高聚物注浆技术在某水库中的应用

□杨 辉 □许露予（桐柏县水利局）

0 引言

某水库位于桐柏县回龙乡毛集河上，属淮河流域。于1966年1月动工兴建，1967年11月竣工，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、水产养殖等为一体的综合利用小（2）型水利枢纽工程,主要建筑物有大坝、溢洪道和输水洞等。坝型为均质土坝，最大坝高13.10m，坝顶长99.80m。水库坝址以上控制流域面积1.70km2。水库原设计防洪标准为20a一遇设计，200a一遇校核，最大库容57.00万m3。下游有5个行政村，耕地0.03万hm2，人口0.60万人，并有沪陕高速、宁西铁路等基础设施，地理位置重要。

1 原因

河南省水利厅对该水库安全鉴定进行复核认定为三类坝，并于2012年3月进行除险加固工程，原设计为防渗充填灌浆，灌浆孔为双排，分别布置在新坝轴线上下游0.75m处，排距1.50m。单排孔距2.00m，共85孔。灌浆顶部高程设计为201.40m，底部至坝基线下1.00m。

采用水泥粘土浆，水泥与粘土质量比为3:7，水泥均采用42.5#水泥。坝体充填灌浆采用自上而下分段灌浆法，套管护壁，灌浆完成后，拔套管封孔。灌浆浆液的浓度遵循由稀到浓的原则，浆液的水灰比分 5级，分别为 5:1，3:1，1:1，0.8:1，0.5:1，逐级改变。

水库在施工过程中，发现基岩部分、碎石较多、帷幕灌浆效果不好，灌浆之后坝基仍有少量渗水，由建管局组织设计、监理和施工经过现场勘查并论证，采用高聚物注浆。

2 查清坝体结构

2.1 地质勘查

前期由于地质勘查不到位，导致设计深度不够处理不能有效解决问题，现处理前必须进行比较详细的地质勘查，查清大坝地质构造。

在河槽部位，正对渗漏出水点的位置（桩号0+047，勘查前对桩号先进行复核），在坝顶上下游测各布置一个钻孔（上下游钻孔分别位于新坝轴线上下游0.80m处），上游由坝顶钻探至粘土心墙内1.00m，且底部高程不低于196.30m；下游直接钻到坝底。必要时增加横断面钻孔，汇出防渗心墙的具体位置、形状。

在桩号0+037，0+057处大坝轴线位置各布置一个钻孔。探测中间出水点两侧大坝的地质情况。由坝顶钻探至粘土心墙内1.00m，且底部高程不低于196.20m（坝顶以下6.00m）。

在大坝左坝肩0+027、右坝肩0+067位置坝顶轴线位置各布置一个钻孔，下部深入基岩1.00m，探测左右坝肩出水点的地质情况。

钻探主要内容：大坝填土组成情况（粘土、沙壤土、碎石土各土层厚度、渗透系数），粘土心墙位置、形状、渗透系数，左右坝肩是否存在接触渗漏。

2.2 地勘结果

大坝粘土心墙在坝轴线位置，但粘土心墙顶部高程较低，最低处197.70m，低于正常蓄水位（溢洪道底高程199.30m）1.60m。粘土心墙以上，有一层砂碎石层，厚度2.30～3.50m，强透水。桩号0+047.80处注水试验值最大，达到32L/min。必须全部截断此砂碎石层，才能保证高水位时不发生坝体渗漏。

3 工程措施

采用高聚物定向劈裂注浆防渗技术彻底截断渗漏通道。

3.1 基本原理

以片状扩散理论为基础，研制“双翼型”成槽板，利用静压或冲击成槽方法，在坝体内形成定向劈裂槽。采用封闭注浆技术封堵槽顶，采用导管注浆技术向槽内注入高聚物注浆材料。材料发生化学反应后体积迅速膨胀，产生的膨胀力超过土体的抗拉强度时，即沿成槽板引导的方向将土体劈开，连接形成超薄型高聚物防渗体系，见图1。

图1 高聚物定向劈裂注浆防渗技术示意图

3.2 施工工艺

3.2.1 成槽

采用静压成槽方法，将定向劈裂成槽板压入土中形成注浆槽。

3.2.2 下管

向定向劈裂注浆槽内放置注浆管，包括封槽注浆管和劈裂注浆管。

3.2.3 注浆

首先通过封槽注浆管注射少量浆液进行封孔，然后通过劈裂注浆管在预定深度注浆，材料反应膨胀，将土体沿引导方向劈开形成高聚物薄片。薄片交叉搭接，形成超薄型高聚物防渗体系。

3.3 技术特点

针对不同的工程修复需求，可调节各种技术参数（反应时间、密度及膨胀率、强度等等），以达到更好的修复效果。主要技术特点如下：

3.3.1 高膨胀性

在空气中形成的泡沫状固体体积可达液体体积的20倍以上。

3.3.2 早强

一般15min可达到90%以上的强度，并且具有较好弹性；不需要养生，有利于工程抢险。

3.3.3 防水

形成的泡沫状固体为闭孔材料，防水性能优良。

3.3.4 轻质

材料膨胀固化后，其自重一般不到同体积水泥浆的10%，极大地减少了自重对地基的附加荷载。

3.3.5 耐久

材料寿命可达数十年。

3.3.6 环保

对环境无污染，适用于水下工程抢修。

3.3.7 易控

整个施工过程在监控下完成，注浆压力、温度及注浆量可根据需要调节。

3.3.8 扰动小

对堤坝扰动小，是一种“微创”修复技术。

3.4 施工设备

成孔设备采用液压静力触探车，探头采用特制的劈裂探头。设备宽度2.40m，可以上坝操作。

3.5 孔距

注浆孔沿坝轴线布设，注浆孔劈裂方向与坝轴线夹角取10～15°。

3.6 注浆效果

浆液能够沿预设的劈裂缝向外扩展，形成直立的高聚物薄片体，中间厚，周围薄，厚度约为0.50～2.50cm。

4 结论

水库在进行高聚物注浆后，现已基本止水。工程完成后，加固了大坝坝体，防洪、灌溉、旅游、养鱼等效益大大提高，使下游免受洪涝灾害，可保证人民群众生命财产的安全，促进当地国民经济的持续稳定发展。