特大渗漏通道堵漏方法评述

赵 凤 英

1 堵漏问题的重要性

在水工建筑物地基防渗处理施工过程中,经常遇到以下现象:防渗墙造孔时冲洗液或护壁泥浆突然漏失殆尽,造成孔壁坍塌,使施工无法继续进行；在灌浆封堵时,经过长时间大量灌注水泥及混合浆液也很难堵住。这都预示着遇到了较大的过水通道,不对其封堵,势必造成严重漏水。堵塞这样的大通道,正是做防渗处理的首要任务之一,堵住了这样的大通道,就有可能使渗漏问题得到解决。

多年来国内外专家、学者对漏水通道堵漏问题给予了足够的重视,用了许多办法,做过很多努力。然而,直到目前为止,在相关工程中,此问题并未得到彻底的解决,有专家不断提出新的试验研究与建议,也经常看到许多水利水电工程存在着漏水问题没有得到解决而不能发挥效益。

本文将多年来水利水电工程中采用过的各种堵漏方法和堵漏研究成果汇集并作简单评述。希望能对从事该项工作的人员有所启示和帮助。

2 早期采用的堵漏方法

以前在勘探钻孔时遇到大量漏水、漏浆情况,在大量灌入水泥浆、粘土浆而无效时,使用过倒入干黄豆、干海带,利用其浸水膨胀堵住空隙。后来又有在灌注的浆液中掺加锯末、棉籽壳、核桃皮、碎纸屑、云母片等纤维物质,目的是想形成网状结构,降低浆的流动范围使浆液能在某处被挡住、扯住,以形成淤塞。为此,地矿部石油钻井研究所1995年发表过研究成果,将这些堵漏材料一律称其为 “桥堵”材料,第一次把这些材料上升到理论高度。但是,采用以上这些办法堵漏,其效果不太理想,有些材料填入困难,不易施工,尤其是有些材料不能立即制止住渗漏,便很少使用了。

3 水泥-水玻璃灌浆堵漏

在灌浆中使用水泥-水玻璃浆液对长时间吃浆不止的特大渗漏通道进行堵漏处理,这一方法最早是在煤炭工业部煤矿矿井建设中首先采用并开发出来的。由煤炭科学研究院建井所注浆室编写的《煤矿注浆技术》一书(1978年出版),从理论到实施方法都作了十分详细的介绍。

水泥-水玻璃灌浆堵漏方法,是将合格的水玻璃即硅酸钠(Na2o.nsio2)溶液和1∶1左右的水泥浆依据经试验确定的瞬凝时间,用预先混合好的 “单液”向渗漏底层灌注——单液法灌浆；或者分别将水玻璃及水泥浆从1孔中的内外管或相距不远的2个孔中注入,使其在地下相遇、混合、凝结——双液法灌浆。用硬结后的 “硬块”去堵塞空隙通道。

大量实践表明:对于渗漏量不十分大的、没有地下水强烈流动的通道,可以在较短的时间内取得止漏效果；对于附近有跑漏浆(或明或暗)通道,往往在耗用大量浆材之后才能取得一定效果；对于有大股水流流动的通道,则很难奏效。其主要原因之一是材料在地下并不完全像在地面上试验时,两种浆液一经掺和搅拌,就会在一定时间之内立即整体地转变成 “硬体”或 “海绵体”,而是在流动的水中先形成棉絮状又像 “疙瘩汤”一样的碎块,等滞留聚集在一起之后,才能起到堵塞作用。

用水泥-水玻璃浆液堵漏方法费用较高且造成地下水污染,对环保不利。因此,此堵漏方法只限于环保要求不高地区的局部使用。

4 膏状浆堵漏

上世纪80年代,中水基础局在贵州省乌江上游红枫水库干砌石坝体内重新建造一道膏状浆灌浆帷幕,这道帷幕的作用是代替正在逐渐腐朽的原防水木斜墙。由于干砌石坝体孔隙率高达30%以上,而且下游一面临空,如用常规浆液灌注,将会耗用大量浆材；不可避免地向临空面跑浆,并限制不能采用较高的压力灌浆。为保证形成一道高质量的防渗帷幕,又不过多地耗用浆材和时间,经过实验研究,决定采用 “膏状浆”的新浆液进行施工,见图1。

图1 红枫水库干砌石坝体灌浆示意图(高程:m,其余:cm)

“膏状浆”是一种类似牙膏一样的不会分离的恒匀粘稠型浆液,具有很好的的粘稠性、胶粘度(即较高的塑性屈服强度 τ0值),其流动距离短,能迅速在通道中沉积、堵塞,形成一个扩散度不大的 “窄帷幕”。

“膏状浆”以水泥为主体,掺合粉煤灰、当地粘土,或再加增塑剂、速凝剂等。用低配比的水搅拌而成,倒到地上可以成堆状,能用泥浆泵输送。

用此浆液,在红枫坝体内做成了合格帷幕,取得了成功。中水基础局近年在山东尼山、四川明和、云南小湾围堰等灌浆中曾大量使用,不久前,在构皮滩水电站溶洞处理中采用此方法,取得了较好的效果。

分析红枫等工程实例,取得堵漏效果较好的工程,大多是在较干燥无水流的条件下施工,这些地层只是空隙较大或连通较远才导致浆液大量流失,而不是被大的水流冲走,所以空隙会被膏状浆液逐渐堆积形成堵塞。用的浆液越稠,粘度越大,堵塞的时间就会来得越早。如果是有大股水流的地层,其灌浆效果可能就会有很大的不同。有关文章也提出:解决膏状浆液的防冲问题,是进一步改进其堵漏效果的研究课题。

5 防冲膏浆堵漏

在孙亮等编写的《浅论特种灌浆材料现状与前景》一文中讲道:“抗水冲浆液是在膏浆的基础上提出来的。膏浆的塑性是靠加入微细颗粒实现的,在较高流速水流冲击下,会产生水泥颗粒和细微颗粒之间的分离而失去塑性,抗水冲浆液也是高塑性浆液,但采取了其他提高塑性的机制,浆液的抗水溶解能力比膏状浆强得多,使水对水泥浆的稀释作用减弱,从而实现堵漏和浆液的扩散距离的控制。”“研究证明,抗水冲浆液的初始粘度较大,多在60 s以上,部分配比流动度不到10 cm,凝结时间较长,初凝时间8 h以上,抗冲性能大大提高,最大可抵抗地下水流速达1 m/s左右。”“它的最大问题是工作性能差,流动性损失较快,可泵时间均在15 min以下,有的还不到5 min。因此,还没有在工程中获得应用。如果能在这方面有所突破,则该材料的前景还是相当不错的。”

肖思尚同志在《大空隙地层条件下几种灌浆技术的探讨》一文中认为,“防冲膏状浆液其主要成分为水泥,膨润土、粉煤灰、速凝剂、抗分散剂。具有抗冲刷、凝结时间易于调整、强度高等特点,实验表明该种浆液可在1 m/s流速的水中不被分散,是堵漏的首选材料,可用于大涌水部位的堵漏灌浆。”他还进一步试验研究另一种更好的堵漏防冲材料——纤维膏浆,是在防冲膏浆中掺加聚丙苯烯纤维。当网状纤维投入到膏状浆液中后,在搅拌过程中纤维被充分张开,均匀分布于膏状浆液中,可起到滞留效果,从而封堵住大空隙。

中国水利水电科学研究院以杨晓东、张金接为代表的几位学者,在进行研究和多次发表的文章中,提出用速凝的膏状浆来提高抗冲散能力,并在他们承做的堆石围堰等许多堵漏工程上应用,取得过较好的效果。

无论是使用速凝的水泥-水玻璃浆、一般的膏状浆、或是具有较高抗冲能力的改性膏状浆,都是基于一个基本理念,即都是要把在地面上制好的浆液送到离钻孔不太远的空隙通道里,使它原封不动地凝结、变硬,从而把正在过水的通道堵住。实现把浆液送到不远不近、恰到好处的地方,就地硬结、堵塞,应该是灌浆的最高理想和追求目标。也称为 “可控性灌浆 “,意思是充填距离可由人预先来控制。若确能如此,不仅可将很大的漏水通道堵住,还可节省大量的浆材和时间。所以,应该说这是一个极具吸引力的科学预想。尽管目前都还在试验究阶段,但是只要有了预想,再努力去寻找实现的路径和办法,就有可能达到预期目标！

6 模袋灌浆堵漏

本方法是中国水利水电科学研究院专家们在某个工程上为堵塞一个出水口离得很近、正在严重漏水的大通道时,经过试用前述办法无效后,最后摸索到的一种方法。之后被宣传采用,成了一种特殊的堵漏手段。模袋灌浆是根据通道的形状和尺寸,用土工织物制成中空的模袋,与输浆管道连通,捆紧后从钻孔中送入到正在漏水的通道口部,然后再向模袋内充填水泥稠浆,以期凝固后将通道堵住。取得了显著成效。

该法成功的关键技术是模袋。如能使模袋制得形状和大小都很适宜,使在漏水携带下或充浆过程能伸入到通道以里的一定位置,并且有较高的弹性和强度,在充浆中不会破坏,理想情况一次就可解决问题。而多数情况是需要用较小的模袋多次叠加而成,或者再经过补充灌浆。

因为用此方法堵塞的地点就在钻孔附近,在其前面还会留下很大空隙。如果被堵的通道是单独一条,而且钻孔正好是打在它的中心位置,模袋正好把截面撑满,灌浆才能产生好的效果,否则将不会十分彻底。而绝大多数的漏水通道是网状连接的,像岩溶系统那样,只在某处形成局部堵塞,是不能解决根本问题的。

这就决定了该法只能用在特殊地点,在用其它方法解决不了时,作为一种辅助手段配合采用。

7 大量灌注实体物质堵漏

大量灌注实体物质堵漏是灌浆专家张景秀在其著作和多篇文章中提出的方法。他首先认定:堵塞这样的大通道,必须灌入大量能永久停留的坚硬物质之后,才能生效。他所说的这种物质,其实就是几乎到处都有且廉价的天然材料土、砂、石。

他从研究灌浆理论入手,最后得出结论:一切固体材料的灌浆,都是由于浆液在缝隙里流动时不可避免地会发生分离和沉积,才导致空隙通道被堵塞的。水泥灌浆是如此,其它一切颗粒型材料的灌浆都是如此。他说这是灌浆技术之所以长期发展不衰的基本理论基础。对固体颗粒与水混合的浆液会发生分离和沉淀,不认为是缺点,而是促使灌浆方法能始终取得成功的关键因素。

依据上述理论,他提出在堵塞大的通道时,不是要促使浆液更加稳定,不分离,而应恰恰相反。首先,在极需要堵漏的情况下,大量地使用水泥是不值得也是不必要的,因为开始根本不会产生作用,水泥会顺水而去。因此他主张先灌土、砂、石,以促使这些物质尽快在路途上沉淀,使过水截面逐步缩小,最后堵死。

其方法是首先使用当地具有一定粘性的细颗粒土,增大浆液的黏度,提高携带能力,以便必要时掺加细砂、粗砂,乃至各种粒径的石子。可由少到多,由小到大,在冲灌中逐级试用。如此坚持下去,必会形成堵塞。他提出不要过分吝惜这种廉价材料,不要急于求成,灌得越多越好,争取将整个漏水系统都充填起来,使较大范围内的漏水问题一次性解决。最后再用掺水泥的浆液予以补灌。

以冲填土、砂、石为主,基本不用水泥,跳出了 “水泥灌浆”这个圈子,是灌浆堵漏史上一个创举。从张景秀已正式出版的书籍和文章中得知,采用这种办法,在他的亲临指导下曾使河南的南谷洞、山西的里册峪两座水库多年严重漏水问题得到了妥善处理,不久前又使正在建设中的刚果(布)英布鲁水电站十几口大量涌水井止住了涌水；使云南省思茅港防护坝一段大量漏水、漏浆的问题得到了很好的解决等。

大量灌注实体物质堵漏方法简单,造价低廉,而且已被工程实践证明效果可靠,建议推广使用。

8 结 语

对于大通道、大吃浆、大涌漏水的情况进行有效封堵,是当前灌浆技术中一个急需解决而又未完全解决的重要问题。受此影响,至今还有许多严重漏水的病险水库、正在施工的许多大股涌漏水点尚未得到有效治理。尽管许多专家、学者已作了长期艰苦的努力,但是至今尚未形成一个能被普遍接受的、行之有效的办法。希望全国的广大科技人员再做努力,尽快攻克这一技术难关,使之更好地服务于我国的水利水电事业。