現大面積濕潤情況。后選用復合土工膜在土壩的迎水面邊坡做防滲層，總敷設規模為1845m2，周期30d，單位費用為16 萬元/m2左右，相當于采用黏土斜墻工程投入的1/3。其措施簡單，設備較少，普通民工就可以掌握，同時該防滲方案的材料柔韌性較強，既可滿足大壩變形，耐腐蝕，又有不怕老鼠、獾、白蟻等侵害的特性，處理后的蓄水工程經過3 年汛期達到正常安全水平，又不存在濕潤情況，防滲成效顯著，實現預定目的。

3.4 振沖加固技術

由于中心墻的沙殼壩較多，在開挖時，對沙殼多不碾壓或碾壓得不密實，有的壩基上也存在大量細砂層，若未經回填，或受外部的震動沖擊，極易塌方。據不完全統計，水壩損傷最劇烈的幾乎全是由地震所引起的。所以，防止土石壩的不完全液化已成為地震頻繁地區保證水壩穩定的最關鍵一點。近年來，除以上壩腳拋石蓋重和上下游壩腳加固排水蓋重外，主要采取振沖法加固，一般水深高達15～30m，效益很高。內蒙古紅山水庫土堤總高31m，坐落在水深40～60m 的覆蓋層上。堤體質較好，覆蓋層上部24m 位置為極過篩細黏土或中砂黏土，相對密度為0.5～0.65[6]。近年來，對該大壩在Ⅶ級設防地震烈度作用下的穩定性進行評估，發現在下游壩腳處壩基的液化現象，深度達到17m。通過對大壩基礎耐震性加強，保護原有的排水緩解壓井結構，在其上用8m 高的堆石蓋重防止壩基液化現象。在上下游壩基土體中建立長20m、深10m 的振沖法加密帶以保證土堤及上下游邊坡的穩定性，有利于提高振沖法加密區的穩定性，需要在堆石蓋重區下部敷設抗濾層，并需要平整上下游灘地，以提高排澇能力。

3.5 壩基巖溶防滲技術

由于中國巖溶區域分布廣泛，所以壩區漏水問題嚴重，甚至無法蓄水。由于巖溶景觀的滲流量幅度很大，按一般混凝土灌漿已無法奏效。山東岸堤水電站，由于大壩基巖溶發育，壩基滲流率最大為0.167m/s，估算流量已超過10000m/d，已大大超出混凝土灌漿一般可容許的流量。通過反復實踐與探索，均獲得可喜的收獲，主要操作方法是：先向鉆孔內拋填一級配料，并封閉滲漏管道，以降低滲漏流量，并形成反濾條件，級配料一般要按四級配置，即2～5mm、5～10mm、10～20mm、20～40mm，拋投后，前細后粗，徐徐投放，但不要車速太快，以防阻塞鉆孔，當第一級配料總量達到1～2m3，鉆孔內水位不上漲，孔底不淤同，即投放第二層級配料，當拋填總量達到2～4m3時，因鉆孔內水位和孔底淤泥而懸停，改拋第三層級配料，并一直拋到第四次級，若仍無法發揮封堵效果時，就應擴大鉆孔，并改為再拋更粗顆粒的40～80mm。當粗級配料拋不進去后，就應由粗變尖反向拋填，一直拋到鉆孔量下降到200L/min，此時，就可進行混凝土砂漿澆注，將混凝土砂漿按比例分成4等，大小依次是1:1、1:2、1:3、1:4，并按照常規要求進行注漿成型，達到形成帷幕的目的，達到很好效果。

3.6 倒掛井防滲墻加固技術

采取單井施工方式，先挖主井，后挖副井，相互配合，可構成整個混凝土防水滲漏墻結構。它的好處是單井建設、土拱作用強、土壓小、施工安全度較高，而且由于單井工作量較小，相關設施也容易處理。但不足之處則是由于防滲墻焊縫較多，在副井建設時需要挖除與主井聯系部分水泥，施工比較麻煩，限制速度，而且也無法確保工程質量。當前，已在原有倒掛著單井防滲墻補強方法的基石上加以改進與技術創新，實行組井建設，分序建設，相當于沖擊鉆溝孔式建設方法，先挖掘單號井組，后再挖掘雙號井組，構成完整的混凝土結構防滲墻。這個方式比單井施工澆筑方式減少焊縫，大大提高建筑施工速度。而且，還利用土拱的作用，施工安全，工程質量更有保障[7]。

4 結語

綜上所述，在工程防滲帷幕灌漿實施過程中，不但包含許多環節，且由于施工工藝的煩瑣，結果實施品質無法保障，嚴重影響工程的功能利用。所以，為提高帷幕灌漿的建筑施工質量，應確定建筑施工技術要領，嚴密監控建筑施工的活動，以達到施工作業的規范化，從而提高施工效益和產品質量。確保整個大壩在施工過程中能順利完成，最終保證大壩的質量安全。