小(2)型水庫除險加固中的特種黏土固化劑灌漿技術(shù)應(yīng)用

宋成華

(新干縣麥水務(wù)站，江西 吉安 331300)

特種黏土固化漿液作為一種基于黏土類土、水泥作為基料，將黏土固化劑加入其中所制成的特種漿液，相比于目前現(xiàn)行的普通水泥漿液、水泥黏土漿液，能夠達(dá)到更好的技術(shù)性能，譬如初始黏度、無吸水性以及可控膠凝時間等[1]。文章將于新干縣小二型水庫的除險加固工程相結(jié)合，分析特種黏土固化劑灌漿技術(shù)應(yīng)用效果。

1 工程概況

新干縣現(xiàn)有小型水庫100座，其中小(1)型水庫21座，小(2)型水庫79座。近年來，在水利部和省水利廳的大力支持下，100座小型水庫在2004年到2019年先后實施了除險加固。大壩防滲加固在水庫除險加固中處于最重要的一環(huán)，這100座水庫的大壩防滲中，其中采用黏土斜墻防滲的有76座水庫，采用混凝土防滲墻防滲的有12座，采用沖抓套井回填黏土防滲心墻的有5座，剩余的7座水庫大壩防滲采用的是特種黏土固化劑混合漿液防滲墻。分別為九坑水庫、大富坑水庫、丹元水庫、東門坑水庫、瓦城水庫、橋嶺水庫和鄒家坊水庫。結(jié)合以往小二型水庫的除險加固工程經(jīng)驗，并參照當(dāng)?shù)仡C布的水庫除險加固初步設(shè)計審批文書，對該水庫予以垂直防滲加固處理。

2 特種黏土固化劑防滲標(biāo)準(zhǔn)

2.1 材料要求

特種黏土固化劑主要配制基料包括了特種結(jié)構(gòu)劑、黏土、水泥、水。特種結(jié)構(gòu)劑作為灰白粉末類固體，≥500m2/kg的表面積，0.08mm細(xì)度和8%的篩余，≤2%的含水量，能夠滿足無氣味無毒的環(huán)保需求。水泥采用42.5等級以上的普通硅酸鹽水泥，確保能夠妥善保存。黏土配制嚴(yán)格清除樹枝、草根、腐類雜物，可以采用商業(yè)黏土或現(xiàn)場自然黏土，保證黏土的含沙量小塑性指數(shù)在15以內(nèi)。水采用無明顯化學(xué)污染的飲用水或灌溉水即可。

2.2 控制標(biāo)準(zhǔn)

特種黏土固化劑的控制參數(shù)配比如下：80%黏土、20%水泥、15%特種結(jié)構(gòu)劑水泥摻量、1∶1水料比，在施工之前必須對配料比完成室內(nèi)漿液試驗，并在此基礎(chǔ)之上完成若干漿液配比調(diào)漿試驗，選擇與設(shè)計需求相符的配比方案。

3 特種黏土固化劑灌漿施工方案

3.1 施工方案

自大壩壩頂順壩軸線方向布設(shè)特種“黏土固化劑混合漿液灌漿防滲墻”，防滲墻截斷砂礫石層，深入壩基相對不透水層1.0m,達(dá)到降低壩體浸潤線，減少壩體滲漏目的，使大壩防滲滿足規(guī)范要求。

黏土防滲心墻要求k≤1×10-6cm/s，允許滲透坡降>30，計算取30。

心滲墻厚度T按下式確定：

T=△H/ [J]

(1)

式中：T為設(shè)計墻厚，m；H為防滲墻承擔(dān)的最大水頭，△H=9.46m。

經(jīng)計算T=9.46/30=0.315m，結(jié)合墻體及滲流計算并參照已建工程實例、施工機械等特點，取防滲墻厚度為0.6m。防滲墻頂不低于校核洪水位，設(shè)計墻頂高程為110.55m,防滲墻深入壩基相對不透水層1.0m。

3.2 施工工藝

為了對該小二型水庫的壩體土質(zhì)具體情況充分掌握，防滲體在施工之前應(yīng)當(dāng)沿著防滲體的軸線，完成2-3個先導(dǎo)孔布設(shè)。布置一排孔，孔距按照1.5m控制，漿液擴散半徑取0.85，防滲墻有效厚度為0.8m,滿足設(shè)計厚度0.6要求。分五孔三序施工。分段注漿的施工工藝流程(見圖1)。在灌漿施工前應(yīng)選取部分灌漿孔作為先導(dǎo)孔，采取芯樣，核對地層，確定壩基基巖高程，對灌漿設(shè)計底線進行復(fù)核。孔深較大時應(yīng)分段灌漿，灌漿壓力壩體初擬0.20MPa，根據(jù)孔深進行調(diào)整，基巖部位采用0.3MPa，灌漿壓力宜現(xiàn)場進行灌漿試驗確定，防滲墻成墻有效厚度≥0.45m。

圖1 分段注漿施工工藝流程示意圖

4 特種黏土固化劑灌漿技術(shù)要求

4.1 制漿要求

首先在儲漿池內(nèi)部運用適量的水對黏土充分浸泡24h，使用機械設(shè)備將浸泡后黏土進行粉碎、攪拌處理，初步制作所得黏土粗漿，之后再注漿現(xiàn)場泵送粗漿，完成密度、含水量參數(shù)測量，并依照制漿水料比要求酌情加水。采用高速攪拌設(shè)備完成土粗漿10min攪拌，1min為1次漿液黏度測量間隔，直至最終測量黏度穩(wěn)定滿足設(shè)計所需。在注漿桶內(nèi)導(dǎo)入黏土原漿，依照設(shè)計的漿液材料配比，向黏土原漿內(nèi)部一次性將水泥與特種結(jié)構(gòu)劑添加其中，與需求結(jié)合逐次添加其他輔料，7-10min高速攪拌之后即所得特種黏土固化劑。特種黏土固化劑混合漿液配合比初擬為：水泥：黏土=1∶4，特種黏土固化劑用量有水泥用量的15%，水料比為1∶1。水泥采用P.042.5普通硅酸鹽水泥，黏土黏粒含量≥20%。具體材料用量比及水料比應(yīng)根據(jù)試驗情況調(diào)整。采用稀漿開灌，灌漿管距孔底≤0.50m，濃度變換由稀至濃，分段多次灌漿后，漿液已升至孔口，且連續(xù)三次不再吸漿，可結(jié)束灌漿，以濃漿收灌[2]。

4.2 鉆孔要求

對于鉆孔的控制網(wǎng)點平面控制應(yīng)當(dāng)>4級導(dǎo)線精度，高程控制則高于四等水準(zhǔn)精度。鉆孔孔位誤差控制需要采用經(jīng)緯儀校正2次以上定點，灌漿防滲的軸線誤差需要在±10mm以內(nèi)，嚴(yán)格控制實際注漿孔位和設(shè)計要求偏差在10cm以內(nèi)。

4.3 注漿要求

與本工程實際情況相結(jié)合采用了分段式注漿，對于同一注漿地段的地層結(jié)構(gòu)組成、滲流的通道聯(lián)通、大小，以及地下水的流動速度、壓力等均需要保證上下一致性。

5 應(yīng)用效果

通過在新干縣丹元水庫大壩防滲工作中，采用特種黏土固化劑混合漿液，2013年2月至4月實施灌漿，2013年7月中旬水庫竣工驗收，該水庫大壩為土石壩，壩體土質(zhì)為全風(fēng)化花崗巖，透水性較強，且?guī)靺^(qū)5km內(nèi)無合格黏土。實施特種黏土固化劑混合漿液防滲墻后，防滲效果較好。根據(jù)從水庫壩體所去處的防滲體芯樣本情況，可以發(fā)現(xiàn)芯樣平整光滑，灌漿結(jié)合體之間膠凝效果牢固，密實，特種黏土固化劑的混合膠凝結(jié)構(gòu)，能夠密切填充周圍土體，與該水庫的現(xiàn)場注水情況結(jié)合，發(fā)現(xiàn)達(dá)到1.0×10-5cm/s的防滲透系數(shù)，與設(shè)計需求相符表明在新干縣丹元水庫大壩防滲除險加固中，運用特種黏土固化劑灌漿技術(shù)，能夠達(dá)到較好的防滲透效果，該技術(shù)可以在小二型水庫除險加固中推廣運用。

6 結(jié) 語

綜上所述，通過結(jié)合新干縣小(2)型水庫的除險加固工程應(yīng)用實例，運用特種黏土固化劑灌漿技術(shù)，進行壩體防滲灌漿達(dá)到明顯的防滲效果，對該水庫的壩體滲漏問題妥善解決。并且該特種黏土固化劑灌漿技術(shù)的應(yīng)用，施工工藝技術(shù)基本等同于普通水泥黏土灌漿工藝，也未對施工灌漿設(shè)備有特殊需求。達(dá)到了便捷施工且不增加施工成本，還能夠達(dá)到出現(xiàn)防滲加固技術(shù)指標(biāo)，因此特種黏土固化劑灌漿技術(shù)值得進一步研究推廣。