劈裂灌漿技術(shù)在水庫(kù)堤壩防滲加固施工的應(yīng)用

姜紅斌

(中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 水庫(kù)堤壩防滲加固施工

1.1 水庫(kù)堤壩兩岸坡段布孔

在引入劈裂灌漿技術(shù)前，首先需要在水庫(kù)堤壩的兩岸坡段上完成對(duì)灌漿孔的布設(shè)。在實(shí)際施工過(guò)程中，結(jié)合水庫(kù)堤壩地基定向劈裂的規(guī)律以及堤壩上應(yīng)用分布的實(shí)際情況，采用雙排布孔結(jié)構(gòu)完成對(duì)其灌漿庫(kù)的布設(shè)，如圖1所示。

圖1 水庫(kù)堤壩兩岸坡段雙排布孔結(jié)構(gòu)

按照?qǐng)D1中的布孔結(jié)構(gòu)完成布孔施工，將第一排孔的編號(hào)設(shè)置為1—X—X，將第二排孔的編號(hào)設(shè)置為2—X—X，施工的順序按照從上游到下游進(jìn)行。為了在后期灌漿時(shí)不出現(xiàn)橫向干裂問(wèn)題，各個(gè)灌漿孔之間的距離應(yīng)當(dāng)小于灌漿壓力對(duì)堤壩土體所影響的有效距離，因此綜合分析將兩個(gè)灌漿孔之間的距離設(shè)置為3 m。在確定鉆孔的深度時(shí)，根據(jù)水庫(kù)堤壩堤基應(yīng)力場(chǎng)的主要影響深度以及防滲加固施工的需要確定。已知應(yīng)力場(chǎng)主要影響深度為Z=2/3B，其中Z為應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)，B為影響深度。根據(jù)這一關(guān)系進(jìn)一步推算得出水庫(kù)堤壩地基的有效劈裂深度不應(yīng)當(dāng)超過(guò)50 m。在實(shí)際施工過(guò)程中，還需要確定水庫(kù)堤壩是否存在中風(fēng)化花崗巖以及其具體埋深和厚度，對(duì)鉆孔的深度進(jìn)行調(diào)整[1]。在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，鉆孔的深度應(yīng)當(dāng)按照鉆孔揭穿中風(fēng)化花崗巖的實(shí)際深度為標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)上述論述內(nèi)容，在確定鉆孔之間距離以及鉆孔深度的基礎(chǔ)上，采用干法造孔實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)堤壩兩岸坡段布孔，嚴(yán)禁使用泥漿循環(huán)回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)方式，避免引起水庫(kù)堤壩壩體劈裂問(wèn)題。

1.2 基于劈裂灌漿技術(shù)的分序鉆灌施工

在上述布孔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引入劈裂灌漿技術(shù)，完成對(duì)水庫(kù)堤壩的分序鉆灌施工。首先針對(duì)灌漿漿液進(jìn)行選擇，選用摻有10%水泥的黏土混合漿液，其本身具備良好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，并且能夠在劈裂灌漿厚度在4～5 d內(nèi)自動(dòng)凝結(jié)。漿液在凝結(jié)后會(huì)具有更高的強(qiáng)度以及抗?jié)B性，以此達(dá)到防滲和加固的效果。在灌漿的過(guò)程中，需要控制漿液先稀后濃，并將其密度控制在1.25～1.58 g/cm3范圍內(nèi)[2]。在具體灌漿過(guò)程中，灌漿的壓力需要根據(jù)不同的鉆孔深度進(jìn)行調(diào)整，表1為不同鉆孔深度下最大孔口的灌漿壓力對(duì)應(yīng)表。

按照表1中數(shù)據(jù)，針對(duì)不同的鉆孔深度對(duì)其最大孔口灌漿壓力進(jìn)行控制。在灌漿初期需要用較小的灌漿壓力灌注，隨著灌漿的進(jìn)行，在單位時(shí)間當(dāng)中的吃漿量會(huì)逐漸減小。因此，針對(duì)這一現(xiàn)象，為了能夠兼顧灌漿速度，可選擇在合理范圍內(nèi)適當(dāng)提升灌漿壓力，直到達(dá)到孔口最大允許灌漿壓力為止。

表1 不同鉆孔深度下最大孔口的灌漿壓力對(duì)應(yīng)

在灌漿的過(guò)程中，需要按照單孔單次灌漿的方式完成，停灌的標(biāo)準(zhǔn)為：針對(duì)初灌不起壓的鉆孔，將其壓力控制在40～50 kPa范圍內(nèi)。這一類(lèi)型鉆孔通常吃漿量較大，但需要控制單孔單次的灌漿不超過(guò)1.2 m3/m，針對(duì)水庫(kù)堤壩涵洞周?chē)你@孔，需要將其單孔單次的灌漿控制在小于0.5 m3/m以內(nèi)。對(duì)于單個(gè)灌漿孔而言，應(yīng)當(dāng)采用分序灌漿法，每次灌漿的時(shí)間間隔應(yīng)當(dāng)不超過(guò)5～10 d，灌漿的次數(shù)不得小于5次，同時(shí)在進(jìn)行最后一次灌漿的過(guò)程中，鉆孔已經(jīng)基本不吃漿，此時(shí)即可停止進(jìn)行單孔的灌漿。完成對(duì)一個(gè)鉆孔結(jié)構(gòu)的灌漿，其灌漿總數(shù)不得小于5次[3]。單孔灌入的干料累計(jì)總重量不得小于0.6 h，其中h表示為灌漿孔的深度。在充分滿足上述停灌標(biāo)準(zhǔn)后，即可停止灌漿，否則還需要繼續(xù)增加灌漿的次數(shù)，直到最終滿足上述停灌標(biāo)準(zhǔn)為止。在實(shí)際施工過(guò)程中，若堤壩壩頂位置上出現(xiàn)了冒漿問(wèn)題，則應(yīng)當(dāng)立刻停止灌漿操作，并挖出一個(gè)冒漿出口，使多余灌漿液流出，待鉆孔孔口不再冒漿后進(jìn)行回填夯實(shí)。若在鉆孔的周?chē)霈F(xiàn)冒漿問(wèn)題，則需要采用壓砂的方式進(jìn)行處理，在確保其不會(huì)再出現(xiàn)冒漿問(wèn)題時(shí)，繼續(xù)灌漿操作[4]。在具體施工過(guò)程中，若出現(xiàn)單孔灌漿量過(guò)大的問(wèn)題產(chǎn)生，則可以采用減小單次灌漿量或增加復(fù)灌次數(shù)的方式對(duì)其進(jìn)行處理，將單次灌漿量控制在不超過(guò)1 m3/m范圍內(nèi)，并將灌漿的時(shí)間間隔控制在5～10 d。

1.3 封孔與堤壩壩面處理

在完成上述施工操作后，還需要對(duì)灌漿鉆孔進(jìn)行封孔處理。在確保完成劈裂灌漿后，鉆孔位置上符合各項(xiàng)停灌標(biāo)準(zhǔn)后，將注漿管拔出，并將密度超過(guò)1.5 g/cm3的稠漿注入鉆孔當(dāng)中。采用機(jī)械封孔的方式進(jìn)行，并在次日完成再次灌漿。直到最終漿面上升到壩頂并且不會(huì)再次出現(xiàn)下降現(xiàn)象為止。最后在封孔時(shí)采用黏土回填的方式將孔口封堵并夯實(shí)。在完成上述操作后，還需要對(duì)堤壩壩面的變形情況和裂縫情況進(jìn)行觀測(cè)，防止其表現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題造成對(duì)水庫(kù)堤壩整體防滲加固施工效果的影響。通常情況下，在水庫(kù)堤壩壩面上由于受到高壓泥漿的劈裂擠壓和濕陷的影響，其濕土區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的裂縫需要一個(gè)過(guò)程，這一過(guò)程的時(shí)間通常在12～24 h以內(nèi)。因此，在按照上述步驟完成灌漿以及封孔處理后，還需要在封孔后的6～12 h時(shí)間當(dāng)中對(duì)堤壩壩面是否產(chǎn)生裂縫進(jìn)行檢查。若在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了裂縫，則采用優(yōu)先處理和三孔同時(shí)開(kāi)灌的方式對(duì)裂縫進(jìn)行處理。在裂縫結(jié)構(gòu)的上方以及兩側(cè)各2 m位置上同時(shí)打孔，并進(jìn)行灌漿。灌漿的過(guò)程中需要盡可能地增加灌漿的壓力，并直到水庫(kù)堤壩邊坡出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象時(shí)停止灌漿壓力增加。針對(duì)冒漿現(xiàn)象進(jìn)行處理，并在停工后2～4 h內(nèi)，完成復(fù)灌操作。復(fù)灌的過(guò)程中其灌漿次數(shù)應(yīng)當(dāng)比第一次灌漿次數(shù)增加2～3次。針對(duì)整個(gè)水庫(kù)堤壩上所有產(chǎn)生的裂縫按照上述操作進(jìn)行處理，直到不再出現(xiàn)裂縫為止。

為了進(jìn)一步提高水庫(kù)堤壩的運(yùn)行質(zhì)量，引入碳化防護(hù)處理技術(shù)針對(duì)堤壩壩面進(jìn)行防護(hù)處理。采用人工的方式鑿除壩面碳化層，將其厚度控制在15 mm以內(nèi)。通過(guò)上述處理方案能夠進(jìn)一步提高水庫(kù)堤壩表面的抗腐蝕能力，進(jìn)而提升壩面的耐磨性和抗沖刷能力，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壩面的美化，確保水庫(kù)堤壩能夠正常運(yùn)行。

2 實(shí)例應(yīng)用分析

根據(jù)上述論述，實(shí)現(xiàn)將劈裂灌漿技術(shù)在水庫(kù)堤壩防滲加固施工中的應(yīng)用，為了進(jìn)一步驗(yàn)證其在實(shí)際工程項(xiàng)目中的可行性，選擇以某地區(qū)需要進(jìn)行防滲加固的水庫(kù)堤壩為例，按照以上步驟完成對(duì)該堤壩的防滲加固施工。已知該水庫(kù)堤壩位于某流域一級(jí)支流的上游，是一個(gè)兼顧防洪、發(fā)電等眾多功能的綜合性高利用價(jià)值大型水庫(kù)。水庫(kù)堤壩主要是由黏土薄心墻和砂卵石組成，最高位置上的高度為76.00 m，堤壩上游和下游坡度比為1：0.18。該水庫(kù)堤壩設(shè)計(jì)壩頂?shù)母叱虨?63.5 m，水庫(kù)汛限水位為238.00 m，正常水位高度為243.00 m，設(shè)計(jì)洪水位為243.50 m。在明確該水庫(kù)堤壩基本工況條件后，對(duì)其堤壩滲流問(wèn)題進(jìn)行分析，并結(jié)合本文論述內(nèi)容完成防滲加固處理。在前五年實(shí)踐中，該水庫(kù)堤壩水位普遍較低，壩體常常處于干燥狀態(tài)，沒(méi)有出現(xiàn)滲漏問(wèn)題。在近一年中，水庫(kù)水位迅速上升，最高達(dá)到了243.25 m。在這期間，水庫(kù)堤壩滲水點(diǎn)部位出現(xiàn)3處管涌，均為清水帶砂。針對(duì)該堤壩需要進(jìn)行防滲加固的區(qū)域進(jìn)行坡段布孔，并引入劈裂灌漿技術(shù)完成分序鉆灌施工，最后通過(guò)復(fù)灌控制和封孔與堤壩壩面處理，完成對(duì)其防滲加固施工。為了驗(yàn)證本文施工方法的應(yīng)用效果，首先從防滲角度，對(duì)施工后的水庫(kù)堤壩滲流量進(jìn)行記錄，對(duì)比施工前和施工后的滲流量，滲流量的計(jì)算公式(1)如下：

W=s/t

(1)

式中：W為水庫(kù)堤壩的滲流量，L/s；s為在相應(yīng)的量水堰中流出的水量，L；t為規(guī)定時(shí)間，s。根據(jù)上述公式，對(duì)該水庫(kù)堤壩五個(gè)不同量水堰的滲流量進(jìn)行計(jì)算。針對(duì)5個(gè)量水堰分別編號(hào)為#001、#002、#003、#004和 #005。完成計(jì)算后，將記錄結(jié)果繪制成表2。

表2 施工前后水庫(kù)堤壩滲流量對(duì)比 L·s-1

從表2中數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，施工前各個(gè)量水堰的滲流量均超過(guò)了1.5 L/s，而在按照本文施工方案完成施工后，各個(gè)量水堰的滲流量均降低到了1.0 L/s以下，滲流量均得到明顯減小。初步證明，本文引入劈裂灌漿技術(shù)的防滲加固施工方案在實(shí)際應(yīng)用中能夠使水庫(kù)堤壩達(dá)到理想的防滲效果。為了進(jìn)一步探究本文提出的施工方法在實(shí)際應(yīng)用中是否能夠達(dá)到加固堤壩的效果，針對(duì)施工前后堤壩表面裂縫情況進(jìn)行對(duì)比。已知在實(shí)施加工方案前，該水庫(kù)堤壩上共出現(xiàn)過(guò)5次縱向裂縫和2次橫向裂縫，裂縫寬度最大為2 mm，裂縫長(zhǎng)度最大為35 mm。在完成施工后，將水庫(kù)堤壩當(dāng)前裂縫情況進(jìn)行記錄，得到如表3所示的結(jié)果。

表3 施工前后水庫(kù)堤壩裂縫情況記錄

從表3中記錄的數(shù)據(jù)可以看出，施工后量水堰#001沒(méi)有出現(xiàn)裂縫情況，而#002的裂縫數(shù)量?jī)H為1條，并且其裂縫的長(zhǎng)度和寬度對(duì)于水庫(kù)堤壩整體運(yùn)行安全而言不會(huì)產(chǎn)生影響。綜合上述兩方面內(nèi)容驗(yàn)證得出，將劈裂灌漿技術(shù)應(yīng)用到水庫(kù)堤壩防滲加固施工當(dāng)中，可以有效減少堤壩的滲流量，并使其裂縫數(shù)量及長(zhǎng)度、寬度得到有效控制，提高水庫(kù)堤壩整體穩(wěn)定性。

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前水庫(kù)堤壩存在的穩(wěn)定性差、滲漏問(wèn)題嚴(yán)重現(xiàn)象，在引入劈裂灌漿技術(shù)后，提出一種全新的防滲加固施工方法。通過(guò)將該施工方法應(yīng)用到實(shí)際的水庫(kù)堤壩當(dāng)中，可有效提高水庫(kù)堤壩的運(yùn)行穩(wěn)定性，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。在實(shí)際施工過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際工況條件對(duì)相關(guān)防滲輔助技術(shù)進(jìn)行合理選擇，以此達(dá)到更加科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的目的。盡管當(dāng)前各類(lèi)施工技術(shù)得到了不斷的發(fā)展，并且能夠在基礎(chǔ)處理和水庫(kù)堤壩防滲、加固方面作出貢獻(xiàn)，但劈裂灌漿技術(shù)仍然在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上具備更高的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中具有可控性強(qiáng)、連接可靠等優(yōu)勢(shì)。在今后的研究當(dāng)中，針對(duì)劈裂灌漿技術(shù)的上述優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，還應(yīng)從其他建筑工程類(lèi)型當(dāng)中對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用研究，從而進(jìn)一步提高劈裂灌漿技術(shù)的應(yīng)用適應(yīng)性。