水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用研究

馮學(xué)兵 常杰 吳玉麗

水利工程所在地的環(huán)境往往十分復(fù)雜，而且項(xiàng)目本身具有很大的工程量和施工難度，可能涉及較長(zhǎng)的工期，這使得項(xiàng)目質(zhì)量與安全問(wèn)題受到極大關(guān)注。水工隧洞在項(xiàng)目中的規(guī)模相繼擴(kuò)大，逐漸呈現(xiàn)出大尺度、深埋深、大斷面等代表性特點(diǎn)。與此同時(shí)，聯(lián)系到當(dāng)前全國(guó)各地已有的在建、已建水工隧洞，一般會(huì)采用到混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，防滲排水施工中則是以“堵、截、排”的方式為主。近年來(lái)水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲技術(shù)在項(xiàng)目施工中得到廣泛應(yīng)用，尤其是為了避免因隧洞滲漏造成的混凝土溶蝕破壞問(wèn)題。對(duì)此，本文圍繞水利工程中水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)的應(yīng)用展開(kāi)分析，總結(jié)水工隧洞基礎(chǔ)防滲的可行方法。

一、工程概況

此次討論水利工程，是已建水工隧洞的防滲堵漏以及結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，為水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程，具體是指水庫(kù)引水隧洞系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括進(jìn)水口閘室段、混凝土襯砌段以及鋼管段，根據(jù)項(xiàng)目資料，總結(jié)基礎(chǔ)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目基礎(chǔ)參數(shù)

水庫(kù)安全評(píng)價(jià)報(bào)告中，在進(jìn)水口檢修閘門處，觀察左側(cè)水封已經(jīng)形成了帶狀滲漏點(diǎn)，對(duì)這一滲漏點(diǎn)安排檢查，滲水量約為6 L/min。工作人員同時(shí)觀察混凝土襯砌段的頂部，此處形成了大量裂縫，數(shù)量為6 處。同時(shí)檢查此處的集中滲漏點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)漏水量比較大的共7處。環(huán)型接縫的檢查中，工作人員同樣發(fā)現(xiàn)有微漏情況，縱縫也均有微滲狀況，甚至還存在鈣質(zhì)析出的情況。另外，施工人員檢查施工支洞周圍區(qū)域以及環(huán)型接縫位置，發(fā)現(xiàn)有滲漏點(diǎn)，而且漏水量大，總量在8 L/min 左右。綜合以上滲透問(wèn)題，決定采用灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)。

二、水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)重難點(diǎn)

1.灌漿基礎(chǔ)防滲施工重難點(diǎn)

結(jié)合此次水利工程項(xiàng)目實(shí)際情況，在水工隧洞防滲堵漏施工中應(yīng)用灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)，總結(jié)此技術(shù)應(yīng)用的重難點(diǎn)，有以下幾點(diǎn)：

（1）此次針對(duì)水利工程的分析，工作人員分別以環(huán)拱伸縮縫和頂拱孔洞等為側(cè)重點(diǎn)，對(duì)其出現(xiàn)的滲漏進(jìn)行修補(bǔ)，整體來(lái)說(shuō)防滲施工分布范圍比較廣泛。此項(xiàng)目在2021 年組織過(guò)C 級(jí)檢修，根據(jù)當(dāng)時(shí)的檢修結(jié)果，發(fā)現(xiàn)很難實(shí)現(xiàn)滲漏的有效預(yù)測(cè)，施工現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)形成的滲漏點(diǎn)和滲漏通道的部位、貫穿情況也無(wú)法保證精準(zhǔn)性?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)所有施工環(huán)節(jié)中，多為登高和臨空作業(yè)，所以，整體施工質(zhì)量提出要求高。

（2）引水隧洞內(nèi)部空間比較狹窄，無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)還是行人、設(shè)備的運(yùn)輸，均面臨比較差的條件。防滲施工需要的所有機(jī)械設(shè)備、物料，僅能夠通過(guò)在閘門井安裝升降機(jī)的方式，向引水隧洞內(nèi)部運(yùn)輸。施工現(xiàn)場(chǎng)所有行人，勢(shì)必會(huì)經(jīng)過(guò)廠房，對(duì)此，鋼襯下平段和斜井段處，施工人員放置了排架。排架搭建期間還放置了高陡腳手架斜梯，才能夠使行人順利到達(dá)施工場(chǎng)區(qū)，降低施工效率。經(jīng)測(cè)量，閘門井井口位置到洞底之間的高差，經(jīng)測(cè)量確定為50 m；測(cè)量斜井、下平段高差，得出數(shù)值37 m。由此可見(jiàn)，防滲施工涉及很大的工程量，加之現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境也容易安全性的問(wèn)題，在防滲施工方面也需同時(shí)做好安全管理工作。

（3）施工現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存各類材料，其中環(huán)氧化學(xué)修補(bǔ)材料是防滲施工材料的一種，此類材料具有易燃性、易揮發(fā)性，在施工現(xiàn)場(chǎng)揮發(fā)，將會(huì)產(chǎn)生刺激性氣體?？紤]到此項(xiàng)問(wèn)題，施工人員在防滲施工的同時(shí)，也需要對(duì)原材料運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用等各個(gè)階段的安全管理加強(qiáng)控制。

（4）引水隧洞內(nèi)部的通風(fēng)條件欠佳，防滲施工中很難將粉塵和化材揮發(fā)性氣體散出。這不僅會(huì)在施工現(xiàn)場(chǎng)埋下消防隱患。對(duì)此，結(jié)合此次水利工程項(xiàng)目實(shí)際，發(fā)現(xiàn)各個(gè)方面均面臨比較高的要求。

2.應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

此次防滲施工選擇灌漿基礎(chǔ)防滲工藝，施工人員在現(xiàn)場(chǎng)制作水泥砂漿，通過(guò)打孔工藝、灌漿工藝向孔洞內(nèi)打入砂漿，以此完成填充結(jié)構(gòu)內(nèi)部縫隙的施工處理，具有防滲效果。此技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用，有效杜絕了水工隧洞滲漏問(wèn)題，將隧洞結(jié)構(gòu)縫隙有效填補(bǔ)后，使引水隧洞的防滲性、抗?jié)B性提升。另外，施工中使用砂漿，其強(qiáng)度務(wù)必高于隧洞本體強(qiáng)度，砂漿打入到隧洞中便可起到加固的效果，杜絕滲漏一類病害。

三、水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

1.隧洞回填

此次水利工程項(xiàng)目施工中，灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)應(yīng)用前期，施工人員必須做好充分的準(zhǔn)備工作，具體應(yīng)準(zhǔn)備好防滲施工需要的設(shè)備、測(cè)量?jī)x器，并且配置砂漿。

（1）施工現(xiàn)場(chǎng)需要用到多類設(shè)備，具體包括地質(zhì)鉆機(jī)、電焊機(jī)，以及泥漿泵等泵類裝置，除了基礎(chǔ)設(shè)備外，運(yùn)輸車輛也必不可少。因?yàn)槭┕がF(xiàn)場(chǎng)的施工設(shè)備數(shù)量與類型非常多，所以為了確保防滲施工的有效性，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備的所有設(shè)備，施工人員必須提前檢測(cè)其性能，嚴(yán)禁出現(xiàn)防滲施工中設(shè)備性能方面的故障，確定設(shè)備與水利工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)一致。根據(jù)此次水利工程提出的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，引水隧洞灌漿環(huán)節(jié)的施工，施工人員檢查手風(fēng)鉆、潛孔鉆，要求孔徑36 ～40 mm，選擇施工鉆頭時(shí)，要求直徑38 mm，而地質(zhì)鉆機(jī)孔徑則和水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)，則要按照75 ～110 mm、80 mm 的標(biāo)準(zhǔn)做出選擇。

（2）對(duì)于準(zhǔn)備的測(cè)量?jī)x器，施工人員在準(zhǔn)備階段應(yīng)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。例如水平尺和經(jīng)緯儀等常見(jiàn)的測(cè)量?jī)x器，驗(yàn)證時(shí)要求垂直誤差不得大于0.2%，同時(shí)在使用時(shí)應(yīng)搭配鉆桿垂直。

（3）施工人員在準(zhǔn)備階段配置砂漿時(shí)，重點(diǎn)要控制好砂漿基礎(chǔ)性能，抗硫酸水泥是關(guān)鍵材料。具體在砂漿配置階段，應(yīng)用到高速攪拌機(jī)，在水泥砂漿過(guò)篩之后調(diào)整設(shè)備的轉(zhuǎn)速到1400 r/min，選擇雙層儲(chǔ)漿桶，隨后再調(diào)整為低速攪拌桶。砂漿配置的試驗(yàn)環(huán)節(jié)，在已經(jīng)明確了水泥砂漿濃度之后，施工人員可以根據(jù)水泥砂漿的不同級(jí)別，依次計(jì)算配比量。后續(xù)加入水泥，務(wù)必整袋將其放入，若無(wú)法做到整袋放入，施工人員可使用臺(tái)秤精準(zhǔn)稱量，確保水泥使用量與本次水利工程的標(biāo)準(zhǔn)完全一致。砂漿的水灰比應(yīng)與土層性質(zhì)、室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果充分結(jié)合。根據(jù)此次項(xiàng)目，回填灌漿的配置階段，確定配置比是0.5 ∶1，而固結(jié)灌漿比例則確定為3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1 和 0.5 ∶1，經(jīng)過(guò)對(duì)比，確定與項(xiàng)目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一致。

在完成了以上準(zhǔn)備工作之后，因?yàn)楣酀{基礎(chǔ)防滲處理具有特殊性，所以施工人員提出了“先回填、后固結(jié)”的要求。換言之，施工人員率先在引水隧洞頂部進(jìn)行回填灌漿施工，檢查隧洞頂強(qiáng)度已經(jīng)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符，判定其滿足質(zhì)量要求，隨后再安排固結(jié)灌漿施工作業(yè)。

2.固結(jié)灌漿

（1）施工流程

此次水利工程項(xiàng)目的回填灌漿施工階段，主要按照“布孔—鉆孔—洗孔—灌漿—封孔”的順序進(jìn)行（回填灌漿施工流程見(jiàn)圖1）。首先，回填灌漿施工的關(guān)鍵在于層次性，施工人員應(yīng)從下游開(kāi)始，依次向上游進(jìn)行，如果存在同排施工的情況，則應(yīng)分為兩序，其中一序施工結(jié)束后再安排另外一序施工。表孔溢洪洞頂拱處施工需要鉆取回填灌漿孔，鉆孔施工中要求孔徑控制到10 cm，間距控制到1.5 m，布設(shè)為矩形，能夠很好地滿足防滲加固要求。在表孔溢洪洞拱形處，施工人員還需設(shè)置好一圈灌漿內(nèi)孔，要求孔間距3m，孔深4m，同樣為矩形分布。考慮到固結(jié)灌漿施工在此水利項(xiàng)目中屬于難點(diǎn)項(xiàng)目，所以施工人員經(jīng)過(guò)討論，決定采用“環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密”的施工方法，從下（游）開(kāi)始到上（游）逐排進(jìn)行作業(yè)。此次水利工程項(xiàng)目的環(huán)間、環(huán)內(nèi)劃分為兩序，換言之，此次施工順序是一序環(huán)一序孔、一序環(huán)二序孔、二序環(huán)一序孔、二序環(huán)的二序孔。

圖1 回填灌漿施工流程圖

（2）施工裝置與參數(shù)

①鉆頭

引水隧洞灌漿施工中，施工人員根據(jù)提前設(shè)定的施工技術(shù)方案選擇鉆頭。當(dāng)孔徑為40mm 時(shí)，建議施工中應(yīng)用B100 潛孔鉆和手風(fēng)鉆，鉆孔則設(shè)置為38mm；當(dāng)孔徑在75 ～110mm 之間，施工中可以選擇2PC 型地質(zhì)鉆機(jī)，鉆頭的直徑則可以設(shè)置成80mm。

②垂直度

結(jié)合此次水利工程實(shí)際，應(yīng)用防灌漿基礎(chǔ)防滲處理的工藝之前需要進(jìn)行校正。施工人員使用水平尺、經(jīng)緯儀等工具，及時(shí)發(fā)現(xiàn)垂直鉆桿垂直度誤差，并對(duì)其進(jìn)行有效控制。施工現(xiàn)場(chǎng)表孔洞拱形處，施工人員設(shè)置好灌漿內(nèi)孔，孔間距不得超過(guò) 4m，孔深1m，孔布置選擇梅花形。

（3）砂漿控制

施工人員正式開(kāi)始灌漿作業(yè)之前，應(yīng)全面了解水泥材料的物理性能。施工人員在現(xiàn)場(chǎng)還需安排抽檢，例如水泥一旦受潮結(jié)塊，勢(shì)必會(huì)影響水泥性能，當(dāng)施工人員發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象后，應(yīng)馬上處理受潮水泥，不能在防滲施工中繼續(xù)使用。施工人員在抽檢漿液的作業(yè)中還需檢查參數(shù)配比情況，此階段使用液體密度計(jì)，從而保證水泥砂漿使用的規(guī)范性。

（4）灌漿與壓力控制

灌漿作業(yè)一般選擇孔口循環(huán)、孔內(nèi)純壓式的方法，一次性完成灌漿，設(shè)備方面則應(yīng)用到泥漿泵灌漿機(jī)。灌漿管的選擇優(yōu)先應(yīng)用高壓鋼編管，其間務(wù)必嚴(yán)格控制灌漿壓力。一般回填灌漿壓力最佳范圍在0.3 ～0.4 MPa 之間，而固結(jié)灌漿壓力則是以0.3 ～0.5 MPa 為宜。

（5）灌漿結(jié)束后封孔

當(dāng)施工人員檢查回填灌漿已經(jīng)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，便需要著手控制吸漿量，要求吸漿量小于0.4L/min，運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)30 min。灌漿孔注漿施工結(jié)束，施工人員應(yīng)第一時(shí)間封堵灌漿孔。確定適合的巖基位置，采用壓力灌漿封孔法，其間檢查封孔壓力要和灌漿壓力不能有任何偏差。施工人員在封孔中控制好導(dǎo)管，放置在離孔底還有0.5 m 的位置，以泥漿泵配置水泥砂漿，配置比例建議調(diào)整為0.5 ∶1，打入孔內(nèi)置換孔底水、稀漿。當(dāng)孔口已經(jīng)有濃漿溢出，即可結(jié)束注漿。同時(shí)增加止?jié){閥，施工人員持續(xù)灌注比例為0.5 ∶1 的濃漿，實(shí)現(xiàn)壓力灌漿封孔。

施工人員采用灌漿封孔法，對(duì)頂拱與水平孔進(jìn)行封堵處理，確保巖基處的封孔密實(shí)度符合要求，而且封孔和灌漿的壓力一致。此環(huán)節(jié)施工人員同樣需要應(yīng)用泥漿泵，將比例為0.5 ∶1 的濃漿壓入內(nèi)部進(jìn)行封孔。對(duì)于混凝土部位，施工人員調(diào)配1 ∶1 濃度的砂漿進(jìn)行封孔處理，除頂拱外的其余孔洞，均要采用1 ∶1 砂漿封孔。待封孔作業(yè)全部結(jié)束，再抹平封孔四周乳砂漿。

3.施工效果檢查

（1）外觀檢查

當(dāng)灌漿基礎(chǔ)防滲處理的各個(gè)環(huán)節(jié)施工結(jié)束，施工人員應(yīng)馬上著手準(zhǔn)備施工資料，整理好后由監(jiān)理部門負(fù)責(zé)遞交，安排專業(yè)人員，對(duì)灌漿施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。一般檢查工作需要在灌漿施工結(jié)束的3d 后進(jìn)行，施工人員查看灌漿回填孔實(shí)際情況，檢查過(guò)程按照從上到下的瞬息進(jìn)行，安排單孔注漿試驗(yàn)。施工人員在孔中注入水泥漿，比例設(shè)置為2 ∶1，根據(jù)灌漿作業(yè)的壓力，前10min 注入量不能超過(guò)10L，以免后續(xù)需要補(bǔ)償，再安排檢查最終灌漿以及封孔處理效果即可。

施工人員在固結(jié)灌漿檢查孔這一環(huán)節(jié)，檢查過(guò)程與回填灌漿類似，同樣需要在灌漿施工結(jié)束的 3d 后進(jìn)行。施工人員整理好所需資料后，由專業(yè)檢測(cè)人員前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)施檢測(cè)中，檢測(cè)孔數(shù)應(yīng)達(dá)到灌漿孔數(shù)量的 5%。常規(guī)壓水試驗(yàn)一般可以應(yīng)用到單點(diǎn)法，并且在試驗(yàn)中安排巖體聲波測(cè)試，試驗(yàn)孔壓水透水率不大于3Lu。

（2）防滲施工質(zhì)量檢查

施工人員在檢查時(shí)，灌漿孔應(yīng)超過(guò)5%，根據(jù)實(shí)際情況不斷調(diào)整防滲設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。參照防滲施工要求，應(yīng)用灌漿基礎(chǔ)防滲處理的檢查時(shí)，必須參考回填灌漿、固結(jié)灌漿的要求與資料，根據(jù)灌漿施工作業(yè)規(guī)定杜絕滲漏問(wèn)題，為后續(xù)水利工程投入使用的整體質(zhì)量提供保障。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水利工程作為一個(gè)地區(qū)發(fā)展與建設(shè)的重要標(biāo)志，組織水利工程建設(shè)與施工的過(guò)程中，滲漏是全程需要關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。一直以來(lái)，為了有效杜絕水利工程的滲漏問(wèn)題，廣大從業(yè)者也提出了一些建議。應(yīng)用水工隧洞灌漿基礎(chǔ)防滲處理技術(shù)，可以通過(guò)灌漿基礎(chǔ)防滲，有效降低滲漏問(wèn)題的發(fā)生率。與傳統(tǒng)防滲施工技術(shù)相比，不僅提升了水利工程防滲性，還奠定了水利工程項(xiàng)目的質(zhì)量基礎(chǔ)，保證項(xiàng)目使用后的效果，以免發(fā)生滲漏帶來(lái)嚴(yán)重后果。