小(2)型水库除险加固中的特种黏土固化剂灌浆技术应用

宋成华

(新干县麦水务站，江西 吉安 331300)

特种黏土固化浆液作为一种基于黏土类土、水泥作为基料，将黏土固化剂加入其中所制成的特种浆液，相比于目前现行的普通水泥浆液、水泥黏土浆液，能够达到更好的技术性能，譬如初始黏度、无吸水性以及可控胶凝时间等[1]。文章将于新干县小二型水库的除险加固工程相结合，分析特种黏土固化剂灌浆技术应用效果。

1 工程概况

新干县现有小型水库100座，其中小(1)型水库21座，小(2)型水库79座。近年来，在水利部和省水利厅的大力支持下，100座小型水库在2004年到2019年先后实施了除险加固。大坝防渗加固在水库除险加固中处于最重要的一环，这100座水库的大坝防渗中，其中采用黏土斜墙防渗的有76座水库，采用混凝土防渗墙防渗的有12座，采用冲抓套井回填黏土防渗心墙的有5座，剩余的7座水库大坝防渗采用的是特种黏土固化剂混合浆液防渗墙。分别为九坑水库、大富坑水库、丹元水库、东门坑水库、瓦城水库、桥岭水库和邹家坊水库。结合以往小二型水库的除险加固工程经验，并参照当地颁布的水库除险加固初步设计审批文书，对该水库予以垂直防渗加固处理。

2 特种黏土固化剂防渗标准

2.1 材料要求

特种黏土固化剂主要配制基料包括了特种结构剂、黏土、水泥、水。特种结构剂作为灰白粉末类固体，≥500m2/kg的表面积，0.08mm细度和8%的筛余，≤2%的含水量，能够满足无气味无毒的环保需求。水泥采用42.5等级以上的普通硅酸盐水泥，确保能够妥善保存。黏土配制严格清除树枝、草根、腐类杂物，可以采用商业黏土或现场自然黏土，保证黏土的含沙量小塑性指数在15以内。水采用无明显化学污染的饮用水或灌溉水即可。

2.2 控制标准

特种黏土固化剂的控制参数配比如下：80%黏土、20%水泥、15%特种结构剂水泥掺量、1∶1水料比，在施工之前必须对配料比完成室内浆液试验，并在此基础之上完成若干浆液配比调浆试验，选择与设计需求相符的配比方案。

3 特种黏土固化剂灌浆施工方案

3.1 施工方案

自大坝坝顶顺坝轴线方向布设特种“黏土固化剂混合浆液灌浆防渗墙”，防渗墙截断砂砾石层，深入坝基相对不透水层1.0m,达到降低坝体浸润线，减少坝体渗漏目的，使大坝防渗满足规范要求。

黏土防渗心墙要求k≤1×10-6cm/s，允许渗透坡降>30，计算取30。

心渗墙厚度T按下式确定：

T=△H/ [J]

(1)

式中：T为设计墙厚，m；H为防渗墙承担的最大水头，△H=9.46m。

经计算T=9.46/30=0.315m，结合墙体及渗流计算并参照已建工程实例、施工机械等特点，取防渗墙厚度为0.6m。防渗墙顶不低于校核洪水位，设计墙顶高程为110.55m,防渗墙深入坝基相对不透水层1.0m。

3.2 施工工艺

为了对该小二型水库的坝体土质具体情况充分掌握，防渗体在施工之前应当沿着防渗体的轴线，完成2-3个先导孔布设。布置一排孔，孔距按照1.5m控制，浆液扩散半径取0.85，防渗墙有效厚度为0.8m,满足设计厚度0.6要求。分五孔三序施工。分段注浆的施工工艺流程(见图1)。在灌浆施工前应选取部分灌浆孔作为先导孔，采取芯样，核对地层，确定坝基基岩高程，对灌浆设计底线进行复核。孔深较大时应分段灌浆，灌浆压力坝体初拟0.20MPa，根据孔深进行调整，基岩部位采用0.3MPa，灌浆压力宜现场进行灌浆试验确定，防渗墙成墙有效厚度≥0.45m。

图1 分段注浆施工工艺流程示意图

4 特种黏土固化剂灌浆技术要求

4.1 制浆要求

首先在储浆池内部运用适量的水对黏土充分浸泡24h，使用机械设备将浸泡后黏土进行粉碎、搅拌处理，初步制作所得黏土粗浆，之后再注浆现场泵送粗浆，完成密度、含水量参数测量，并依照制浆水料比要求酌情加水。采用高速搅拌设备完成土粗浆10min搅拌，1min为1次浆液黏度测量间隔，直至最终测量黏度稳定满足设计所需。在注浆桶内导入黏土原浆，依照设计的浆液材料配比，向黏土原浆内部一次性将水泥与特种结构剂添加其中，与需求结合逐次添加其他辅料，7-10min高速搅拌之后即所得特种黏土固化剂。特种黏土固化剂混合浆液配合比初拟为：水泥：黏土=1∶4，特种黏土固化剂用量有水泥用量的15%，水料比为1∶1。水泥采用P.042.5普通硅酸盐水泥，黏土黏粒含量≥20%。具体材料用量比及水料比应根据试验情况调整。采用稀浆开灌，灌浆管距孔底≤0.50m，浓度变换由稀至浓，分段多次灌浆后，浆液已升至孔口，且连续三次不再吸浆，可结束灌浆，以浓浆收灌[2]。

4.2 钻孔要求

对于钻孔的控制网点平面控制应当>4级导线精度，高程控制则高于四等水准精度。钻孔孔位误差控制需要采用经纬仪校正2次以上定点，灌浆防渗的轴线误差需要在±10mm以内，严格控制实际注浆孔位和设计要求偏差在10cm以内。

4.3 注浆要求

与本工程实际情况相结合采用了分段式注浆，对于同一注浆地段的地层结构组成、渗流的通道联通、大小，以及地下水的流动速度、压力等均需要保证上下一致性。

5 应用效果

通过在新干县丹元水库大坝防渗工作中，采用特种黏土固化剂混合浆液，2013年2月至4月实施灌浆，2013年7月中旬水库竣工验收，该水库大坝为土石坝，坝体土质为全风化花岗岩，透水性较强，且库区5km内无合格黏土。实施特种黏土固化剂混合浆液防渗墙后，防渗效果较好。根据从水库坝体所去处的防渗体芯样本情况，可以发现芯样平整光滑，灌浆结合体之间胶凝效果牢固，密实，特种黏土固化剂的混合胶凝结构，能够密切填充周围土体，与该水库的现场注水情况结合，发现达到1.0×10-5cm/s的防渗透系数，与设计需求相符表明在新干县丹元水库大坝防渗除险加固中，运用特种黏土固化剂灌浆技术，能够达到较好的防渗透效果，该技术可以在小二型水库除险加固中推广运用。

6 结 语

综上所述，通过结合新干县小(2)型水库的除险加固工程应用实例，运用特种黏土固化剂灌浆技术，进行坝体防渗灌浆达到明显的防渗效果，对该水库的坝体渗漏问题妥善解决。并且该特种黏土固化剂灌浆技术的应用，施工工艺技术基本等同于普通水泥黏土灌浆工艺，也未对施工灌浆设备有特殊需求。达到了便捷施工且不增加施工成本，还能够达到出现防渗加固技术指标，因此特种黏土固化剂灌浆技术值得进一步研究推广。