高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用

2018-12-04刘木兰

水利科学与寒区工程 2018年11期

刘木兰

(于都县水利局，江西赣州 342300)

为了调控水资源时空分布和优化配置，促进各区域经济协调发展，我国在上世纪50～70年代兴建了一大批中小型水库。水库集发电、防洪、生态、供水、灌溉等功能于一身，水库的兴建有效调节了水资源的时空分布不均问题，缓解了各种水旱洪灾，保障了人民生命财产安全，因受当时条件所限，许多水库的质量和建设水平都不高，而在此后几十年的运行中，由于养护不善又缺少必需的维护经费，这些水库都陆续出现了不同程度的病险问题。因此需要采取相应的加固技术措施对水库进行除险加固[1]。

在传统土石坝施工过程中，针对水库坝体和坝基渗漏的除险加固措施通常使用黏土心墙、黏土斜墙和混凝土防渗墙等技术，这类技术专业含量较低，相对较为容易掌握，其建设成果对各种地层适应性强，质量可靠。但是这种技术需要耗费大量的人力物力资源，不仅造成资源能源的浪费，而且耗费了大量的成本投入，不利于项目长期经济利益的获取。因此，为了进一步改善水库除险加固技术措施，针对水库周边黏土、砂石等资源紧缺、水库坝高较高且渗漏较大的情况，采取高压旋喷灌浆技术进行大坝防渗处理，以于都县献忠水库为例，对高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用方法进行探讨和归纳。

1 高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用方法

1.1 设置高压旋喷灌浆技术应用参数

根据于都县献忠水库地质勘察资料，针对大坝填筑土的性状和坝体结构布置特点，首先参考相关资料对高压旋喷灌浆在水库除险加固中的技术参数进行预估，再通过施工现场试验，根据具体地质条件状况和施工现场的不同特点对预估参数进行完善修改，然后将水库划分为几个坝段，针对各坝段的不同特点进行实验测试，观测灌浆压力、吃浆量及泥浆容量、坝体位移和裂缝等，根据该坝段的具体地质条件修改相关参数设置[2]，确定高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用参数。

根据上述过程，确定高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用参数如表1所示。通过上述过程，完成高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用参数设置。

1.2 高压旋喷灌浆技术应用流程

应用设置的相关参数，选用三重管喷射工艺和相关机械设备，进行高压旋喷灌浆技术应用流程设计。

表1 高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用参数

于都县献忠水库除险加固工程的高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用方法采用三重管喷射工艺，选用高压发生装置、钻机、特种钻杆和高压管路等机械设备[3]。整个施工过程分为两道工序，两道工序的实施之间应当适当间隔一段时间，如果间隔时间过短可能造成墙体质量受损甚至形成空洞，而间隔时间过长则可能耽误工程进度，造成工程效率的下降。经过测试发现最恰当间隔时间为7 d。

设计高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中应用流程如图1所示。

图1 技术应用流程

整个施工过程大体分为四部分：测量放线定桩位、钻孔及测斜、下喷射管和喷射提升。

通过上述过程，完成高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中应用流程。

1.3 树立高压旋喷灌浆技术应用保障措施

对设计的应用流程进行进一步完善，对施工中需要注意的问题进行分析，提出异常状况的处理方案，树立高压旋喷灌浆技术应用保障措施。

为了进一步完善设计的应用流程，对施工中出现的问题进行分析，提出异常状况的处理方案，大体分为如下几个方面：断桩和缩径，其解决方法是针对土层状况对提升速度进行调整；灌浆时返浆，其解决方法是适当调整压力，或者加入速凝剂；灌浆压力骤然下降，其解决方法是加大旋喷灌浆量[4]。除及时对工程中异常状况进行处理外，还应当树立工程质量检测与控制机制，加强对工程质量的监督。

通过上述过程，完成高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中应用保障措施的树立。

1.4 实现高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用

于都县献忠水库除险加固工程参考高压旋喷灌浆技术应用参数，提升速度5 cm/min，采用旋转速度1.0v，高喷水压力36 MPa，水量80 L/min，气压0.7 MPa，气量1.0 L/min，浆压0.5 MPa，浆量90 L/min，浆液水灰比1∶1。高压水喷嘴直径1.9 mm , 气喷嘴直径9.0 mm。选用三重管喷射工艺和相关机械设备，进行高压旋喷灌浆技术施工；并在施工过程中进一步完善相关参数，对施工中出现的异常状况进行分析处理，加强质量检测和监督管理。通过该项技术的应用，有效地消除献忠水库大坝的渗漏问题。

2 实验论证分析

为了保证高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的有效性，设计实验对其应用效果进行论证分析。实验过程中，分别使用高压旋喷灌浆技术加固方法和传统水库除险加固方法在一定水压条件设置下进行水库除险加固测试，以两种水库除险加固方法作为实验对象，设置对比实验，测试在不同水压条件设置下的水库除险加固成本和工作效率，对这两项指标进行记录，观察实验结果。

2.1 数据准备

使用GX-DeveloperV7.0和GX-Simulator6.0进行仿真环境设置，为了确保实验结果的准确性，对实验变量进行控制[5]。此次测试的是高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的有效性，要对运行水库除险加固工程的水库规模、水压条件等除水库除险加固方法以外的其他影响水库移民管理的变量因素进行控制，防止干扰实验结果的准确性。设立对照组，一方面，依照该设计流程建立以高压旋喷灌浆技术为核心的水库除险加固工程；另一方面，传统方法选用目前阶段水库除险加固中最为常见的混凝土防渗墙，在机械方面选用冲击钻机和液压抓斗式开槽机，建造厚度为0.5 m，地下深度1.0 m，坝体深度3.0 m的混凝土防渗墙。

2.2 对比实验结果

实验过程中，使用不同的水库除险加固方法在搭建的模拟环境下进行水库除险加固测试，设置对比试验，通过实验时间变化改变水压等设置条件增加水库除险加固工程建设的难度系数，对使用两种方法的水库除险加固工程成本投入情况和工作效率进行测试。两种方法的成本投入情况如表2所示。

表2 两种水库除险加固方法的成本投入情况

通过表2可以看出，使用高压旋喷灌浆技术加固方法的水库除险加固成本投入远远小于传统方法，本文设计方法的水库除险加固成本投入较传统方法减少了27.7%。

对两种水库除险加固方法在不同环境设置下的工程建设效率进行记录，绘制对比图。对比结果如图2所示。

图2 实验对比结果图

通过图2可以看出，高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用方法从提高工程工作效率角度而言占有明显优势。在整个实验过程中，不断增加水库除险加固的难度系数，使用该技术方法进行水库除险加固的工程工作效率始终高于传统方法，位于90%～100%之间，数据虽然有所波动，但波动幅度不大，其平均工作效率为95%；而使用传统方法的组别其工作效率从80%直线下降到45%，其数据波动幅度较大，平均工作效率仅为62.5%。