甄茂濤

安徽水利開發(fā)有限公司 安徽 蚌埠 233000

引言

超薄防滲墻是土石壩結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其防滲能力直接土石壩以及水利工程整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全，一旦發(fā)現(xiàn)其存在滲漏風(fēng)險(xiǎn)時，必須及時進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理。因此在土石壩超薄防滲墻施工中應(yīng)積極應(yīng)用組合防滲技術(shù)，以全面提高超薄防滲墻的施工質(zhì)量效率以及防滲性能，降低施工成本。本文將結(jié)合某水利工程項(xiàng)目土石壩除險(xiǎn)加固施工實(shí)踐，重點(diǎn)針對振動沉模與高噴灌漿技術(shù)的組合應(yīng)用展開研究，以準(zhǔn)確把握超薄防滲墻組合防滲技術(shù)原理以及各項(xiàng)施工技術(shù)要點(diǎn)，并對超薄防滲墻組合防滲技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行分析，以促進(jìn)土石壩加固防滲施工技術(shù)水平的進(jìn)步，為我國水利工程事業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 某土石壩水利工程概況

某水利工程為小型綜合性水庫，于1980年建成投產(chǎn)，土石壩為黏土心墻結(jié)構(gòu)，其壩頂以及壩基高程分別在593m以及561m左右，而最大壩高則為約31m。由于該水利工程建設(shè)年代較早，受當(dāng)時技術(shù)條件限制，壩體填筑材料標(biāo)準(zhǔn)相對較低，且未能對壩區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，導(dǎo)致水庫在建成后出現(xiàn)了滲漏問題，不僅對水庫容量產(chǎn)生了較大影響，且存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。通過對該水庫土石壩工程的現(xiàn)場勘測以及實(shí)驗(yàn)室分析發(fā)現(xiàn)，目前土石壩結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，無塌鼓以及明顯變形現(xiàn)象存在，不過壩體砌筑質(zhì)量存在嚴(yán)重缺陷，滲漏情況已經(jīng)較為嚴(yán)重，經(jīng)檢測滲漏量已經(jīng)達(dá)到1.2L/s左右。同時，在現(xiàn)場勘察中發(fā)現(xiàn)在下游壩坡分布有透水性較強(qiáng)的軟弱層，該區(qū)域壩體結(jié)構(gòu)存在進(jìn)一步位移變形的可能，因此必須對土石壩采取除險(xiǎn)加固措施。

2 該水利工程土石壩超薄防滲墻除險(xiǎn)加固方案分析

該水利工程土石壩的防滲心墻所在位置為強(qiáng)風(fēng)化巖石分布區(qū)，其深度達(dá)到了約2.8m。該區(qū)域的巖體結(jié)構(gòu)破碎，有發(fā)育節(jié)理裂隙存在，導(dǎo)致心墻的承載性能下降，壩體有了不規(guī)則性縫隙出現(xiàn)。同時由于該土石壩建成年代較早，對壩體填筑材料的均勻性要求相對較低，進(jìn)一步加劇了壩體滲漏情況。根據(jù)該土石壩的實(shí)際情況決定采用超薄防滲墻結(jié)合灌漿技術(shù)，以改善土石壩壩基的承載性和彈性模量，從而達(dá)到提高壩體防滲能力的目的。該水利工程土石壩壩高在31m左右，為滿足防滲墻必須在壩基與壩頂間實(shí)現(xiàn)貫穿的要求，對土石壩各種除險(xiǎn)加固施工技術(shù)方案進(jìn)行了對比分析，最后決定選擇振動沉模以及高噴灌漿組合防滲技術(shù)進(jìn)行施工作業(yè)。

3 土石壩除險(xiǎn)加固超薄防滲墻組合防滲技術(shù)分析

3.1 土石壩除險(xiǎn)加固超薄防滲墻組合防滲技術(shù)研究

由于該水利工程的建成時間較早，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相對較低，且土石壩所在位置的地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在本次除險(xiǎn)加固施工中采用的是振動沉模與高噴灌漿組合防滲技術(shù)，以適應(yīng)工程所在提取的地質(zhì)條件和防滲要求。其中高壓噴灌技術(shù)具有較好的適應(yīng)性，其防滲加固效果較好，不過技術(shù)應(yīng)用成本較高[1]。而振動沉模是一種經(jīng)濟(jì)性較高，且能滿足超薄防滲墻防滲施工要求的新型技術(shù)方法，通過這兩種防滲技術(shù)的組合應(yīng)用能夠在保證防滲效果的基礎(chǔ)上有效降低施工成本，提高工程的經(jīng)濟(jì)性。

3.1.1 土石壩振動沉模防滲技術(shù)分析。目前在土石壩的除險(xiǎn)加固施工實(shí)踐中主要采用的是雙模板式新型振動沉模技術(shù)，其施工設(shè)備則主要由壓模以及注漿這兩大類設(shè)備構(gòu)成。在應(yīng)用振動沉模技術(shù)進(jìn)行防滲加固施工時，應(yīng)首先利用機(jī)械振動錘按照設(shè)計(jì)深度要求項(xiàng)目標(biāo)土層沉放A模板。之后應(yīng)在緊挨A模板出沉入B模板。當(dāng)A、B模板均沉放就位后，應(yīng)將漿液壓入灌注至A模板內(nèi)，且應(yīng)通過振動方式對A模板進(jìn)行提升。此時，施工人員應(yīng)沿防滲軸線方向啟動并前移步履式樁機(jī)，且應(yīng)將A模板再次壓入土層。隨后應(yīng)繼續(xù)將漿液灌注至壓入的B模板內(nèi)，且應(yīng)同樣一振動方式將B模板緩緩提升。在完成上述作業(yè)后，應(yīng)沿防滲軸線方向啟動并前移步履式樁機(jī)，最后將B模板再次壓入土層。施工人員應(yīng)重復(fù)上述施工流程，直至土石壩超薄防滲墻施工完成。

3.1.2 土石壩高壓灌漿防滲技術(shù)分析。在應(yīng)用高噴灌漿技術(shù)對土石壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固施工時，施工人員應(yīng)利用鉆機(jī)等設(shè)備完成鉆進(jìn)成孔作業(yè)，則應(yīng)按照設(shè)計(jì)深度將注漿管沉放到位，在注漿管上應(yīng)配置特制噴嘴，以便通過高速射流束對土體進(jìn)行沖擊以及切合作業(yè)。之后應(yīng)對土體進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌擾動，促使原地層結(jié)構(gòu)改變，從而以形成具有較高連續(xù)性、承載能力以及防滲性能的防滲墻體結(jié)構(gòu)。施工前應(yīng)開展現(xiàn)場試驗(yàn)，以準(zhǔn)確確定各項(xiàng)工藝參數(shù)。同時應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)施工要求和設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確測方灌漿孔位置，且在測定后應(yīng)對定位樁進(jìn)行編號，并要明確標(biāo)示[2]。在鉆進(jìn)成孔作業(yè)中應(yīng)根據(jù)土石壩地質(zhì)結(jié)構(gòu)特制合理選擇鉆進(jìn)設(shè)備以及鉆進(jìn)方式，而在高噴臺車到位后應(yīng)對噴漿系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以確保噴漿系統(tǒng)能夠正常工作。完成試噴后應(yīng)將高壓水、水泥漿以及壓縮空氣輸送至噴射系統(tǒng)內(nèi)，以便可開展高壓灌漿作業(yè)。當(dāng)重噴作業(yè)完成，且漿液回灌達(dá)到施工平臺頂部位置時，應(yīng)及時進(jìn)行封孔。

3.1.3 組合防滲技術(shù)分析。新型振動沉模技術(shù)能夠滿足厚度在20cm以內(nèi)的超薄防滲墻施工要求，其防滲深度能夠達(dá)到20m左右，施工成本也相對較低，在土石壩防滲加固施工中具有一定的技術(shù)優(yōu)勢。但由于該土石壩部分滲漏區(qū)域的厚度已經(jīng)超過了20m，因此應(yīng)綜合應(yīng)用高噴灌漿技術(shù)，采取分段聯(lián)動組合方式進(jìn)行除險(xiǎn)加固施工，從而全面提高土石壩的防滲性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3.2 土石壩除險(xiǎn)加固超薄防滲墻組合防滲技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐分析

3.2.1 土石壩除險(xiǎn)加固超薄防滲墻高噴灌漿技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。在該水利工程土石壩的除險(xiǎn)加固施工中，對壩體高程574m～12.5m之間和壩基與3m以上相對不透水層之間的區(qū)域，采用的是高壓旋噴技術(shù)。施工人員應(yīng)將孔徑控制在90mm以上，且鉆孔之間的距離應(yīng)控制在0.8m到1.2m之間。在配置水泥漿時，其比重應(yīng)控制在1.4到1.5之間。灌漿過程中，施工人員應(yīng)將壓縮空氣壓力控制在0.6MPa到0.8MPa以上，灌漿量應(yīng)達(dá)到每分鐘70L到100L之間而泥漿壓力則應(yīng)達(dá)到35MPa以上，灌漿流量應(yīng)控制在0.8m3/min到1.2m3/min之間。在提升噴漿管是應(yīng)將速度控制在每分鐘6cm～12cm左右，在提升過程中如發(fā)現(xiàn)存在較為嚴(yán)重的漏漿現(xiàn)象時，可以將提升速度適當(dāng)降低[3]。同時，施工人員應(yīng)以360°擺角旋轉(zhuǎn)噴漿管，且轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在8r/m到10r/m之間。此外，在灌漿施工時應(yīng)確保灌漿向基巖內(nèi)的嵌入深度能夠達(dá)到3m以上，以便達(dá)到相對不透水的目標(biāo)層。根據(jù)該水利工程土石壩的實(shí)際情況，高噴灌漿施工應(yīng)采取三序加密方式，且間隔實(shí)踐應(yīng)不少于24h。施工單位應(yīng)指派專業(yè)技術(shù)人員加強(qiáng)對現(xiàn)場施工情況的監(jiān)督指導(dǎo)，如在施工過程中發(fā)現(xiàn)異常時，應(yīng)及時對相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對未達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的則應(yīng)采取復(fù)灌等處理方式。

3.2.2 土石壩除險(xiǎn)加固超薄防滲墻振動沉模技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。根據(jù)該水利工程土石壩防滲墻結(jié)構(gòu)以及材質(zhì)特制，在應(yīng)用振動沉模及時進(jìn)行除險(xiǎn)加固施工時，施工材料應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)黏土以及水泥等。在施工時應(yīng)在土石壩壩體中上部約20m出設(shè)置防滲板墻，且防滲板墻應(yīng)向壩肩左右兩側(cè)山體分別嵌入10m左右。在配制防滲漿液時，應(yīng)將普通硅酸鹽水泥、優(yōu)質(zhì)黏土以及水的配比控制在1∶0.3∶1，且應(yīng)將漿液比重控制在1.6以上。在應(yīng)用液壓高頻振動錘作業(yè)時，其振動頻率應(yīng)達(dá)到每分鐘1050次，且激蕩力應(yīng)控制在570kN。施工人員應(yīng)精確測放沉模位置，其誤差值應(yīng)控制在2cm以內(nèi)。在施工過程中應(yīng)設(shè)置作業(yè)平臺，且平臺寬度應(yīng)為6m。在設(shè)置漿液導(dǎo)向槽施工時，應(yīng)沿防滲墻軸線方向開挖，且其寬度應(yīng)為40cm，而深度則應(yīng)為60cm。施工人員應(yīng)準(zhǔn)確控制槽中心位置，其誤差值應(yīng)控制在5cm以內(nèi)。施工人員應(yīng)利用漿液泵進(jìn)行灌漿作業(yè)，且應(yīng)將灌漿量控制在每小時30m3。當(dāng)模板內(nèi)灌滿漿液后，應(yīng)以振動上拔方式將提升漿液泵，且提升速度應(yīng)控制在每分鐘2m到3m左右。在灌漿施工過程中，施工人員應(yīng)對模板傾斜度，以及灌漿間隔時間等進(jìn)行嚴(yán)格的控制。如發(fā)現(xiàn)在灌漿時存在冒漿以及漏漿等情況時，應(yīng)通過提高漿液濃度、限流以及嵌縫等方式及時進(jìn)行補(bǔ)救處理，以提高防滲板墻的防滲性能[4]。

3.3 土石壩除險(xiǎn)加固超薄防滲墻組合防滲技術(shù)應(yīng)用效果

3.3.1 土石壩壩體壩基除險(xiǎn)加固中高噴灌漿技術(shù)應(yīng)用效果分析。對于該水利工程土石壩采用了高噴灌漿技術(shù)進(jìn)行防滲加固施工的壩體下部、壩基以及基巖接觸帶等區(qū)域在施工完成后，通過現(xiàn)場鉆孔圍井壓水以及室內(nèi)芯樣檢測等方式對墻體的防滲性能以及墻體結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了檢測分析。在現(xiàn)場圍井鉆孔壓水檢測中，共設(shè)置了圍井4個，并采用開挖觀察方式檢驗(yàn)防滲墻體的施工質(zhì)量。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，采用高噴灌漿技術(shù)施工的防滲墻體的有效墻厚達(dá)到了防滲技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且墻體具有較好的整體性和連續(xù)性，墻體搭接質(zhì)量符合施工要求。同時還通過現(xiàn)場注水試驗(yàn)檢測了墻體的滲透系數(shù)，墻體滲透系數(shù)指標(biāo)在6.5×10-8到9.1×10-8之間，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。此外還對芯樣進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)檢測，以確定防滲墻體的抗壓強(qiáng)度。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)各芯樣的抗壓強(qiáng)度均達(dá)到2.5MPa以上，且密實(shí)均勻，具有良好的完整性和連續(xù)性，有效解決了土石壩壩基的滲漏問題。

3.3.2 土石壩超薄防滲墻除險(xiǎn)加固中振動沉模技術(shù)應(yīng)用效果分析。對于采用了新型振動沉模技術(shù)的土石壩壩體中上部區(qū)域采取了鉆孔取樣觀察與室內(nèi)檢測方式，對其施工質(zhì)量以及防滲效果進(jìn)行檢測分析。經(jīng)過對芯樣的觀察發(fā)現(xiàn)，防滲板墻具有良好的整體性以及連續(xù)性，形成了防滲帷幕結(jié)構(gòu)。而通過對芯樣的進(jìn)一步室內(nèi)檢測，測得各芯樣的抗壓強(qiáng)度均達(dá)到4MPa以上，滲透系數(shù)則均控制在1×10-7以內(nèi)，而破壞滲透坡降則達(dá)到了500以上，各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)均符合防滲技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。通過度各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)的分析可知，振動沉模技術(shù)能夠?qū)ν潦瘔螇误w內(nèi)的空洞以及裂隙等通道進(jìn)行有效充填，對于提高土石壩壩體的防滲性能以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性均有重要作用。

4 結(jié)束語

在水利工程土石壩超薄防滲墻的除險(xiǎn)加固施工中，施工單位應(yīng)結(jié)合土石壩的實(shí)際情況，以及超薄防滲墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)積極應(yīng)用組合防滲技術(shù)，通過多種防滲施工技術(shù)的綜合應(yīng)用提高土石壩超薄防滲墻墻體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、防滲性能、連續(xù)性以及整體性，對土石壩壩體以及壩基內(nèi)部的滲漏通道進(jìn)行有效阻斷，提高除險(xiǎn)加固施工質(zhì)量和效率，降低施工成本。同時，施工單位應(yīng)結(jié)合施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加強(qiáng)對組合防滲技術(shù)的研究，大膽進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)，不斷拓展組合防滲技術(shù)的應(yīng)用途徑，推動我國水利工程建設(shè)事業(yè)的健康發(fā)展。