高噴灌漿結(jié)合振動(dòng)沉模技術(shù)在水庫(kù)土石壩除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

曾探岸

(深圳市龍崗區(qū)水務(wù)局，廣東 深圳 518000)

水利工程是保證民生建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工程項(xiàng)目之一,對(duì)水利工程進(jìn)行及時(shí)修復(fù)和加固尤為重要。其中,對(duì)水利工程進(jìn)行防滲墻加固修復(fù)是防止水利工程出現(xiàn)安全隱患的關(guān)鍵。水利工程防滲墻實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，會(huì)受到較多因素的影響，例如工程水文地質(zhì)情況、實(shí)際防滲深度等等，這種情況下，若使用單一的防滲技術(shù)，不會(huì)達(dá)到較好的使用效果，因此需要運(yùn)用組合防滲技術(shù)。

1 組合防滲施工技術(shù)概述

針對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求低并且底層較為復(fù)雜的中小型土石壩除險(xiǎn)加固工程，在防范措施設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮各種因素，包括工程造價(jià)、防滲深度以及地質(zhì)適應(yīng)性等。近年來(lái)，在土石壩防滲工程領(lǐng)域逐漸出現(xiàn)較多新型的防滲技術(shù)，其中振動(dòng)沉模技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，成墻厚度在8-25cm范圍內(nèi)，該技術(shù)應(yīng)用下，成墻質(zhì)量較好，具備一定的平整性與連續(xù)性，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)超薄防滲墻成墻，深度不超過(guò)20cm時(shí)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)較為明顯，不過(guò)其防滲深度較淺，并不能深入至基巖。此外，以往土石壩防滲工程中通常防滲方式為高噴防滲墻，該方法與其他防滲方式相比，地質(zhì)適應(yīng)性較好，并且深度能很好地滿足防滲需求，不過(guò)這一防滲方式需要用到較高的造價(jià)成本。通常情況下，中小型土石壩壩高會(huì)超過(guò)20m，因此，低于20m的位置應(yīng)選擇振動(dòng)沉模，而超過(guò)20m的部分，為獲得較高的施工效果，需要配合高噴灌漿方式共同施工，通過(guò)這兩種防滲方法的有效結(jié)合，可進(jìn)一步提升防滲效果，一方面減少了施工成本，另一方面也會(huì)獲得較好的施工質(zhì)量。

1.1 振動(dòng)沉模施工步驟

在振動(dòng)沉模施工環(huán)節(jié)，主要會(huì)涉及到兩個(gè)系統(tǒng)：壓模系統(tǒng)和注漿系統(tǒng)，雙模板振動(dòng)沉模在我國(guó)水利工程中應(yīng)用較為廣泛，其施工主要步驟為：步驟一，利用機(jī)械式振動(dòng)錘在設(shè)計(jì)深度土層中置入模板A；步驟二，將模板B緊挨著模板A置入土層中；步驟三，將漿液注入到A模板中，同時(shí)振動(dòng)提升模板A;步驟四，將步履式樁機(jī)啟動(dòng)，沿著防滲軸線前移，同時(shí)將模板A再次壓入；步驟五，將漿液灌入B模板內(nèi)部，同時(shí)將模板B進(jìn)行振動(dòng)提升；步驟六，與步驟四操作相一致，再次壓入模板B，如圖1所示，振動(dòng)沉模施工步驟。

圖1 振動(dòng)沉模施工步驟圖

1.2 高壓噴射灌漿施工步驟

該施工方式主要是通過(guò)鉆機(jī)鉆孔，在設(shè)計(jì)預(yù)定深度置入帶有特制噴嘴的注漿管，通過(guò)高速射流束沖擊與切割土體，并且在攪拌處理后使其形成整體性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體，提升地基的承載力及防滲性能，高噴灌漿施工步驟為：步驟一，結(jié)合工程實(shí)際開(kāi)展灌漿試驗(yàn)，從而確定出相應(yīng)的灌漿施工參數(shù)；步驟二，根據(jù)規(guī)范要求與施工圖紙進(jìn)行樁位放樣定位，同時(shí)標(biāo)記好相應(yīng)編號(hào)；步驟三，利用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔操作；步驟四，通過(guò)高噴臺(tái)車(chē)下噴射管；步驟五，供氣、供漿以及灌漿；步驟六，終噴與封孔。高噴灌漿施工步驟詳見(jiàn)圖2。

圖2 高噴灌漿施工步驟

2 組合防滲應(yīng)用實(shí)例

2.1 大壩病險(xiǎn)情況

某水庫(kù)屬于小(1)型水庫(kù)，主要功能包括灌溉、城市供水以及引水發(fā)電等。總庫(kù)容為357.5萬(wàn)m3，水庫(kù)控制流域面積為7.52km2。大壩屬于黏土心墻壩，最大壩高為31.5m，壩頂高程為593.25m，壩基高程為561.75m。大壩心墻基礎(chǔ)處于強(qiáng)風(fēng)化巖石上，因?yàn)槭艿酵顿Y資金、建設(shè)技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)等因素的影響，實(shí)際施工前并未利用勘探技術(shù)對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行細(xì)致分析，由于屬于三邊工程，其施工質(zhì)量較差，不具備較高的監(jiān)管力度。該水庫(kù)建設(shè)完成后，試運(yùn)行階段就存在一些滲漏點(diǎn)，為其實(shí)際運(yùn)行帶來(lái)了較大的安全隱患。過(guò)去運(yùn)行階段對(duì)該水庫(kù)實(shí)施了兩次除險(xiǎn)加固處理，不過(guò)只是將重點(diǎn)放在溢洪道改建以及大壩局部培厚加固等方面，并沒(méi)有做出細(xì)致的安全鑒定。并且，也實(shí)施了相應(yīng)的質(zhì)量及滲水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，其砌筑質(zhì)量較差，但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，不存在塌鼓及明顯變形等不良情況，但在局部位置處滲水問(wèn)題較為明顯。對(duì)滲水位置探測(cè)中，探測(cè)結(jié)果表明，下游壩坡存在軟弱層，其存在較強(qiáng)的透水性，同時(shí)，具體呈現(xiàn)出由內(nèi)之外持續(xù)向右偏移的趨勢(shì)。大壩存在較多的問(wèn)題，包括壩體局部滲漏嚴(yán)重、壩基巖石強(qiáng)分化以及填筑質(zhì)量差等問(wèn)題，使工程存在較多隱患，隨著使用年限的增加，安全隱患逐漸嚴(yán)重，為確保水庫(kù)功能的良好發(fā)揮，需要通過(guò)科學(xué)、合理的防滲手段做好加固處理工作。

2.2 除險(xiǎn)加固防滲方案

在強(qiáng)風(fēng)化巖石上設(shè)置防滲心墻，深度大約為2.8m，由于是風(fēng)化巖石質(zhì)地，因此存在節(jié)理裂隙發(fā)育與完整性較差的情況，并且因?yàn)槌休d能力較差，使得壩體出現(xiàn)不規(guī)則裂縫[1]。基于壩體局部滲漏、壩基巖石風(fēng)化承載力低等問(wèn)題，需要利用灌漿及修筑防滲墻，提升壩體防滲性能、壩基彈模及承載力。結(jié)合水庫(kù)土石壩相關(guān)特點(diǎn)，比較各種防滲方案，得出振動(dòng)沉模防滲墻施工技術(shù)具備較好的防滲效果及經(jīng)濟(jì)效益，在20cm超薄防滲墻施工中較為適用。振動(dòng)沉模技術(shù)的最優(yōu)防滲深度20m以內(nèi),由于壩高為31.5m，31.5m>20m，已不在振動(dòng)沉模技術(shù)的最優(yōu)防滲深度范圍內(nèi)，因此設(shè)置出兩種施工技術(shù)，一種為高噴灌漿技術(shù)，另一種為振動(dòng)沉模技術(shù)，將兩種技術(shù)進(jìn)行良好結(jié)合，可以更好地突顯出兩種技術(shù)方法的優(yōu)勢(shì)所在，提升工程施工質(zhì)量的同時(shí)，能夠獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，具體而言，振動(dòng)沉模技術(shù)主要應(yīng)用于壩體中上部的20m位置處，通過(guò)實(shí)際施工形成超薄防滲墻，實(shí)際厚度為20cm，此外，在壩基位置處，會(huì)應(yīng)用到高壓噴射灌漿技術(shù)，達(dá)到提升壩基承載力的目的，高噴灌漿與振動(dòng)沉模間搭接1m，如圖3所示。

圖3 組合防滲結(jié)構(gòu)圖

2.2.1 高噴灌漿施工分析

高壓旋噴工藝的鉆孔孔距在0.8-1.2m范圍內(nèi)，孔徑應(yīng)≥90mm；噴漿管提升速率為6-12cm/min范圍內(nèi)，若滲漏問(wèn)題嚴(yán)重，應(yīng)取小值；灌漿嵌入基巖深度應(yīng)≥3m，到達(dá)相對(duì)不透水層；高壓水泥漿的比重應(yīng)在1.4-1.5范圍內(nèi)，泥漿壓力應(yīng)≥35 MPa，實(shí)際漿量在70-100L/min范圍內(nèi)?；谝陨瞎ば蛳?，做好高噴灌漿施工工作，各工序間隔應(yīng)超過(guò)24小時(shí)，并對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工質(zhì)量實(shí)施管理與控制，并從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，合理調(diào)整灌漿參數(shù)。實(shí)際灌漿環(huán)節(jié)，若存在質(zhì)量未能良好控制的孔，需要詳細(xì)分析質(zhì)量未達(dá)標(biāo)的原因，進(jìn)而及時(shí)制定出解決方法，確保實(shí)際施工質(zhì)量。

2.2.2 振動(dòng)沉模施工分析

振動(dòng)沉模施工過(guò)程中，需要與水庫(kù)防滲墻黏土材料特點(diǎn)相結(jié)合，主要應(yīng)用到的材料有兩種，分別是優(yōu)質(zhì)的黏土及水泥。在壩體中上部20m位置處布置防滲墻布，同時(shí)，應(yīng)嵌入山體10m。利用優(yōu)質(zhì)黏土與普通硅酸鹽水泥配置成防滲漿液，水泥、黏土與水的配置比例為1∶0.3∶1，漿液比重應(yīng)不低于1.6。需要注意放樣測(cè)量誤差不可過(guò)高，即≤2cm，設(shè)置漿液導(dǎo)向槽，深度為60cm，寬度為40cm，槽中心誤差應(yīng)≤5cm；高頻液壓振動(dòng)錘擊振力設(shè)置為570KN，實(shí)際頻率在1050次/min。模板漿液灌滿后振動(dòng)上拔提升速率為2-3m/min；漿液泵灌漿量為30m3/h。此外，實(shí)際灌漿環(huán)節(jié)，應(yīng)對(duì)模板傾斜度及灌漿間隔時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，應(yīng)基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況下，針對(duì)冒漿、漏漿等問(wèn)題，科學(xué)做出處理，從而保證施工質(zhì)量，將防滲板墻作用真正地發(fā)揮出來(lái)。

3 黏土心墻土石壩防滲效果

3.1 高噴灌漿防滲分析

高壓旋噴技術(shù)施工過(guò)程中，鉆孔總進(jìn)尺為8255m，成孔總數(shù)為496孔。防滲墻施工完成后，應(yīng)做好施工現(xiàn)場(chǎng)的墻體施工質(zhì)量檢查工作，具體可采用取芯樣室內(nèi)試驗(yàn)以及圍井鉆孔壓水等方式[2]。按照大壩的整體布置，設(shè)置4處圍井，在實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中，需要確保其外觀質(zhì)量，使防滲墻體具備較好的完整性以及連續(xù)性，具備較好的搭接質(zhì)量，有效墻厚符合規(guī)范要求，平均墻厚在23.8cm左右，最寬處墻厚在30.5cm左右，墻體最薄處墻厚大概為5.8cm。對(duì)四個(gè)圍井進(jìn)行高噴灌漿試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

表1 高噴灌漿圍井鉆孔檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)以上結(jié)果，可以看出滲透系數(shù)符合規(guī)范指標(biāo)要求，此外，芯樣抗壓強(qiáng)度為2.96-4.25 MPa，連續(xù)性較為完整，存在較好的密實(shí)度，表明該技術(shù)應(yīng)用獲得了較好的效果。

3.2 振動(dòng)沉模防滲板墻防滲分析

完成高噴灌漿工作后，需要進(jìn)行振動(dòng)沉模防滲板墻施工，整個(gè)施工時(shí)間為72d，板墻施工面積共為5168.80m2[3]。利用圍井鉆孔取芯樣進(jìn)行實(shí)際分析，在大壩中上部形成質(zhì)量較好的防滲墻帷幕，實(shí)際檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 振動(dòng)沉模圍井鉆孔檢測(cè)結(jié)果

從表2檢測(cè)結(jié)果中可以看出，圍井鉆孔滿足規(guī)范指標(biāo)要求；抗壓強(qiáng)度在4.65-6.28 MPa范圍內(nèi)，均勻密實(shí)度好，墻體單根芯樣連續(xù)完整，符合規(guī)范指標(biāo)要求；破壞滲透坡降超過(guò)500。利用振動(dòng)沉模施工充填了滲漏通道，包括空洞以及壩體裂縫等，有效提高了壩體整體滲透穩(wěn)定性，取得了較好的防滲加固修復(fù)效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，在高噴漿技術(shù)與振動(dòng)沉模技術(shù)由于自身優(yōu)勢(shì)均被廣泛應(yīng)用與土石壩除險(xiǎn)加固工程中，雖然取得了較好的效果，不過(guò)還存在一些不足，使得滲漏問(wèn)題未被很好地解決，為水庫(kù)留下了安全隱患，而將兩項(xiàng)技術(shù)融合，能夠取到較好的防滲效果，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，值得大力推廣應(yīng)用，在未來(lái)還應(yīng)加大對(duì)兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合方面的研究，從而提升該方式的應(yīng)用價(jià)值。