钻孔灌浆技术加固砌石渡槽问题探讨

2021-08-08赵艳阳

黑龙江水利科技 2021年7期

赵艳阳

(山西汾河灌溉管理有限公司，山西文水 032100)

1 工程背景

山西汾河灌溉管理有限公司汾西分公司位于文水县刘胡兰镇，是汾河灌区最大的农业灌区。地处晋中盆地，北起清徐县西木庄，南至平遥县南良庄，南北长约50km，东西宽约13km，辖40.02km的西干渠，从汾河二坝引水，通过89.658km长的7条支渠，灌溉3市、4县、14乡(镇)、119个自然村的43.2万亩土地。汾西分公司2016年岁修过程中发现，支渠闸机、闸室、闸板、闸底等普遍存在渗漏、冲刷坍塌等问题，其中西四支五号闸北开渡槽连接段渗漏问题最为严重，必须尽快进行该渡槽连接段防渗处理。

西四支五号闸北开渡槽始建于1996年，渡槽长65.5m，底宽2m，渡槽壁厚0.5m，槽高在1.5m左右，输水流量设计值0.8m3/s，原渡槽整体全部采用M7.5浆砌石砌筑，由于当时施工技术水平落后，砌筑质量差，导致该渡槽运行以来出现严重老化，渡槽槽身存在严重漏水现象，虽然每年岁修过程中都会进行小规模的修理，但是未能从根本上解决漏水及老化等病害问题。既导致水量的漏失，又加速了渡槽砌体结构中石灰等材料的溶蚀，导致砌石松动，结构强度下降，2016年岁修过程中所测量的渡槽砌体裂缝宽度达0.7-2.0mm，裂缝总长度4.8m，渡槽安全运行时刻受到威胁。对西四支五号闸北开斗渡槽进行加固处理拟施工工程量为M7.5浆砌石74m3，土方95m3。通过防渗加固处理，以有效改善汾河灌区农业基础设施和生产条件，杜绝可能造成的安全隐患，有效提升渠道输水能力，缩短灌溉周期，提高节水灌溉效益。

2 加固方案设计

为解决西四支五号闸北开斗渡槽连接段渗漏问题，最初拟定的处理方案为改建或薄层钢筋混凝土外包及混凝土喷锚支护，但是上述方案施工工期长，造价高，技术难度大，占用劳动力多，需要动用大型施工设备，存在较大的实施难度。经多方论证，最后决定采用钻孔灌浆加固处理技术，并以水泥为主要灌浆材料，以充分利用水泥材料的胶结性和高强度，施工工艺简单，无需动用大型机械，施工成本低。以汾河灌溉汾西分公司现有的BW-150型灌浆机为主要灌浆设备，设计孔径25-75mm，灌浆泵设计流量25L/min，灌浆压力2MPa，同时配备灌浆塞、搅浆筒、输浆管和压力表等仪器工具。

在2016年8月轮灌停水期间对西四支五号闸北开渡槽连接段进行灌浆加固处理试验，共设置3个灌浆孔，钻孔进尺共20.5m，水泥浆液灌浆量共7.42t，加固处理后减压结果显示仍存在漏水现象。分析原因发现，主要原因在于孔位稀疏不当，主次孔缺乏合理搭配；对于较宽且存在空洞的裂缝灌浆前未洗孔，使水泥浆液和浆砌石砌体的黏结性能下降；注浆压力不够；水泥浆液按照3:1和1.5:1的等级配置，过于黏稠，使其辐射半径减小，无法灌入较细裂缝。

将上述导致灌浆试验失败的原因充分考虑后进行了试灌方案的改进，并在次月的轮灌停水期间进行了二次灌浆试验，同样设置3个灌浆孔，钻孔进尺共20.5m，灌浆量增加至9.36t，并在灌浆前按照相关规范进行了孔位、洗孔、压力、浆液黏稠度等的检验，保证了二次灌浆试验的成功。

3 钻孔灌浆施工要点

3.1 钻孔布置

为增强砌体防渗效果，必须根据灌区砌石渡槽内部结构、施工及老化情况、砌筑质量、砌体尺寸、渗漏区域及待加固部位以及注浆试验结果进行孔位、孔深、孔径、孔距等参数的确定。由于灌浆加固施工过程中墙体在注浆压力的影响下发生漏浆的可能性较大，所以应全面清理渗漏较为严重的裂缝，同时采用水泥砂浆勾缝堵漏。

经过多次灌浆试验，应采用从西四支五号闸北开渡槽两端引桥开始逐渐内插加密的钻孔灌浆顺序，并按照梅花型布设灌浆孔，具体见图1，以保证通过灌浆将槽身、引桥、渡槽等胶结为整体。闸墩处孔深必须十分接近地面，以便增强闸墩整体加固效果，并根据漏水区砌体质量、漏水量进行孔深的适当调整；并严格按照灌浆加固施工技术方案控制渡槽槽身段孔底与弓弦石临空面的距离，以确保槽身在注浆施工过程中的稳定性。出于保证施工进度、控制工程投资的目的，可适当降低孔径。按照设计要求，应结合渡槽连接段老化病害严重程度和漏水情况逐段逐次加密，根据浆液扩散范围重新确定孔距。

图1 注浆孔平面示意图

3.2 钻孔技术要求

考虑到本渡槽砌体结构老化程度较为严重，冲击式钻机显然不适用。应选用钻速快，受孔深和岩石硬度影响小，便于操作的回转式钻机，且在钻进过程中加强钻孔方向控制，，并通过埋设孔口管等措施起到钻孔方向控制的导向作用。孔深的控制则根据钻杆长度进行，操作较为简便。钻孔施工过程中必须加强砌体厚度、掉块、换层及漏水等情况的记录，完孔后用木塞堵孔并编号。

为检验灌浆加固施工质量，还必须进行压水试验，根据具体漏水量试验结果进行砌体透水性的判断及吸浆量的估算，试验压力应按照调整后的参数进行控制，相同灌浆区域应采用同一注浆压力标准。

3.3 灌浆施工要求

灌区西四支五号闸北开渡槽防渗加固灌浆施工应从两端引桥开始钻孔灌注，再进行闸墩和主要漏水区域钻孔灌浆，最后是其余部位灌浆加固处理，并逐段逐层加密，避免邻孔发生串浆。一序孔、二序孔、三序孔孔距分别确定并钻孔后立即洗孔灌浆。为提升加固效果，应在确保闸墩和渡槽槽身不遭受破坏的情况下使用高注浆压力，增强浆液扩散半径，以减少注浆孔数，高压作用下的浆液还能挤入微小缝隙，并将浆液内的多余水分挤出，增强注浆效果。此外，渡槽结构四面临空，缝隙之间具备较好的连通性，且排气较为通畅，在较高的注浆压力下也不会引发周围地层的有害变形[1]。

根据类似工程灌浆加固实践经验，灌浆压力应与灌浆深度大致相等，并结合灌浆深度、加固位置、渡槽老化程度、砌体原有质量等进一步确定。灌浆压力和注浆孔深度之间的关系结合工程实际及相关规范确定。具体而言，槽身段应按照一次升压法注浆，而闸墩及渡槽连接段严重老化渗漏部位，必须分三段升压，并按照设计要求设定上下限吸浆量，待实际吸浆量降至下限时升高一个等级，待实际吸浆量超过上限时降低一个等级，以提升灌浆加固效果。

灌浆加固施工质量还受到浆液黏稠度的较大影响，浆液过稠则流动性差，扩散半径小，无法灌注至微小裂缝；浆液过稀则凝固收缩性大，会导致水泥浆与砌体缝脱开，影响注浆加固质量。工程砌石渡槽过渡段加固浆液水灰重量比应设定为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1四个等级，并在注浆过程中从稀到稠逐级转换，采用稀浆先灌满微小裂缝，再改用黏稠浆液充填宽隙和空洞，确保灌注效果。

3.4 封孔检验

按照设计注浆压力和水灰比灌注的情况下，若压力升至最大注浆压力以上，并连续引起三次停机，且压力表所显示压力值在5min内不降或轻微下降，则表明注浆已满，可结束灌浆。此后必须进行灌浆效果的检验，对于合格的灌浆孔应通过铁管将水泥砂浆送入孔内，由下至上填实封堵注浆孔。本工程采用净水渗漏试验进行灌浆效果检验，试验结果显示的漏水量比灌浆加固前明显减小，砌石渡槽过渡段加固效果良好，砌石渡槽整体结构强度显著提升，渡槽使用寿命大大延长，为汾河灌区农业发展提供了较好的基础设施条件[2]。