帷幕灌漿技術(shù)在水庫(kù)大壩防滲處理中的應(yīng)用研究

孫建偉 李 怡

(南京市江寧區(qū)趙村水庫(kù)管理所，江蘇 南京 211155)

帷幕灌漿技術(shù)在水利工程中的實(shí)用性極高，在水利工程建設(shè)過(guò)程中往往能發(fā)揮出重要的作用。帷幕灌漿技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于安全性能良好，技術(shù)成本相對(duì)容易被接受，因此在水利工程施工過(guò)程中被廣泛的應(yīng)用，尤其是應(yīng)用在水庫(kù)大壩的建設(shè)中，能夠很好地處理水庫(kù)大壩中的滲漏情況，是水庫(kù)大壩基礎(chǔ)防滲加固處理中最常應(yīng)用的技術(shù)。在進(jìn)行水庫(kù)大壩防滲加固處理的時(shí)候，應(yīng)該讓帷幕灌漿技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮，因此，應(yīng)當(dāng)合理分析帷幕灌漿技術(shù)在水庫(kù)大壩基礎(chǔ)防滲加固處理中的應(yīng)用。

1 大壩帷幕灌漿技術(shù)概述

水利工程建設(shè)過(guò)程中需要依托在自然環(huán)境上，由于各地的地質(zhì)環(huán)境有所不同，并且大部分地質(zhì)環(huán)境缺乏足夠的承載能力，穩(wěn)定性也有所不足，容易使建成的水利工程因地基不規(guī)則沉降導(dǎo)致出現(xiàn)滲漏。在水利工程建設(shè)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)用到帷幕灌漿技術(shù)，用于解決工程滲漏的問(wèn)題。帷幕灌漿技術(shù)的消耗量較小且防滲效果顯著，因此常被用于防止大壩滲水[1]。在進(jìn)行修繕大壩的時(shí)候，采用灌漿的方式建造出大壩的帷幕，以此來(lái)進(jìn)行防滲。使用帷幕灌漿的方式對(duì)大壩進(jìn)行防滲處理，工期可以得到控制，施工效果明顯，并且復(fù)雜程度較低，因此使用頻率很高。

在大壩的建設(shè)過(guò)程中，帷幕灌漿是重要的環(huán)節(jié)，在灌漿之前有兩項(xiàng)重要的工序，其一是對(duì)規(guī)定位置進(jìn)行打孔，在成孔后對(duì)孔內(nèi)進(jìn)行清理，這被稱(chēng)為鉆孔技術(shù)，另一項(xiàng)技術(shù)是在成孔之后，進(jìn)行止水和壓水試驗(yàn)，這也叫沖洗技術(shù)。在這兩項(xiàng)工序都完成之后，就可以為大壩進(jìn)行注漿，在灌注的過(guò)程中，由于灌注壓力，漿液在進(jìn)入壩體的時(shí)候，水也被壓出孔外，漿液逐漸將原有的空間占滿(mǎn)。在灌漿液徹底將鉆孔填滿(mǎn)的時(shí)候，就會(huì)在底部熔合成為固體狀態(tài)，這種固體具有良好的防滲效果。這項(xiàng)技術(shù)在水利工程行業(yè)中已經(jīng)實(shí)行了多年，自20世紀(jì)以來(lái)，帷幕灌漿技術(shù)一直都是水工建筑處理地基做防滲處理的重要手段，能保證水工建筑物安全的運(yùn)行。

2 工程概況

南京市江寧區(qū)趙村水庫(kù)屬于秦淮河流域，該水庫(kù)具有防洪、灌溉、供水和旅游開(kāi)發(fā)等多方面用途。在2020年汛期，水庫(kù)大壩在自身高程30m以下的位置出現(xiàn)了3處漏水點(diǎn)和5處散浸點(diǎn)，東部壩肩長(zhǎng)期存在滲漏的情況，滲點(diǎn)位于壩身約25m處。本消險(xiǎn)工程需要在西側(cè)壩肩和東側(cè)壩肩采用帷幕灌漿技術(shù)進(jìn)行防滲加固，灌漿深度在6m～7m之間。

3 施工準(zhǔn)備

本工程是大壩消險(xiǎn)工程，防滲標(biāo)準(zhǔn)以透水率指標(biāo)為準(zhǔn)。在正式開(kāi)工之間，應(yīng)做好技術(shù)準(zhǔn)備工作，根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備和人員，保證工程可以正常進(jìn)行，施工的質(zhì)量能夠滿(mǎn)足要求，不會(huì)耽誤工期。該工程預(yù)計(jì)投入三臺(tái)XY-150型號(hào)的鉆機(jī)、兩臺(tái)制漿泵，兩臺(tái)CJ-C3型灌漿自動(dòng)記錄儀。施工之前，技術(shù)總工帶領(lǐng)各施工管理人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)實(shí)地情況進(jìn)行分析，對(duì)各參建人員進(jìn)行了帷幕灌漿工程的技術(shù)交底，確認(rèn)準(zhǔn)備工作是否就緒。

4 施工過(guò)程

帷幕灌漿技術(shù)的主要施工過(guò)程分為四步，分別為：打孔，清洗裂縫，注漿和封孔。施工中所有的供水、供電、供漿設(shè)備都應(yīng)該在下游位置安裝，這能夠讓灌漿施工人員更好的運(yùn)用，為帷幕灌漿作業(yè)準(zhǔn)備充足的施工空間，同時(shí)還更方便灌漿現(xiàn)場(chǎng)的管理和維護(hù)作業(yè)。

在鉆孔之前，需要先使用儀器測(cè)量鉆孔的位置，主要使用的儀器有全站儀、水準(zhǔn)儀，通過(guò)儀器進(jìn)行引點(diǎn)放線(xiàn)的方式將鉆孔的位置進(jìn)行確定，對(duì)鉆孔位置進(jìn)行標(biāo)記，然后將測(cè)量好位置的鉆孔楔入鋼標(biāo)內(nèi)，用油漆將該鉆孔的序號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。鉆孔機(jī)械在鉆進(jìn)的過(guò)程中必須保證足夠的平穩(wěn)，鉆孔的時(shí)候使機(jī)械和軸線(xiàn)的位置保持一致。在進(jìn)行鉆孔施工的時(shí)候，通常會(huì)使用φ75～φ91之間的鉆頭先鉆進(jìn)兩米左右的深度，初鉆完成之后，清洗鉆孔中殘留的巖石粉末，清洗的時(shí)候可以使用水對(duì)鉆孔內(nèi)進(jìn)行清洗，水壓應(yīng)該控制在0.8MPa以下，每一個(gè)孔清洗的時(shí)間在20min左右。

鉆孔孔口管的埋設(shè)深度通常為1m～2m之間，孔口管的直徑為φ75，進(jìn)行孔口預(yù)埋之前，應(yīng)該先給孔內(nèi)注入一些漿液，然后將孔口管安裝到孔位之中，在安裝結(jié)束之后需要檢查孔口管的角度，之后暫停施工72h以上，直到孔口管徹底凝固之后才可以開(kāi)展下一項(xiàng)工作。孔口管在帷幕灌漿中起到的作用共有兩點(diǎn)，其一是通過(guò)孔口管能夠和孔口的封閉器更方便的連接；其二是避免漿液和鉆孔中巖溶巖質(zhì)的直接接觸，這能有顯著降低漏漿發(fā)生的概率，讓帷幕的質(zhì)量能夠更加可靠。如果后續(xù)施工灌漿的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)管外出現(xiàn)了冒漿的情況，必須要及時(shí)停止灌漿，將孔口管全部拔出來(lái)，重新進(jìn)行安裝作業(yè)，防止帷幕灌漿施工失效。

在灌漿之前，應(yīng)該先對(duì)孔內(nèi)以及裂縫內(nèi)部進(jìn)行仔細(xì)清洗，防止裂縫內(nèi)部存在灰塵碎石雜物等，和灌漿液混雜在一起，影響抗?jié)B效果。根據(jù)孔洞內(nèi)的水壓力，計(jì)算得出水的滲透率，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)比例調(diào)配漿液的水灰比，制漿的過(guò)程中應(yīng)該保證漿液的攪拌時(shí)間，每盤(pán)時(shí)間都應(yīng)大于3min，攪拌結(jié)束后需要對(duì)泥漿比例進(jìn)行檢測(cè)。灌漿的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)吃漿量較大的情況，這時(shí)候就需要對(duì)流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每次檢驗(yàn)的時(shí)間間隔在三到五分鐘左右，需要有人專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作，記錄好灌漿液的流量數(shù)值[2]。在灌漿結(jié)束后就可以進(jìn)行洞口封堵了，封孔可以采用機(jī)械封孔人工配合，保證漿液的飽滿(mǎn)，讓覆蓋層的密度有所保障。在帷幕灌漿施工中，要重點(diǎn)關(guān)注漿液控制和封孔過(guò)程。

第一段灌漿的時(shí)候使用φ75的鉆頭鉆進(jìn)，第二段的時(shí)候使用φ59的鉆頭鉆進(jìn)，鉆進(jìn)完成之后，應(yīng)該使用孔口封閉器對(duì)每個(gè)管口進(jìn)行分段式的灌漿作業(yè)，在灌每一段漿的時(shí)候，應(yīng)該讓灌漿的壓力不斷地提高，當(dāng)鉆孔孔深到達(dá)十米的時(shí)候，也就是第四段鉆孔時(shí)，將灌漿壓力調(diào)至最大。

在所有的孔位全部完成鉆進(jìn)之后，要將鉆頭撤下，換上鉆桿鉆進(jìn)到半米深的時(shí)候進(jìn)行灌注前的壓水試驗(yàn)，通常壓水時(shí)間為20min，結(jié)束之后才能進(jìn)行灌漿。灌漿施工有一定的順序，如果壩基有三排帷幕，那么應(yīng)該從最下游的帷幕開(kāi)始進(jìn)行灌注，隨后應(yīng)該對(duì)最上游的帷幕進(jìn)行灌注，最后施工中間層的帷幕。鉆孔的順序和灌漿的順序應(yīng)該保持一致。

灌漿過(guò)程中，應(yīng)該按照從稀到濃的原則，逐漸提高灌漿漿液的濃度。灌漿漿液濃度需要經(jīng)過(guò)漿液試驗(yàn)進(jìn)行確定。根據(jù)實(shí)際灌漿的情況，可以把漿液水灰比按照六個(gè)等級(jí)進(jìn)行劃分，分別為0.5,0.8,1,2,3,5。在水壓試驗(yàn)完成后，通過(guò)計(jì)算可以得出孔洞的透水率。當(dāng)透水率大于5Lu的時(shí)候，漿液水灰比可以選擇3；如果透水率小于5Lu，那么漿液水灰比可以定為5；如果透水率大于10Lu，漿液的水灰比可以定為2。在實(shí)際施工過(guò)程中，可以進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。漿液還需要結(jié)合注漿量進(jìn)行分析，如果在灌漿壓力不發(fā)生改變、不斷地降低漿液注入率的時(shí)候，水灰比可以保持不變，或者不改變注入率，轉(zhuǎn)而提升灌漿壓力，這樣也不需要改變水灰比。

根據(jù)不同的地層情況，對(duì)每個(gè)孔段進(jìn)行分析，確認(rèn)所有孔段灌漿結(jié)束的條件，待灌漿結(jié)束后進(jìn)行封孔。在帷幕灌漿時(shí)，常采用的封孔方式是分段壓力灌漿封孔法，逐一封堵完成灌漿的孔洞。在孔洞封閉完成后應(yīng)該閉漿一天。

在灌漿帷幕施工完成之后，應(yīng)該利用壓水試驗(yàn)的方式將整個(gè)帷幕的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)單元中應(yīng)該抽取一個(gè)灌漿孔進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量應(yīng)保證在全部灌漿孔數(shù)量的約十分之一。壓水試驗(yàn)運(yùn)用單點(diǎn)法，每個(gè)點(diǎn)的壓力都不應(yīng)大于0.3MPa。如果灌區(qū)內(nèi)的裂縫發(fā)育都不嚴(yán)重，并且裂縫本身不算大，那么在灌漿時(shí)候注入的量都會(huì)比較少。檢查合格的標(biāo)準(zhǔn)是每個(gè)孔位的滲漏率都低于5Lu。

5 注意事項(xiàng)

5.1 表面冒漿

在灌漿施工的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)壩體表面冒漿的現(xiàn)象，這個(gè)時(shí)候應(yīng)該及時(shí)減少壓力，保證在沒(méi)有壓力的情況下再進(jìn)行灌漿操作，同時(shí)應(yīng)該觀察冒漿變化，做好觀測(cè)記錄，隨后應(yīng)該將冒漿點(diǎn)進(jìn)行封堵，防止出現(xiàn)漿液大量滲漏的情況，如果漿液濃度不足以進(jìn)行封堵，應(yīng)該及時(shí)加大漿液濃度進(jìn)行注漿。

5.2 鄰孔串漿

灌注過(guò)程中，鄰孔串漿的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這個(gè)時(shí)候就可以在灌注灌漿孔的時(shí)候，再加入一臺(tái)設(shè)備，對(duì)串漿孔進(jìn)行灌注，如果沒(méi)有條件，可以先使用橡膠塞封死串漿孔，等到灌漿孔灌注完成以后，采用掃孔的方式，再對(duì)串漿孔進(jìn)行灌注。掃孔過(guò)程中應(yīng)該避免非灌漿段的漿材漏出，可以先用膠塞把串漿孔的非灌漿段進(jìn)行封堵隔離。

5.3 大量耗漿

在灌漿的過(guò)程中，容易產(chǎn)生漏漿集中的區(qū)域，例如，斷裂的結(jié)構(gòu)和裂縫較大的位置。對(duì)于帷幕灌漿來(lái)說(shuō)，封堵這些位置是施工的重點(diǎn)，為了保證帷幕的有效使用，避免出現(xiàn)漿液大量浪費(fèi)，使灌漿的質(zhì)量能夠提升，應(yīng)該采取以下措施解決大量漏漿的問(wèn)題：采用間歇灌漿的方式，首先先灌注水泥，第一次灌注量約在5t～10t之間，然后再次灌注水泥約4t～8t，靜置，等待水泥的凝固，等到10h以上，可以再次進(jìn)行灌注，以此循環(huán)，直到孔洞內(nèi)的壓力滿(mǎn)足灌漿壓力。如果遇到耗漿量較大的情況，在灌注一段時(shí)間之后，注漿量仍然沒(méi)有減小的跡象，并且孔內(nèi)的壓力也保持不變，可以考慮通過(guò)在砂漿泵中摻入砂，或者添加水玻璃，提高漿液的濃度。

5.4 灌漿中斷

如果在施工過(guò)程中出現(xiàn)停電、機(jī)器損壞等意外情況，導(dǎo)致灌漿作業(yè)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行的時(shí)候，應(yīng)該第一時(shí)間找出中斷的原因，采取有針對(duì)性的措施，及時(shí)恢復(fù)灌漿。如果灌漿中斷原因復(fù)雜，在半小時(shí)之內(nèi)無(wú)法恢復(fù)，那應(yīng)該立即沖洗鉆孔，隨后問(wèn)題解決再進(jìn)行灌漿。如果孔道沖洗效果不佳，可以采用掃孔的方式進(jìn)行沖洗?；謴?fù)灌漿之后，注入率和中斷前應(yīng)該保持基本相似，灌漿液也應(yīng)該采用中斷前的比級(jí)，直到灌漿完成為止。

5.5 回漿濃度增加

在灌注過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)回漿的濃度提高，在灌注的時(shí)候應(yīng)該選用水灰比一致的新漿液進(jìn)行施工，如果采用了新漿液之后還是沒(méi)有改善，在灌注半個(gè)小時(shí)之后就應(yīng)該停止灌注，且不需要再次進(jìn)行灌注。

5.6 安全管理

為了保證施工能夠安全的進(jìn)行，建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)該制定完善的安全管理制度，按照要求設(shè)定安全管理小組，負(fù)責(zé)保證施工期間整個(gè)工程的安全管理工作，按照國(guó)家相關(guān)的法律法規(guī)，制定切實(shí)可行的安全保護(hù)措施并監(jiān)督措施的執(zhí)行情況。從技術(shù)的角度考慮，在進(jìn)行施工前，安全管理小組應(yīng)該結(jié)合具體的工作情況對(duì)施工人員做好安全技術(shù)交底的工作，并在施工過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目的安全監(jiān)督，如果發(fā)現(xiàn)有安全問(wèn)題應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行處理解決，保證工程能夠順利的進(jìn)行。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，帷幕灌漿技術(shù)難度本身并不高，但是在操作過(guò)程中容易出現(xiàn)一些問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)對(duì)整個(gè)工程的施工質(zhì)量產(chǎn)生影響，這就要求施工技術(shù)人員必須嚴(yán)格按照水庫(kù)大壩基礎(chǔ)防滲加固處理要求進(jìn)行施工控制，面對(duì)特殊情況的時(shí)候冷靜的采取處理方案，只有這樣才能保證整體帷幕灌漿施工作業(yè)可以高水平的進(jìn)行。