防水堵漏技术在水利工程中的应用

2012-10-18李强王萍

水利技术监督 2012年1期

关键词：成墙灌浆高压

李强王萍

(1.新疆水利厅喀什水文水资源勘测局，新疆喀什 844000；2.喀什地区长河水利水电工程有限责任公司，新疆喀什，844000）

水利工程的防水技术具有要求高、难度大、更复杂等特点。水利工程发生渗水的形式多种多样，其成因也各有不同，找出渗漏的原因才是解决水利工程渗漏的根本。

1 渗漏原因

1.1 结构渗水

结构渗水包括点渗水和大面积渗水。点渗水一般是由于结构局部孔洞造成，对结构危害不大，处理也较简单。例如：水利工程中，主体工程与不同用处的管线相连，在混凝土的浇筑过程中，一旦管线的止水环部位焊接不严密，或者混凝土振捣不密实，往往会造成混凝土表面蜂窝麻面或孔洞，容易导致渗水；大面积渗水通常发生在结构的底板上，其主要原因主要有以下两点。

第一，基面四周的降水基坑一般设置在垫层以下，很难达到降水的要求，不易即时排出积水，然而为保证施工进度，带水施工在所难免。

第二，混凝土浇筑时，由于混凝土拌合不均或振捣不当等原因通常会造成混凝土强度达不到设计值，进而导致大面积渗水。

2.2 施工裂缝

施工缝隙包括施工缝和变形缝。当建筑物施工面积很大时，通常人为地将混凝土划分为多个连续单元施工，这就致使结构中施工缝的存在，是渗水问题发生的常见部位。在处理施工缝时，需严格按照相关规范来施工，必须清除干净缝面的杂物、浮尘等垃圾，并保证模板支撑牢固、连接可靠，无跑浆漏浆现象；变形缝造成渗水的主要原因包括：混凝土振捣不密实、止水带固定不牢或偏离中心等，容易造成混凝土表面蜂窝麻面或出现孔洞。

3 防水堵漏施工技术

3.1 防渗墙施工工艺

防渗墙具有墙体厚度小、渗透系数低、柔性强、耐久性好及成本低等特点，从而在水利工程中应用很广泛。根据防渗墙施工成墙工艺，其施工工艺大体可以分为：射水法成墙工艺、多头搅拌深层水泥土成墙工艺、锯槽成墙工艺等，下面就据各成墙工艺的施工原理和特点进行细述。

(1) 射水法成墙施工。射水法成墙施工所需设备有：浇筑机、钻孔机和混凝土搅拌机，较适应于砂土、粘土及粒径小于100mm 的砂砾层。其施工工序为：钻孔机内的成型器从喷嘴中喷射出高速水流并通过上下反复运动切割并修整孔壁，进而形成具有保护作用的泥浆护壁，再通过正循环或反循环的将多余的土排出。槽孔形成以后，浇上混凝土薄壁防渗墙便形成了，射水法工艺的成墙厚度为0.22～0.45m，最大深度约30m左右。

(2) 多头深层搅拌水泥土法。此法具有施工方便、成本低廉、清洁等优点，较适宜用在砂砾土、砂土、粘土和淤泥质土。其成桩原理是：将具有多个钻头的搅拌桩机的钻杆钻入土层，将水泥浆通过钻杆注入并与土体一起搅拌，使土体和水泥浆凝结成水泥土桩，再通过桩与桩之间连接成整体性较好的水泥土防渗墙。目前，多头深层水泥土发的最大成墙深度约22m，水泥土的渗透系数低于10cm/s，抗压强度超过0.3MPa。

(3)锯槽法。此法的主要设备是锯槽机，其主要组成部件有：动力系统、行走底盘、传动系统、支架、起重设施、排渣系统、加压系统和电气控制系统。

其工作原理：锯槽机的刀杆在导孔中同时开槽及排土，开槽移动速度为0.8～1.5m/h，通过上下运动切割土体，再以正循环或反循环的排土方式将多余的土排出，在整个过程中采用泥浆护壁进行配合。锯槽机通过不同规格的刀杆组合，开槽深度最大能达到40m，宽度可达0.2～0.5m。其优点有：墙体连续、效率高、质量可靠，且成墙深度大，适应于多种土层。

3.2 高压喷射灌浆工艺

此法的工作原理是通过喷射高压水泥浆冲击需要加固的土层，使被灌地层土颗粒与水泥浆液混合，固结成一个整体而达到提高土体承载力或防渗作用。高压喷射灌浆施工工艺具有材料广、设备简单、效率高、造价低，防渗效果好等优点，但是对地质要求较高、需要施工机具较多。

（1）施工准备。这一阶段的主要目的是保证水泥浆的比重、水灰比、搅拌及等。高压喷射灌浆前需将施工器械准备妥善，包括：注浆管、喷嘴、空气压缩机、高压泵、流量计等，同时需备好的原材料有：普通水泥，其强度不得低于32.5，水灰比为1∶1。

（2）施工阶段。施工前先对施工场地进行平整，钻机定位，排水沟的开挖等工作。为控制施工质量，钻孔的位置和设计位置偏差不应超过5cm，这就要求钻孔机定位好后，在利用原浆进行灌注至设计标高过程中需要利用特殊钻杆进行钻孔。试喷后进行下管，灌注至设计高程。喷射轴线调整为折线型（折线的轴线和灌浆钻孔的轴线夹角以小于15度为宜）。

高压喷射灌浆施工需严格按照施工技术规程操作，利用施工中的技术参数对灌浆质量进行控制。高压喷射灌浆通常需要进行二次静压灌浆，这是由于套管在灌桩至设计标高后被拔出，水泥浆由于凝固收缩，孔口伴随下沉现象的出现。进行二次静压灌浆时，以浆面不再下沉为准。

（3）高压喷射灌浆时需注意的问题。

第一，高压喷射注浆施工前，应对具有代表性段区的地质条件按室内试验选定的配合比进行试射，从而确定孔距、布孔方式、孔深、排距、喷射压力、提升速度、流量等施工参数。

第二，遇到浆耗量较大，孔口浆浓度偏低甚至不返浆返的孔时，可采取以下措施进行处理：第一种方法是采取加大注浆的浓度，待返浆正常后开始旋转喷具与提升；另外一种方法是在浆液中掺入适量的速凝剂，以减短凝结时间。

第三，对钻孔过程中发生漏水渗水的地段，应先回填一定级配的砂石以减小空隙缝隙，然后进行灌浆施工，待灌注的浆液凝结以后再进行喷射。

第四，若在喷射过程中发生中断且时间超过30min时，必须准确记录桩中断点，以便复喷时将喷杆伸至中断处下30～50cm，如中断位置超出喷杆下伸长度，需对中断点采取扫孔处理，再喷射注浆。如喷射注浆过程中出现喷嘴堵塞时，应马上对喷具进行疏通。

4 工程实例

某水库占地面积164 km2，水库蓄水面积152.5km2，设计堤高9.50m，最高蓄水高度7m，水库总容量5.0亿m3，是一座以城市供水蓄水为主，兼顾防洪、养殖、灌溉等一系列综合效益的大型水利枢纽工程。

由于该水利枢纽工程的围堤存在大量裂缝，其中以东围堤、东南围堤、西南围堤为主，裂缝深度达2.0～25m，其主要原因是堤身土质不佳且压实度过低，土壤含水量大，加之气候干燥致使土壤干缩，严重影响坝体质量。拟对堤身裂缝位置进行加固处理，对大于1cm的裂缝采取高压灌浆方案。

（1）高压灌浆施工工艺流程,见图1。

图1 高压灌浆施工工艺流程

（2）浆液的配置。按照试验中各材料的设计用量量取，粘土需浸泡4～8h，将各种材料充分混合搅拌，搅拌时间不得少于30min，搅好的浆液需过35cm2孔筛过滤。

（3）打孔。用打孔机打孔，孔深需超过裂缝深度1.0m，打孔深度为4.5m，打孔过程中需留意孔斜度。

（4）灌浆。用灌浆管灌浆，并做好孔口的封堵。灌浆压力从无压力或小压力逐渐加大至设计灌浆压力。开始灌浆时采用稀浆，逐渐加大浆液浓度到预定浓度，根据裂缝的吃浆大小重复灌浆。

灌浆过程中要留意灌浆管的进浆情况，并详细记录灌浆量，以作为试验分析的依据。同时还要注意堤身变形和裂缝，确保大堤安全的前提下进行施工。

在最大设计压力下，当灌浆孔停止进浆或进浆量小于40mL/min时，即可结束灌浆。有时达到设计压力的情况下，灌浆孔的单位进浆量经很长时间还达不到40mL/min，而回浆量又明显加大，这时可控制进浆量在1L/min左右，持续30～60min即可结束。

（5）封孔。灌浆结束后，排出孔内稀浆及杂物，用浓浆对孔口进行密封，再用土回填并夯实。

该枢纽工程采用灌浆加固以后，结构的抗渗性能和抗倾覆能力得到极大的提高，排除了坝体的安全隐患，并顺利通过验收。

5 防水施工质量控制要点

水利工程防水施工是一项系统工程，施工质量对水利工程至关重要，以材料为基础，施工为保障。实践证明，水利工程出现渗漏水等质量问题与施工质量有着直接或间接的关系。为了提高工程质量，必须严把质量关，在施工建立工程质量保证体系，同时，应该加强工程管理人员的质量意识，只有这样才能保证水利工程中的施工质量。

（1）水利工程中的防水措施通常是多种手段结合使用，采取“堵防结合，刚柔并济，综合治理”的方式，对水利工程进行多道设防，以增强结构的抗渗能力。

（2）材料的选择。随着科学技术的不断发展，防水材料的种类也越来越多，但其特性也存在着很大的差别，仅仅依靠材料性能解决各类渗水问题还不打现实，对不同形式的渗水应选择不同特性的防水材料。

（3）加强质量管理意识。水利工程是系统工程，是千秋大业工程，直接关系着老百姓的生命财产安全，施工质量的好坏对水利工程的质量至关重要。实践证明,凡事出现质量问题的水利工程，均或多或少与施工质量有关。为了提高水利工程的施工质量,在建立健全工程质量保证体系的同时,还需不断加强现场施工管理人员的质量管理意识,对施工工序进行严格把关。