賴偉清,馮 波

(中國水利水電第五工程局有限公司,成都 610066)

0 引言

水庫是人類利用水資源的重要工程,水庫的安全運行直接關系到人民群眾的生活和國家經濟的發(fā)展。水庫壩體的滲漏是影響水庫安全性能的重要因素之一,嚴重的滲漏會導致壩體結構破壞,甚至引發(fā)壩體潰決等災難性后果。因此,對水庫壩體進行有效的防滲處理,是保障水庫安全運行的必要措施。

灌漿防滲是一種常用的水庫壩體防滲技術,它是通過在壩體內注入灌漿材料,填充和封堵壩體內部的裂縫、孔隙和空洞,從而提高壩體的抗?jié)B能力和抗?jié)B系數,降低壩體的滲流量和滲流速度,減少壩體的滲透壓力和滲透力,增強壩體的穩(wěn)定性和耐久性。灌漿防滲技術具有施工方便、效果顯著、成本低廉等優(yōu)點,適用于各種類型和規(guī)模的水庫壩體。近年來,隨著水利工程建設的發(fā)展和科學技術的進步,灌漿防滲技術也不斷得到改進和完善。國內外學者在灌漿防滲技術的理論研究、試驗研究、工程應用等方面都取得了一些成果。例如李靖[1]介紹了沙田水庫除險加固工程中采用的灌漿防滲處理技術,分析了灌漿方案的設計原則、灌漿材料的選擇、灌漿參數的確定等,總結了灌漿施工的注意事項和效果評價方法;趙曉軍[2]提出了一種改進的灌漿技術,即在帷幕灌漿的基礎上增加一道斜孔灌漿,以增強防滲效果和穩(wěn)定性,通過工程實例驗證了該技術的可行性和優(yōu)越性;韋明景等[3]探討了水利工程防滲處理中灌漿施工技術的相關問題,包括灌漿材料的選擇、配比、檢驗等,以及灌漿方案的設計、施工、監(jiān)理等,提出了一些改進和優(yōu)化建議;丁晉[4]介紹了防滲灌漿施工技術在水庫大壩基礎工程中的應用,重點分析了防滲灌漿施工過程中應注意的問題和解決辦法,以及防滲灌漿效果的評價標準和方法。

本文旨在探討中小型水庫灌漿防滲技術的原理、特點、應用實例及存在問題,并提出改進措施和建議。

1 中小型水庫灌漿防滲技術的原理和特點

1.1 灌漿防滲的基本原理

灌漿防滲技術采用了液壓、氣壓及電化學的相關原理。該技術的實施需要將漿液均勻地注入地層,使得地層得到充分的填充,經過一定時間的滲透及擠密,排除地層中存在的空氣及水分。最終,原本松散的土壤地層或者開裂的巖石重新膠結成新的結合體。這樣形成的結合體具有新的結構特性,如強度大、防水性能高和化學性良好。灌漿防滲的主要方法和工藝有單液灌漿、雙液灌漿、劈裂灌漿等。灌漿防滲技術具有效果好、適應性好、經濟性高的優(yōu)點。在中小型水庫中得到了廣泛的應用,解決了壩體和基礎的滲漏問題,提高水庫的安全性和運行效率。

1.2 灌漿防滲的主要方法和工藝

灌漿防滲的主要方法和工藝有:(1)單液灌漿法,即將注漿材料全部混合攪拌均勻后,用一臺注漿泵注漿的系統(tǒng),該法適用于凝膠時間大于30 min的注漿;(2)雙液灌漿法,即用兩臺注漿泵或一臺雙缸注漿泵,按照一定比例分別壓送甲、乙兩種漿液,在孔口混合器或孔內混合后,再注入到巖層中;(3)高壓噴射灌漿法,即采用高壓輸送的方式,通過高壓泵及特制噴嘴的結合,將漿液以高速噴射流的形式注入地層,高速噴射流在進入地層后可以進行地層的切削,最終和地層中的砂、土等顆粒發(fā)生混合、凝結;(4)復合土工膜灌漿法,在地層中設置復合土工膜作為隔水帶,并在其內部進行灌漿加固。

2 打石窿水庫灌漿防滲技術的應用實例分析

2.1 打石窿水庫灌漿防滲工程概況

本文選取了位于廣東省白云區(qū)的小(2)型水庫作為灌漿防滲技術的應用實例,該水庫是一座以灌溉為主,兼顧防洪、生態(tài)和供水的綜合性水利工程。該水庫壩址處殘積層、全風化巖或強風化巖石上,土壤類型以黏土、沙壤土和壤土為主,土壤有機物積累多,風化層較深,較肥沃,壩基滲透系數較大,存在較大的滲漏風險。壩型為重力式混凝土壩,壩高程為36.1m,壩高8.6 m,壩長275 m。壩體與壩基接觸部位出現滲透現象,原防滲效果一般～較差,滲透穩(wěn)定存在威脅。為了進一步提高壩基的防滲能力,同時,考慮到工程經濟性和施工可行性,本文采用了單液漿法對壩基進行二次灌漿防滲處理。

2.2 打石窿水庫灌漿防滲工程設計方案

本文根據壩基的巖層結構、裂隙特征、滲透性能等因素,綜合考慮了灌漿材料的選擇、灌漿孔的布置、灌漿壓力的控制及灌漿量計算等。經過綜合評估,本工程使用分段灌注方法進行灌漿,并制定了合理的灌漿防滲設計方案:施工準備→樁機定位→鉆孔→沖洗清孔→孔口預埋護壁套管→下導漿管→設置阻漿蓋→制漿→灌漿→終孔→封孔→樁機移位。

2.2.1 施工準備

(1)確定觀測點位置,埋設好必需的觀測標點,沿軸線的方向設置觀測標點,每個標點之間間隔10m,每組實驗需要同時在堤頂的上游及下游處都設置一個觀測標點,標點用樁或混凝土樁。

(2)準備觀測和試驗儀器及觀測紀錄表和成果表。

(3)準備機械設備和布置好制漿和灌漿機械及土料堆放位置,具體施工設備為:地質鉆機(150A型)額定功率11 kW、空壓機(V3/8)28 kW、泥漿泵(BW-120)14 kW、雙層制漿桶(0.4m3)7.5 kW、灌漿泵(SGB-10)11 kW、攪拌機(JB-300)11 kW。

(4)在施工前,應進行灌漿試驗,選擇具有代表性的壩段,并按照灌漿設計進行布孔、造孔、制漿和灌漿操作。在試驗過程中,需要觀測灌漿壓力、吃漿量、泥漿容重及壩體位移和裂縫等指標,至少要設置3個試驗孔。試驗結束后,需要對試驗數據進行分析,總結經驗,并進行參數的修正,以完善和熟練掌握灌漿工藝,確保施工的全面進行。

(5)針對土料及漿液開展必要的試驗。灌漿所使用的土料和漿液都應進行試驗。土料試驗包括顆粒分析、有機質含量和可溶鹽含量等指標的測定。漿液試驗包括容重、粘度、穩(wěn)定性、膠體率和失水量等性質的檢測。

2.2.2 鉆孔

(1)首先按設計要求把每個孔的位置放樣好。造孔順序先上游排,后下游排,分2序跳躍式造孔。

(2)應用干法造孔,不得用清水循環(huán)鉆進,鉆孔時保持鉛直,孔斜率<2 %,沉渣≤20 cm。

(3)在鉆孔結束之后,注漿管下放要及時,施工過程中,保證注漿管和孔壁貼緊,同時保證密封性。

具體設計參數如表1,設計材料如表2。

表1 水庫灌漿防滲工程設計參數

表2 水庫灌漿防滲工程設計材料

2.2.3 充填灌漿

(1)先灌第一序孔(上游孔),再灌第二序孔(下游孔),各排按鉆孔順序分序進行灌注。

(2)采用由下而上分段法灌注,每段5 m左右;采用“少灌多復”的方法灌注,每個灌漿孔的灌漿次數宜在5次及以上,每米孔深每次平均灌漿量控制在0.5～1.0m3。

(3)在灌漿過程中,初始階段應使用稀漿,經過3～5 min后逐漸增加泥漿的濃度。如果觀察到孔口壓力下降和注漿管出現負壓(壓力表讀數低于0),則應立即增加漿液的濃度。同時,漿液的容重應根據技術要求進行控制。

(4)做好灌漿記錄和成果匯總,并繪制圖表。

2.3 打石窿水庫灌漿防滲工程施工過程和效果評價

本文對打石窿水庫灌漿防滲工程的施工過程和效果進行了詳細的記錄和分析,主要包括以下幾個方面:

(1)灌漿施工進度

打石窿水庫灌漿防滲工程的施工時間為2022年5月至2022年12月,共計8個月。

(2)灌漿施工質量檢驗

打石窿水庫灌漿防滲工程的施工質量檢驗主要包括以下幾個方面:灌漿孔位的準確性、灌漿孔的封堵情況、灌漿液的配比和性能、灌漿壓力和量的控制、灌漿效果的監(jiān)測。各方面的具體檢驗結果如表3。

表3 打石窿水庫灌漿防滲工程施工質量檢驗結果

(3)灌漿施工效果評價

打石窿水庫灌漿防滲工程的施工效果評價主要通過對比分析灌前和灌后的壩基滲透系數、壩基水位、壩下游滲流量等指標來進行。對比分析結果如表4。

表4 打石窿水庫灌漿防滲工程施工效果對比分析

表4顯示,打石窿水庫灌漿防滲工程施工后,壩基滲透系數和壩下游滲流量均降低達到設計要求,壩基水位也降低且滿足蓄水需要,說明灌漿防滲技術有效地提高了壩基的防滲能力,減少了水庫的滲漏損失,保證了水庫的安全運行。

3 中小型水庫灌漿防滲技術的存在問題和改進措施

3.1 灌漿防滲技術在中小型水庫中的應用面臨的主要問題

灌漿防滲技術是一種常用的水庫壩體防滲加固方法,它通過在壩基或壩體內注入水泥漿或其他材料,充填和封閉裂縫、孔隙和滲透通道,提高壩體的抗?jié)B性能和強度。然而,灌漿防滲技術在中小型水庫中的應用也存在一些問題,主要有以下幾方面:

(1)灌漿設計不合理。灌漿設計是灌漿防滲工程的重要環(huán)節(jié),它涉及到方案計劃、參數選擇、材料比例及工藝制定等。如果灌漿設計不合理,可能會導致灌漿效果不佳,甚至造成灌漿失敗。

(2)灌漿施工質量差。灌漿施工質量直接影響到灌漿防滲效果和工程安全。然而,在中小型水庫中,由于施工條件限制、施工人員技術水平低、施工管理不嚴格等原因,往往導致灌漿施工質量差。

(3)灌漿后期維護不到位。灌漿防滲技術雖然可以提高壩體的抗?jié)B性能和強度,但并不能完全消除壩體的滲漏問題。因此,在完成灌漿防滲工程后,還需要進行后期的維護和管理,以保證防滲效果的持久性和穩(wěn)定性。然而,在中小型水庫中,由于資金缺乏、管理松懈、技術落后等原因,往往導致灌漿后期維護不到位。

3.2 灌漿防滲技術在中小型水庫中的改進措施和建議

根據水庫的不同類型、規(guī)模和滲漏情況,灌漿防滲技術在中小型水庫中的改進措施和建議如下:

(1)對于壩基滲漏較嚴重的水庫,可以采用垂直防滲技術,即在壩基上鉆孔灌漿,形成封閉式防滲帷幕,切斷滲透通道。灌漿時應注意控制灌漿壓力、量和速度,避免引起壩體變形或破壞。灌漿材料應選擇高強度、高抗?jié)B性、高耐久性的水泥漿或化學漿。

(2)對于壩體滲漏較嚴重的水庫,可以采用劈裂灌漿技術,即在壩體上鉆孔灌漿,充填裂縫和孔隙,提高壩體的密實度和強度。灌漿時應注意選擇合適的鉆孔位置、方向和深度,以覆蓋可能存在的裂縫區(qū)域。灌漿材料應選擇具有良好流動性、膠凝性和穩(wěn)定性的水泥漿或化學漿。

(3)對于涵管滲漏較嚴重的水庫,可以采用高壓噴射灌漿技術,即利用高壓噴射設備將漿液噴射到涵管周圍和地板以下的土層中,實現對土層的防滲加固處理。灌漿時應注意控制噴射壓力、量和角度,以充分攪拌土層和漿液。灌漿材料應選擇具有高強度、高抗?jié)B性、高粘結性的水泥漿或化學漿。

(4)對于壩后滲漏較嚴重的水庫,可以采用復合土工膜技術,即在壩后鋪設復合土工膜,形成防滲屏障,減少滲流量。復合土工膜應選擇具有高抗?jié)B性、高延展性、高耐久性的聚乙烯或聚丙烯等材料。復合土工膜施工時應注意與壩體有效連接,避免裂縫或損壞,并做好保護措施。

4 結論

本文以打石窿水庫為例,介紹了中小型水庫灌漿防滲技術的原理、特點、設計、施工和效果評價,分析了灌漿防滲技術在中小型水庫中的應用問題和改進措施。對中小型水庫灌漿防滲技術進行了初步的探討,為該技術在實際工程中的推廣和應用提供了一定的參考依據。但由于筆者水平有限,文中難免存在不足之處,敬請讀者批評指正。