水利水电工程灌浆施工及其质量管理

2016-10-12张华东

黑龙江水利科技 2016年7期

关键词：坝基防渗墙坝体

张华东

(长泰县水利局，福建漳州 363900)

水利水电工程灌浆施工及其质量管理

张华东

(长泰县水利局，福建漳州 363900)

目前，水利水电工程中使用的灌浆技术不止一种，每种技术都有其自身的特点，在质量管理工作中，应以具体应用的技术为依据，制定可行的管理方案。文章首先阐述了我国水利水电工程建设中比较常用的灌浆技术，其后重点就高压旋喷施工的实际应用展开了具体分析。

水利水电工程；灌浆施工；高压喷射；质量管理；应用

0　前　言

随着思想观念的改变和技术的进步，水利水电工程的功能也更加多样。这些水利工程具有防洪与供水、发电等功能。丰富的功能使得水利水电工程的重要性更加突出，对地区发展的影响力也得到了普遍认可。因而，现代水利工程实现了经济功能与公益功能的完美统一，除了可以保证一方安定之外，还可以创造经济利润。

1　水利水电工程灌浆施工简述

建筑工程在施工过程中，需要考虑的基本问题是地质构造与工程环境，但水利水电工程不一样，其在考虑地质条件之外，还要考虑水文环境。水文环境处于不断的变化之中，造成水利水电工程建设难度较大。水利水电工程的选址比较特殊，地基构造也大多不适合直接施工，在工程建设中，首先要考虑的一项问题就是，借助何种处理手段，才能够实现对地基条件的改善，使其达到水利水电工程的建设要求。通常来说，大多数水利工程进行基础处理时，都会涉及到灌浆技术[1]。结合应用效果来看，水利水电工程地基处理中采用该项技术，不仅能够有效避免地基破损问题的产生，还可以起到优化地基性能的作用，对于保证水利水电工程的质量具有重要意义。

2　目前中国水利水电工程建设中比较常用的灌浆技术

2.1接缝灌浆技术

接缝灌浆技术是对水利工程的裂缝和接缝再次填充混凝土，以防止水分和空气对大坝的进一步侵蚀，防止泄漏并延长水库的使用寿命。

2.2固结灌浆技术

固结灌浆技术主要是为了巩固地质，同时减少渗透水性，如果地质环境允许，可以在拟建大坝的基础范围及其下游部分应力条件复杂的区域布置灌浆孔洞。若是坝体过高，可以全局范围进行灌浆孔洞的布置，灌浆深度一般为5～9m，也有达到16～35m的超深孔洞。对于固结灌浆来说，它较适用于较厚的坝体。

2.3高压喷射灌浆技术

高压喷射灌浆技术，主要是用较高压力的喷射流,利用微扰的方法或切割的方式,渗透进入水利工程地基的裂缝,在高压喷射流的较大压力的影响下,泥浆将快速渗透进入有裂纹的基础和周围的土壤,再与天然石材的裂缝再次快速混合,当水泥浆硬化彻底,原本松散地基会变成高强度的凝结体。

新型高压喷射形式主要有3种：

1)第1种是旋喷形式。

2)第2种是摆喷方式。

3)第3是定喷方式。

其中旋喷的方式主要是在进行喷射的时候，一边将喷射枪提升，一边进行旋转操作，这样在喷射结束后就会形成一个圆柱体的凝结体形状。

摆喷主要是在进行高压喷射的时候，一边将喷射枪提升，一边将喷射枪进行暴动，这样在喷射结束后则会形成一个哑铃状的凝结体形状。定喷则是在进行高压喷射的时候只用一种喷射方法，就是在提升喷射枪的时候不摆动也不旋转喷射枪，这样在喷射结束后则会形成板状的凝结体形状，人们也会将这种喷射方法叫做定喷板，这几种高压喷射方法都是比较实用的。高压喷射的几种形式见图1。

图1高压喷射形式(旋喷、定喷、摆喷)

3　实例分析水利水电工程灌浆施工及其质量管理措施

3.1工程概况

白沙水库位于漳州市长泰县坂里乡新春村，所在河流为九龙江支流，距新春村1.5 km，是一座以灌溉为主，兼有养殖功能的小(2)型水库。坝址以上集雨面积3 km2，主河道长度1.4 km，河道平均坡降40.7‰。水库总库容73.5 万 m3，其中正常库容60 万 m3,死库容13 万 m3。水库原设计洪水标准为20a一遇设计，200a一遇校核，相应设计洪水位为171.99 m(黄零高程，下同)，校核洪水位为172.33 m。水库正常蓄水位为171.20 m，死水位为166.37 m。本次除险加固根据《防洪标准》(GB50201—94)对白沙水库进行洪水复核，设计洪水标准30a一遇，相应设计洪水位为172.15 m，校核洪水标准300a一遇，相应校核洪水位为172.43 m[2]。

2011年5月长泰县水利局组织专家对长泰县白沙水库进行大坝安全鉴定，并评定为三类坝，存在较多的安全隐患，已经影响了水库的正常运行，限制了水库效益的正常发挥。为保证水库的安全运行，确保工程效益的发挥，改善水库的环境，满足水库可持续发展的要求，除险加固势在必行。

3.2大坝存在问题

1)迎水坡未全部护砌，其中172.10 m高程以上为草皮护坡，坝坡不平整；172.10 m高程以下为干砌块石护坡，坝坡较平整，但局部块石间缝隙较大并长有杂草。背水坡为草皮护坡，目前杂草丛生，坝坡极不平整，坝界不清，附近村民在坝坡挖路，严重影响大坝安全[3]。168.80 m高程处的排水沟长满杂草，淤积严重，基本失去作用。

2)坝顶由于有载重车辆经过，目前已严重损坏，坑坑洼洼，一遇暴雨就大片积水，泥泞不堪。

3)大坝背水坡168.83 m高程以上长期存在湿坡，面积约8 m2，坝体没有排水反滤设施，对大坝渗流稳定不利。

4)经渗流理论计算，坝基面全风化表层(即坝基接触带)的水力坡降>土体容许水力坡降，坝基接触带会发生渗透变形。

5)背水坡164.60 m高程处渡槽为砖砌结构，年久失修，槽身老化，砌缝砂浆脱落，长草。

3.3坝体防渗加固方案比选

根据大坝渗漏原因，结合以往类似工程的实践经验，坝体防渗分别采用单管高压旋喷桩、劈裂灌浆两种方案进行比选。

通过比选，劈裂灌浆方案比单管高压旋喷方案节省投资约65.70万元，但劈裂灌浆施工工艺技术要求高，若控制不好反而使坝体劈开过大无法回弹，形成永久性裂缝，灌浆施工排水固结时间较长，工期较长，需要多次灌浆才能达到防渗目的，还无法处理坝基接触带的渗漏问题[4]。

单管高压旋喷桩施工工艺较成熟，旋喷固结体强度大，在低坝上施工孔斜好控制容易成墙，成桩后整体性好，防渗效果好，耐久性好，且能处理坝基接触带的渗漏，彻底解决坝体和坝基接触带的渗漏问题。因此，本次加固推荐采用单管高压旋喷桩作为坝体的防渗加固方案。

为彻底截断坝体和坝基接触带渗漏通道，本次加固拟采用单管高压旋喷防渗墙防渗。旋喷布置在坝顶坝轴线处，旋喷范围为坝0+000～坝0+104，布单排孔，孔距0.45 m，防渗墙深入到坝基全风化层以下2 m。单管旋喷总钻孔数231孔，钻孔总进尺2283 m，防渗面积1027 m2，设计桩径≥0.6 m，最大的防渗墙深度为14 m。从加固后的渗流计算成果可知，坝基全风化层的最大水力坡降均小于容许水力坡降[J允]=0.63，因此理论上，加固后的坝基全风化层不会发生渗透变形。因此，本次加固不对坝基的强风化层进行处理。

3.4坝体单管高压旋喷防渗墙施工工艺及其质量管理

单管喷射灌浆防渗墙的基本原理是使用钻孔和灌浆管(管)和喷嘴形成预定的深度,用高压泵将预制泥浆压力(压力20 ～ 40 MPa),通过高压软管和喷嘴,从喷嘴种喷射出来喷雾,影响和切削土体进行强制混合填充。同时以一定速度提钻杆,从而形成一个新的人工地基或定强度的地下防渗结构。这些个体结构连接胶合即组成地下连续防渗墙。

具体施工与质量管理措施如下：

1)造孔：可采用75型地质钻机，钻孔孔位与设计孔位偏差≤1～2cm。钻进过程应严格控制孔斜，要求钻孔偏斜≤0.6%。钻孔每钻进3～5 m，用测斜仪量测一次，发现孔斜率超过规定应在邻近位置重钻。钻孔的有效深度应超过设计墙底深度0.3 m。

2)下喷射管：下喷射管前应进行地面试喷，检查机械及管路运行情况都正常后，将喷射管下放到设计深度，将喷嘴对准喷射方向不偏斜是关键。用震动钻时，下管与钻孔合为一体进行。为防止喷嘴堵塞，可采用边低压送浆，边下管的方法。

3)喷射灌浆：当喷射管下到设计深度后，应先按规定参数进行原位试喷，待浆液返出孔口、情况正常后，方可开始按预定的提升速度自下而上边喷射边转动，边提升直到设计高度，停送浆，提出喷射管。每孔旋喷结束后，应利用回浆或水泥浆向孔内及时回灌，直至孔口浆液不下降为止，以保证桩顶密实。旋喷灌浆需中途拆卸喷射管时，搭接段应进行复喷，复喷长度≥0.2 m；灌浆因故中断后恢复施工时，应对中段孔段进行复喷，搭接长度≥0.5 m。旋喷灌浆分两序孔逐渐加密施工，第1序孔距1 m，第2序孔距0.5 m。

4)开挖检查：在单管高压旋喷防渗墙成墙28d后，沿墙轴线布设开挖检查点，开挖检查点每处开挖长2～3 m，深2～3 m，检查墙体的均匀性和完整性、墙段连接和墙厚、固结体垂直度、形状的质量。

5)钻孔取芯检查：在成墙28d后，沿墙轴线布设钻孔检查点进行钻孔取芯检查。利用钻孔做注水试验，并取芯样做室内试验检测抗压强度、渗透系数等物理力学性能指标。