论文部分内容阅读
东莞市水利勘测设计院有限公司 广东东莞 523000
摘要：水库对于周边经济发展来说是一个重要的保证，及时对水库大坝进行除险加固工程不仅可以延长水库的使用年限，更可以保护人们的生命财产安全。本文以某水库大坝防渗加固技术方案的选择实例展开讨论，着重分析了高压摆喷灌浆的技术要求和规范、施工工艺和施工过程中的质量控制要点，给人们这方面可参考的经验。
关键词：水库；高压摆喷；病险水库；除险加固
0 引言
随着我国经济的不断增长，水库因为有着发电、灌溉等多功能集于一体的优势而被大量地建设。但是由于施工技术条件及材料的限制，导致水库经常发生渗漏等严重问题，如何选择有效的技术来对其治理成为人们关心的问题。下面结合工程实例对此进行讨论分析。
1 工程概况
某水库以农业灌溉为主，兼养殖、防洪、发电等，水库枢纽的构成有水电站厂房、大坝、泄洪隧洞、输水隧洞等。坝址以上流域面积14.3km2，大坝为黏土心墙坝，最大坝高20m，坝顶宽6.0m，坝顶长109m，水库总库容514万m3，兴利库容433.1万m3，为多年调节水库，设计灌溉面积800hm2，保灌面积555.8hm2，现有实际灌溉面积206.67hm2，坝后电站装机（含渠道电站）共620kW。
2 除险加固方案比选
根据水库大坝存在的问题及工程实际情况，拟定三种大坝防渗加固方案进行比较。
方案一：劈裂灌浆
劈裂灌浆适合于解决土坝坝体渗漏和坝体疏松问题，对解决坝体蚁患具有很好的效果，造价较低，单价约300 元/m（含钻孔）。存在的缺点主要是灌浆厚度与筑坝材料质量有密切关系，厚度不均匀，不适合解决接触带和基岩渗漏问题。主要适用于处理存在压实质量差、有裂缝、洞穴、水平夹砂层等隐患的土坝及结构性较强的粉细砂及土砂夹层透水地基。
方案二：塑性混凝土防渗墙
塑性混凝土防渗墙处理坝体渗流彻底，工程耐久性好，质量易控制；克服了普通混凝土防渗墙与土体弹性模量差异过大，从而可消除刚性墙中由于墙体和围土变形不同面产生的高应力状态。单价约1200元/m。其缺点不适应土体变形，产生负摩擦、应力大、极限应变小、墙与土体易脱开及工程投资巨大等。
方案三：高压摆喷防渗墙
选用高压摆喷防渗墙具有可灌性好、可控性好、连接可靠及工期短，防渗处理效果明显等优点，可形成一种新的、有一定强度的防渗墙，三管法单价约650 元/m。存在的缺点主要是工艺复杂，技术要求高，施工过程中要有专门的技术人员现场指导，工程造价较高。主要适用于粉土、砂土、砾石和卵（碎）石地层的防渗加固。
通过三种大坝防渗加固方案进行比较，采用劈裂灌浆虽适合解决土坝坝体渗漏和坝体疏松问题，但主要适用于处理坝体存在压实质量差、有裂缝、洞穴、水平夹砂层等隐患的土坝，而水库背水坡出现集中渗流、大面积湿润、渗漏主要是由于工程建设时就地取材，部分筑坝土料质量低，如含砂量、透水性较大等原因造成。并且劈裂灌浆是用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈裂成两半，通过浆、坝互压和湿陷，使坝体内部应力重分布，对于较高的坝，坝体应力分布复杂，劈裂灌浆期间会产生大量沉降变形和裂缝，因此不采用此方案。
采用塑性混凝土防渗墙虽然稳定性好、施工质量有保证等优点，但投资巨大而不容易被业主采纳。因此，也不采用此方案。采用高压摆喷防渗墙是通过高压泵使注入剂（如水泥浆、水）形成高压喷射流，通过喷射装置高速喷入坝体，利用高压喷射流对大坝进行冲击、切割，同时喷射管做一定角度的摆动和提升运动，使水泥浆与土体形成新的混合体，最终凝结成板墙状凝结体来提高坝体的防渗能力。因此从水库运行管理、施工条件和防渗效果等方面综合比较分析，本次除险加固设计推荐采用方案三，即高压摆喷防渗墙方案。
3 高压摆喷灌浆技术简介
3.1 设计
（1）施工布置设计
灌浆孔布置沿坝轴线单排布孔，终孔间距1.3m，为减少串孔和确保板墙的有效连接，本工程分Ⅱ序孔进行施灌，一序孔间距2.6m，一、二序孔间距1.3m。高喷墙的结构形式采用折线搭接式板墙结构。
（2）施工技术参数
施工技术参数设计见表1。
表1 施工技术设计参数指标
（3）墙体技术指标
墙体28d抗压强度≥2MPa、渗透系数≤1×10-6cm/s、破坏坡降≥500，允许坡降取100。
3.1.4厚度验算
，满足防渗要求。
防渗墙厚度验算表明，本工程采用<20cm厚的防渗墙施工技术可满足要求。
3.2 施工
高压摆喷灌浆主要施工流程如图1。
图1 高压喷射灌浆工艺流程
（1）布孔
采用一次性放线定孔位，每隔5个孔在不会影响施工的地方设置控制桩，以便在施工中能迅速准确地找出所需的孔位。
（2）钻孔
开始钻孔前应核对钻机主轴垂直度，确保立轴与地面水平线垂直。钻进过程要确保钻孔铅直，孔斜控制在≤1.0%。钻进过程每隔10m测孔斜1次，发现孔斜及时纠正。同时，地质人员应跟班对岩芯进行分层描述。
（3）下喷射管
钻孔完成后，拨出钻杆，放入喷射管至设计深度。下喷管前要在地面上进行低压射水试验，检查喷嘴是否畅通。为防止喷嘴堵塞，可采用低压送水、气、浆，边下管的方法。
（4）制浆
高压摆喷灌浆浆液为水泥浆。采用水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比为1.5：1～0.6：1，浆液密度为1.50～1.7g/cm3。水泥浆采用二级搅拌，二级过滤。一级搅拌时间≥90s，经过滤落后入二级搅拌机，边搅拌边过滤边应用，过滤筛网眼尺寸为2mm。 （5）喷射灌浆
当喷射管下到设计深度后，送入合乎要求的水、气、浆，喷射1～3min；待注入的浆液冒出后，按预定的提升、摆动速度自下而上边喷射边摆动，边提升直到设计高度，停送水、气、浆，提出喷射管。
喷射灌浆开始后，值班技术人员必须时刻注意检查注浆的流量、气量、压力以及摆动、提升速度等参数是否符合设计要求，并且随时做好记录。
（6）清洗
喷射完毕后应及时把灌浆管等机具冲洗干净，不得残留水泥浆液。其做法是以水换浆，在地面上喷射，以便把灌浆泵和输浆软管内的水泥浆全部排出。
（7）静压灌浆
由于浆液沉淀作用，每当喷射结束后，需及时对孔内进行静压回填灌浆，直至孔口液面不再下沉为止。
4 质量控制要点
（1）灌浆施工前，要先由具有高压喷射施工管理经验的总监理工程师组织业主、设计人员、施工人员、监理人员进行设计技术交底，进一步熟悉设计文件、施工图纸、施工技术要求和施工方法，从而加强对施工质量的管理和监控。
（2）灌浆前应选择有代表性的地层进行高压喷射灌浆现场试验。试验完成后，通过开挖检查进一步确定施工技术参数、适宜的孔距和排距、墙体防渗性能等。
（3）现场监理应加强对高压喷射灌浆的旁站监控。着重控制以下几个主要参数，并做好相应的记录：①灌浆管提升速度。每隔30min左右检测1次；②水压力。不定时进行抽检；③浆液密度。每隔30min左右检测1次进浆密度和返浆密度；④浆液流量；⑤气压力。每隔30min左右检查1次压缩空气的压力和流量。
5 质量及效果检查
水库除险加固大坝灌浆工程，自2013年10月20日开工，于2013年12月30日顺利结束，历时2个多月，共完成喷射灌浆孔95个，总进尺2778m，防渗面积2337m2，共用水泥1695t。遵照甲方及监理的意见，于2014年2月5日—2014年2月9日对高压喷射灌浆防渗板墙进行了质量检查。
5.1 开挖检查
根据甲方意见，分别在22#～23#、60#～61#、80#～81#孔位间进行了开挖检查。从开挖结果看，板墙连续，板墙厚度0.2～0.3m，单孔板墙有效长度2.0m，板墙侧面平整，质地坚硬。
5.2 板墙取芯检查
施工结束后，由甲方指定位置在孔号10#～11#、28#～29#、50#～51#、68#～69#、90#～91#孔位处进行钻孔检查。从钻孔取芯情况看，高压喷射灌浆防渗墙体连续完整。经钻孔取样室内芯样抗压、抗渗试验，高压摆喷防渗墙10#～11#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.7MPa，渗透系数为8.58×10-7cm/s，28#～29#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.4MPa，渗透系数为7.81×10-7cm/s，50#～51#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.6MPa，渗透系数为8.91×10-7cm/s，68#～69#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.5MPa，渗透系数为6.09×10-7cm/s，90#～91#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.3MPa，渗透系数为7.17×10-7cm/s，满足设计要求。经历过一个汛期之后，坝体背水坡右端高程260～268m附近未发现集中渗流，背水坡渗漏湿润的现象基本消失，灌浆效果明显，达到了防渗加固的目的。
6 结语
综上所述，水库大坝渗漏问题的治理刻不容缓，我们要综合分析水库的情况，然后制定不同的方案，选择最合适有效的防渗加固方案，并要对方案的各个流程进行掌握，清楚选定的施工方案的施工要点等细节，同时做好施工的全过程质量管理工作，保证水库大坝的除险加固的工程质量得到提高。
参考文献：
[1]卢文海.高压摆喷及坝体劈裂灌浆技术在水库除险加固工程中的应用[J].沿海企业与科技，2010年04期.
[2]薛波.高压摆喷灌浆技术在孟州顺涧水库除险加固工程中的应用[J].河南水利与南水北调，2010年07期.
摘要：水库对于周边经济发展来说是一个重要的保证，及时对水库大坝进行除险加固工程不仅可以延长水库的使用年限，更可以保护人们的生命财产安全。本文以某水库大坝防渗加固技术方案的选择实例展开讨论，着重分析了高压摆喷灌浆的技术要求和规范、施工工艺和施工过程中的质量控制要点，给人们这方面可参考的经验。
关键词：水库；高压摆喷；病险水库；除险加固
0 引言
随着我国经济的不断增长，水库因为有着发电、灌溉等多功能集于一体的优势而被大量地建设。但是由于施工技术条件及材料的限制，导致水库经常发生渗漏等严重问题，如何选择有效的技术来对其治理成为人们关心的问题。下面结合工程实例对此进行讨论分析。
1 工程概况
某水库以农业灌溉为主，兼养殖、防洪、发电等，水库枢纽的构成有水电站厂房、大坝、泄洪隧洞、输水隧洞等。坝址以上流域面积14.3km2，大坝为黏土心墙坝，最大坝高20m，坝顶宽6.0m，坝顶长109m，水库总库容514万m3，兴利库容433.1万m3，为多年调节水库，设计灌溉面积800hm2，保灌面积555.8hm2，现有实际灌溉面积206.67hm2，坝后电站装机（含渠道电站）共620kW。
2 除险加固方案比选
根据水库大坝存在的问题及工程实际情况，拟定三种大坝防渗加固方案进行比较。
方案一：劈裂灌浆
劈裂灌浆适合于解决土坝坝体渗漏和坝体疏松问题，对解决坝体蚁患具有很好的效果，造价较低，单价约300 元/m（含钻孔）。存在的缺点主要是灌浆厚度与筑坝材料质量有密切关系，厚度不均匀，不适合解决接触带和基岩渗漏问题。主要适用于处理存在压实质量差、有裂缝、洞穴、水平夹砂层等隐患的土坝及结构性较强的粉细砂及土砂夹层透水地基。
方案二：塑性混凝土防渗墙
塑性混凝土防渗墙处理坝体渗流彻底，工程耐久性好，质量易控制；克服了普通混凝土防渗墙与土体弹性模量差异过大，从而可消除刚性墙中由于墙体和围土变形不同面产生的高应力状态。单价约1200元/m。其缺点不适应土体变形，产生负摩擦、应力大、极限应变小、墙与土体易脱开及工程投资巨大等。
方案三：高压摆喷防渗墙
选用高压摆喷防渗墙具有可灌性好、可控性好、连接可靠及工期短，防渗处理效果明显等优点，可形成一种新的、有一定强度的防渗墙，三管法单价约650 元/m。存在的缺点主要是工艺复杂，技术要求高，施工过程中要有专门的技术人员现场指导，工程造价较高。主要适用于粉土、砂土、砾石和卵（碎）石地层的防渗加固。
通过三种大坝防渗加固方案进行比较，采用劈裂灌浆虽适合解决土坝坝体渗漏和坝体疏松问题，但主要适用于处理坝体存在压实质量差、有裂缝、洞穴、水平夹砂层等隐患的土坝，而水库背水坡出现集中渗流、大面积湿润、渗漏主要是由于工程建设时就地取材，部分筑坝土料质量低，如含砂量、透水性较大等原因造成。并且劈裂灌浆是用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈裂成两半，通过浆、坝互压和湿陷，使坝体内部应力重分布，对于较高的坝，坝体应力分布复杂，劈裂灌浆期间会产生大量沉降变形和裂缝，因此不采用此方案。
采用塑性混凝土防渗墙虽然稳定性好、施工质量有保证等优点，但投资巨大而不容易被业主采纳。因此，也不采用此方案。采用高压摆喷防渗墙是通过高压泵使注入剂（如水泥浆、水）形成高压喷射流，通过喷射装置高速喷入坝体，利用高压喷射流对大坝进行冲击、切割，同时喷射管做一定角度的摆动和提升运动，使水泥浆与土体形成新的混合体，最终凝结成板墙状凝结体来提高坝体的防渗能力。因此从水库运行管理、施工条件和防渗效果等方面综合比较分析，本次除险加固设计推荐采用方案三，即高压摆喷防渗墙方案。
3 高压摆喷灌浆技术简介
3.1 设计
（1）施工布置设计
灌浆孔布置沿坝轴线单排布孔，终孔间距1.3m，为减少串孔和确保板墙的有效连接，本工程分Ⅱ序孔进行施灌，一序孔间距2.6m，一、二序孔间距1.3m。高喷墙的结构形式采用折线搭接式板墙结构。
（2）施工技术参数
施工技术参数设计见表1。
表1 施工技术设计参数指标
（3）墙体技术指标
墙体28d抗压强度≥2MPa、渗透系数≤1×10-6cm/s、破坏坡降≥500，允许坡降取100。
3.1.4厚度验算
，满足防渗要求。
防渗墙厚度验算表明，本工程采用<20cm厚的防渗墙施工技术可满足要求。
3.2 施工
高压摆喷灌浆主要施工流程如图1。
图1 高压喷射灌浆工艺流程
（1）布孔
采用一次性放线定孔位，每隔5个孔在不会影响施工的地方设置控制桩，以便在施工中能迅速准确地找出所需的孔位。
（2）钻孔
开始钻孔前应核对钻机主轴垂直度，确保立轴与地面水平线垂直。钻进过程要确保钻孔铅直，孔斜控制在≤1.0%。钻进过程每隔10m测孔斜1次，发现孔斜及时纠正。同时，地质人员应跟班对岩芯进行分层描述。
（3）下喷射管
钻孔完成后，拨出钻杆，放入喷射管至设计深度。下喷管前要在地面上进行低压射水试验，检查喷嘴是否畅通。为防止喷嘴堵塞，可采用低压送水、气、浆，边下管的方法。
（4）制浆
高压摆喷灌浆浆液为水泥浆。采用水泥为42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比为1.5：1～0.6：1，浆液密度为1.50～1.7g/cm3。水泥浆采用二级搅拌，二级过滤。一级搅拌时间≥90s，经过滤落后入二级搅拌机，边搅拌边过滤边应用，过滤筛网眼尺寸为2mm。 （5）喷射灌浆
当喷射管下到设计深度后，送入合乎要求的水、气、浆，喷射1～3min；待注入的浆液冒出后，按预定的提升、摆动速度自下而上边喷射边摆动，边提升直到设计高度，停送水、气、浆，提出喷射管。
喷射灌浆开始后，值班技术人员必须时刻注意检查注浆的流量、气量、压力以及摆动、提升速度等参数是否符合设计要求，并且随时做好记录。
（6）清洗
喷射完毕后应及时把灌浆管等机具冲洗干净，不得残留水泥浆液。其做法是以水换浆，在地面上喷射，以便把灌浆泵和输浆软管内的水泥浆全部排出。
（7）静压灌浆
由于浆液沉淀作用，每当喷射结束后，需及时对孔内进行静压回填灌浆，直至孔口液面不再下沉为止。
4 质量控制要点
（1）灌浆施工前，要先由具有高压喷射施工管理经验的总监理工程师组织业主、设计人员、施工人员、监理人员进行设计技术交底，进一步熟悉设计文件、施工图纸、施工技术要求和施工方法，从而加强对施工质量的管理和监控。
（2）灌浆前应选择有代表性的地层进行高压喷射灌浆现场试验。试验完成后，通过开挖检查进一步确定施工技术参数、适宜的孔距和排距、墙体防渗性能等。
（3）现场监理应加强对高压喷射灌浆的旁站监控。着重控制以下几个主要参数，并做好相应的记录：①灌浆管提升速度。每隔30min左右检测1次；②水压力。不定时进行抽检；③浆液密度。每隔30min左右检测1次进浆密度和返浆密度；④浆液流量；⑤气压力。每隔30min左右检查1次压缩空气的压力和流量。
5 质量及效果检查
水库除险加固大坝灌浆工程，自2013年10月20日开工，于2013年12月30日顺利结束，历时2个多月，共完成喷射灌浆孔95个，总进尺2778m，防渗面积2337m2，共用水泥1695t。遵照甲方及监理的意见，于2014年2月5日—2014年2月9日对高压喷射灌浆防渗板墙进行了质量检查。
5.1 开挖检查
根据甲方意见，分别在22#～23#、60#～61#、80#～81#孔位间进行了开挖检查。从开挖结果看，板墙连续，板墙厚度0.2～0.3m，单孔板墙有效长度2.0m，板墙侧面平整，质地坚硬。
5.2 板墙取芯检查
施工结束后，由甲方指定位置在孔号10#～11#、28#～29#、50#～51#、68#～69#、90#～91#孔位处进行钻孔检查。从钻孔取芯情况看，高压喷射灌浆防渗墙体连续完整。经钻孔取样室内芯样抗压、抗渗试验，高压摆喷防渗墙10#～11#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.7MPa，渗透系数为8.58×10-7cm/s，28#～29#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.4MPa，渗透系数为7.81×10-7cm/s，50#～51#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.6MPa，渗透系数为8.91×10-7cm/s，68#～69#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.5MPa，渗透系数为6.09×10-7cm/s，90#～91#孔间混凝土芯样试件抗压强度代表值为2.3MPa，渗透系数为7.17×10-7cm/s，满足设计要求。经历过一个汛期之后，坝体背水坡右端高程260～268m附近未发现集中渗流，背水坡渗漏湿润的现象基本消失，灌浆效果明显，达到了防渗加固的目的。
6 结语
综上所述，水库大坝渗漏问题的治理刻不容缓，我们要综合分析水库的情况，然后制定不同的方案，选择最合适有效的防渗加固方案，并要对方案的各个流程进行掌握，清楚选定的施工方案的施工要点等细节，同时做好施工的全过程质量管理工作，保证水库大坝的除险加固的工程质量得到提高。
参考文献：
[1]卢文海.高压摆喷及坝体劈裂灌浆技术在水库除险加固工程中的应用[J].沿海企业与科技，2010年04期.
[2]薛波.高压摆喷灌浆技术在孟州顺涧水库除险加固工程中的应用[J].河南水利与南水北调，2010年07期.