特大滲漏通道堵漏方法評述

趙 鳳 英

1 堵漏問題的重要性

在水工建筑物地基防滲處理施工過程中,經(jīng)常遇到以下現(xiàn)象:防滲墻造孔時沖洗液或護壁泥漿突然漏失殆盡,造成孔壁坍塌,使施工無法繼續(xù)進行；在灌漿封堵時,經(jīng)過長時間大量灌注水泥及混合漿液也很難堵住。這都預(yù)示著遇到了較大的過水通道,不對其封堵,勢必造成嚴重漏水。堵塞這樣的大通道,正是做防滲處理的首要任務(wù)之一,堵住了這樣的大通道,就有可能使?jié)B漏問題得到解決。

多年來國內(nèi)外專家、學(xué)者對漏水通道堵漏問題給予了足夠的重視,用了許多辦法,做過很多努力。然而,直到目前為止,在相關(guān)工程中,此問題并未得到徹底的解決,有專家不斷提出新的試驗研究與建議,也經(jīng)?？吹皆S多水利水電工程存在著漏水問題沒有得到解決而不能發(fā)揮效益。

本文將多年來水利水電工程中采用過的各種堵漏方法和堵漏研究成果匯集并作簡單評述。希望能對從事該項工作的人員有所啟示和幫助。

2 早期采用的堵漏方法

以前在勘探鉆孔時遇到大量漏水、漏漿情況,在大量灌入水泥漿、粘土漿而無效時,使用過倒入干黃豆、干海帶,利用其浸水膨脹堵住空隙。后來又有在灌注的漿液中摻加鋸末、棉籽殼、核桃皮、碎紙屑、云母片等纖維物質(zhì),目的是想形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),降低漿的流動范圍使?jié){液能在某處被擋住、扯住,以形成淤塞。為此,地礦部石油鉆井研究所1995年發(fā)表過研究成果,將這些堵漏材料一律稱其為 “橋堵”材料,第一次把這些材料上升到理論高度。但是,采用以上這些辦法堵漏,其效果不太理想,有些材料填入困難,不易施工,尤其是有些材料不能立即制止住滲漏,便很少使用了。

3 水泥-水玻璃灌漿堵漏

在灌漿中使用水泥-水玻璃漿液對長時間吃漿不止的特大滲漏通道進行堵漏處理,這一方法最早是在煤炭工業(yè)部煤礦礦井建設(shè)中首先采用并開發(fā)出來的。由煤炭科學(xué)研究院建井所注漿室編寫的《煤礦注漿技術(shù)》一書(1978年出版),從理論到實施方法都作了十分詳細的介紹。

水泥-水玻璃灌漿堵漏方法,是將合格的水玻璃即硅酸鈉(Na2o.nsio2)溶液和1∶1左右的水泥漿依據(jù)經(jīng)試驗確定的瞬凝時間,用預(yù)先混合好的 “單液”向滲漏底層灌注——單液法灌漿；或者分別將水玻璃及水泥漿從1孔中的內(nèi)外管或相距不遠的2個孔中注入,使其在地下相遇、混合、凝結(jié)——雙液法灌漿。用硬結(jié)后的 “硬塊”去堵塞空隙通道。

大量實踐表明:對于滲漏量不十分大的、沒有地下水強烈流動的通道,可以在較短的時間內(nèi)取得止漏效果；對于附近有跑漏漿(或明或暗)通道,往往在耗用大量漿材之后才能取得一定效果；對于有大股水流流動的通道,則很難奏效。其主要原因之一是材料在地下并不完全像在地面上試驗時,兩種漿液一經(jīng)摻和攪拌,就會在一定時間之內(nèi)立即整體地轉(zhuǎn)變成 “硬體”或 “海綿體”,而是在流動的水中先形成棉絮狀又像 “疙瘩湯”一樣的碎塊,等滯留聚集在一起之后,才能起到堵塞作用。

用水泥-水玻璃漿液堵漏方法費用較高且造成地下水污染,對環(huán)保不利。因此,此堵漏方法只限于環(huán)保要求不高地區(qū)的局部使用。

4 膏狀漿堵漏

上世紀80年代,中水基礎(chǔ)局在貴州省烏江上游紅楓水庫干砌石壩體內(nèi)重新建造一道膏狀漿灌漿帷幕,這道帷幕的作用是代替正在逐漸腐朽的原防水木斜墻。由于干砌石壩體孔隙率高達30%以上,而且下游一面臨空,如用常規(guī)漿液灌注,將會耗用大量漿材；不可避免地向臨空面跑漿,并限制不能采用較高的壓力灌漿。為保證形成一道高質(zhì)量的防滲帷幕,又不過多地耗用漿材和時間,經(jīng)過實驗研究,決定采用 “膏狀漿”的新漿液進行施工,見圖1。

圖1 紅楓水庫干砌石壩體灌漿示意圖(高程:m,其余:cm)

“膏狀漿”是一種類似牙膏一樣的不會分離的恒勻粘稠型漿液,具有很好的的粘稠性、膠粘度(即較高的塑性屈服強度 τ0值),其流動距離短,能迅速在通道中沉積、堵塞,形成一個擴散度不大的 “窄帷幕”。

“膏狀漿”以水泥為主體,摻合粉煤灰、當?shù)卣惩?或再加增塑劑、速凝劑等。用低配比的水攪拌而成,倒到地上可以成堆狀,能用泥漿泵輸送。

用此漿液,在紅楓壩體內(nèi)做成了合格帷幕,取得了成功。中水基礎(chǔ)局近年在山東尼山、四川明和、云南小灣圍堰等灌漿中曾大量使用,不久前,在構(gòu)皮灘水電站溶洞處理中采用此方法,取得了較好的效果。

分析紅楓等工程實例,取得堵漏效果較好的工程,大多是在較干燥無水流的條件下施工,這些地層只是空隙較大或連通較遠才導(dǎo)致漿液大量流失,而不是被大的水流沖走,所以空隙會被膏狀漿液逐漸堆積形成堵塞。用的漿液越稠,粘度越大,堵塞的時間就會來得越早。如果是有大股水流的地層,其灌漿效果可能就會有很大的不同。有關(guān)文章也提出:解決膏狀漿液的防沖問題,是進一步改進其堵漏效果的研究課題。

5 防沖膏漿堵漏

在孫亮等編寫的《淺論特種灌漿材料現(xiàn)狀與前景》一文中講道:“抗水沖漿液是在膏漿的基礎(chǔ)上提出來的。膏漿的塑性是靠加入微細顆粒實現(xiàn)的,在較高流速水流沖擊下,會產(chǎn)生水泥顆粒和細微顆粒之間的分離而失去塑性,抗水沖漿液也是高塑性漿液,但采取了其他提高塑性的機制,漿液的抗水溶解能力比膏狀漿強得多,使水對水泥漿的稀釋作用減弱,從而實現(xiàn)堵漏和漿液的擴散距離的控制。”“研究證明,抗水沖漿液的初始粘度較大,多在60 s以上,部分配比流動度不到10 cm,凝結(jié)時間較長,初凝時間8 h以上,抗沖性能大大提高,最大可抵抗地下水流速達1 m/s左右?！薄八淖畲髥栴}是工作性能差,流動性損失較快,可泵時間均在15 min以下,有的還不到5 min。因此,還沒有在工程中獲得應(yīng)用。如果能在這方面有所突破,則該材料的前景還是相當不錯的。”

肖思尚同志在《大空隙地層條件下幾種灌漿技術(shù)的探討》一文中認為,“防沖膏狀漿液其主要成分為水泥,膨潤土、粉煤灰、速凝劑、抗分散劑。具有抗沖刷、凝結(jié)時間易于調(diào)整、強度高等特點,實驗表明該種漿液可在1 m/s流速的水中不被分散,是堵漏的首選材料,可用于大涌水部位的堵漏灌漿?！彼€進一步試驗研究另一種更好的堵漏防沖材料——纖維膏漿,是在防沖膏漿中摻加聚丙苯烯纖維。當網(wǎng)狀纖維投入到膏狀漿液中后,在攪拌過程中纖維被充分張開,均勻分布于膏狀漿液中,可起到滯留效果,從而封堵住大空隙。

中國水利水電科學(xué)研究院以楊曉東、張金接為代表的幾位學(xué)者,在進行研究和多次發(fā)表的文章中,提出用速凝的膏狀漿來提高抗沖散能力,并在他們承做的堆石圍堰等許多堵漏工程上應(yīng)用,取得過較好的效果。

無論是使用速凝的水泥-水玻璃漿、一般的膏狀漿、或是具有較高抗沖能力的改性膏狀漿,都是基于一個基本理念,即都是要把在地面上制好的漿液送到離鉆孔不太遠的空隙通道里,使它原封不動地凝結(jié)、變硬,從而把正在過水的通道堵住。實現(xiàn)把漿液送到不遠不近、恰到好處的地方,就地硬結(jié)、堵塞,應(yīng)該是灌漿的最高理想和追求目標。也稱為 “可控性灌漿 “,意思是充填距離可由人預(yù)先來控制。若確能如此,不僅可將很大的漏水通道堵住,還可節(jié)省大量的漿材和時間。所以,應(yīng)該說這是一個極具吸引力的科學(xué)預(yù)想。盡管目前都還在試驗究階段,但是只要有了預(yù)想,再努力去尋找實現(xiàn)的路徑和辦法,就有可能達到預(yù)期目標！

6 模袋灌漿堵漏

本方法是中國水利水電科學(xué)研究院專家們在某個工程上為堵塞一個出水口離得很近、正在嚴重漏水的大通道時,經(jīng)過試用前述辦法無效后,最后摸索到的一種方法。之后被宣傳采用,成了一種特殊的堵漏手段。模袋灌漿是根據(jù)通道的形狀和尺寸,用土工織物制成中空的模袋,與輸漿管道連通,捆緊后從鉆孔中送入到正在漏水的通道口部,然后再向模袋內(nèi)充填水泥稠漿,以期凝固后將通道堵住。取得了顯著成效。

該法成功的關(guān)鍵技術(shù)是模袋。如能使模袋制得形狀和大小都很適宜,使在漏水攜帶下或充漿過程能伸入到通道以里的一定位置,并且有較高的彈性和強度,在充漿中不會破壞,理想情況一次就可解決問題。而多數(shù)情況是需要用較小的模袋多次疊加而成,或者再經(jīng)過補充灌漿。

因為用此方法堵塞的地點就在鉆孔附近,在其前面還會留下很大空隙。如果被堵的通道是單獨一條,而且鉆孔正好是打在它的中心位置,模袋正好把截面撐滿,灌漿才能產(chǎn)生好的效果,否則將不會十分徹底。而絕大多數(shù)的漏水通道是網(wǎng)狀連接的,像巖溶系統(tǒng)那樣,只在某處形成局部堵塞,是不能解決根本問題的。

這就決定了該法只能用在特殊地點,在用其它方法解決不了時,作為一種輔助手段配合采用。

7 大量灌注實體物質(zhì)堵漏

大量灌注實體物質(zhì)堵漏是灌漿專家張景秀在其著作和多篇文章中提出的方法。他首先認定:堵塞這樣的大通道,必須灌入大量能永久停留的堅硬物質(zhì)之后,才能生效。他所說的這種物質(zhì),其實就是幾乎到處都有且廉價的天然材料土、砂、石。

他從研究灌漿理論入手,最后得出結(jié)論:一切固體材料的灌漿,都是由于漿液在縫隙里流動時不可避免地會發(fā)生分離和沉積,才導(dǎo)致空隙通道被堵塞的。水泥灌漿是如此,其它一切顆粒型材料的灌漿都是如此。他說這是灌漿技術(shù)之所以長期發(fā)展不衰的基本理論基礎(chǔ)。對固體顆粒與水混合的漿液會發(fā)生分離和沉淀,不認為是缺點,而是促使灌漿方法能始終取得成功的關(guān)鍵因素。

依據(jù)上述理論,他提出在堵塞大的通道時,不是要促使?jié){液更加穩(wěn)定,不分離,而應(yīng)恰恰相反。首先,在極需要堵漏的情況下,大量地使用水泥是不值得也是不必要的,因為開始根本不會產(chǎn)生作用,水泥會順水而去。因此他主張先灌土、砂、石,以促使這些物質(zhì)盡快在路途上沉淀,使過水截面逐步縮小,最后堵死。

其方法是首先使用當?shù)鼐哂幸欢ㄕ承缘募氼w粒土,增大漿液的黏度,提高攜帶能力,以便必要時摻加細砂、粗砂,乃至各種粒徑的石子?？捎缮俚蕉?由小到大,在沖灌中逐級試用。如此堅持下去,必會形成堵塞。他提出不要過分吝惜這種廉價材料,不要急于求成,灌得越多越好,爭取將整個漏水系統(tǒng)都充填起來,使較大范圍內(nèi)的漏水問題一次性解決。最后再用摻水泥的漿液予以補灌。

以沖填土、砂、石為主,基本不用水泥,跳出了 “水泥灌漿”這個圈子,是灌漿堵漏史上一個創(chuàng)舉。從張景秀已正式出版的書籍和文章中得知,采用這種辦法,在他的親臨指導(dǎo)下曾使河南的南谷洞、山西的里冊峪兩座水庫多年嚴重漏水問題得到了妥善處理,不久前又使正在建設(shè)中的剛果(布)英布魯水電站十幾口大量涌水井止住了涌水；使云南省思茅港防護壩一段大量漏水、漏漿的問題得到了很好的解決等。

大量灌注實體物質(zhì)堵漏方法簡單,造價低廉,而且已被工程實踐證明效果可靠,建議推廣使用。

8 結(jié) 語

對于大通道、大吃漿、大涌漏水的情況進行有效封堵,是當前灌漿技術(shù)中一個急需解決而又未完全解決的重要問題。受此影響,至今還有許多嚴重漏水的病險水庫、正在施工的許多大股涌漏水點尚未得到有效治理。盡管許多專家、學(xué)者已作了長期艱苦的努力,但是至今尚未形成一個能被普遍接受的、行之有效的辦法。希望全國的廣大科技人員再做努力,盡快攻克這一技術(shù)難關(guān),使之更好地服務(wù)于我國的水利水電事業(yè)。