水利水电工程基础灌浆应用探析

赵新昌，王淑冰

（莒县仕阳水库管理服务中心，山东 日照 276526）

水利水电工程大多建在陡峭崎岖的山谷或者宽阔湍急的河流地带，复杂的地物地貌环境和千变万化的地质条件决定了水利水电工程基础的多样性和复杂性，受基础处理技术影响，水利水电工程建设地址的选择问题制约着水利水电工程建设发展；另一方面，因为工程基础问题，出现许多已建水利水电工程发生各类缺陷或事故。灌浆技术被应用到水利水电工程基础处理当中后，一是使已建水利水电工程运行管理质量得到优化，二是为更多建设新水利水电工程项目选址开拓了思路空间。

1 水利水电工程特点和基础灌浆技术发展的意义

1.1 水利水电工程主要特点

水利水电工程从对水的作用上可以大体分为挡水工程、输水工程、用水工程三大类。常见挡（堵）水作用工程如：坝（堤）、闸等；输（引）水作用工程如：洞（涵）、渠、管等；用水作用工程如：水力发电站、水厂、船闸等。这些工程的显著共同特点就是都与水有关，因此，一般都有防渗透的要求，同时也都有受水压力作用的特点，具有抵抗防御水推力的要求。另一方面，这些工程的地址一般在山沟、山谷、河道、河岸，因而，工程地基地质条件差、情况复杂，对于工程基础都有防倾覆、防滑移、防断裂的要求。第三方面，水利水电工程一般体积庞大，自身体量重、占地面积大，因而，其基础往往要求面积大、承载能力强。这些特点说明，水利水电工程对基础的要求条件特别高，水利水电工程的基础对于水利水电工程的规划建设和安全运行管理具有根本性意义。

1.2 水利水电工程基础灌浆的意义

基础灌浆技术是现代工业条件下新兴的新型工程地基处理技术。用于水利水电工程上的基础灌浆技术，主要是指对于具有抗渗透、抗滑移、抗倾覆、抗断裂等要求的水利水电工程基础进行灌浆处理，从而实现稳定工程和防渗的目的。基础灌浆就是将适合具体工程地基地质岩性、环境条件、工程要求的浆料或者按照一定级配设计的混合浆料通过钻孔、打眼、高压等技术手段输送到地基需要的部位，起到填充、固结或强化等作用，从而形成符合工程要求的良好基础。

水利水电工程基础灌浆主要有两方面意义：一方面，基础灌浆技术解决了已建水利水电工程基础加固和工程安全纠正问题；另一方面，基础灌浆技术开拓了水利水电工程设计规划的地址选择空间，对于新开发利用水利水电资源有着积极和深远意义。

2 水利水电工程基础灌浆的作用分析

2.1 抗渗透

绝大多数水利水电工程具有防水渗透要求，比如，各类水库大坝、水库泄洪闸、坝式水电站等。这类工程地址大多处于地物地貌复杂地区，基础范围内地质岩层变化差异大，已建工程靠传统的地基处理措施建成，大量工程出现了地基渗透问题。有了基础灌浆技术，就可以在工程轴线方向上进行灌浆防渗处理，根据地质探测分析结果，准确设计选择配制灌浆浆液浆料和灌浆深度与范围，选择合理灌浆工艺流程实施基础灌浆。山东省日照市莒县仕阳水库大坝为黏土心墙砂壳土石坝，坝址区地质构造以小断裂和大断隙为主要特征，坝址区的岩石为白垩系王氏组沙砾岩、沙页岩，其中下部为砾质泥页岩夹细砂岩；上部为沙砾岩夹砂岩。这种坝址区的地质条件就使得坝基防渗成为突出问题，事实上也是如此，建成蓄水以来，坝下游地面区域常年有渗水现象发生，引发一些社会矛盾，后来通过对坝基进行帷幕灌浆技术处理，彻底解决了坝基渗水问题。

2.2 抗倾覆

对于坝后水电站、库岸泄洪闸等水利水电工程，体量庞大，单面受到水压力（水平推力）作用大，容易产生倾覆安全隐患。自身需要完整、均匀坚固的基础支撑，由于地基面积大，存在地基地质差异大等实际问题，就需要利用基础灌浆的技术使得工程基础整体化、一致化。对于已建水利水电工程，为防止工程倾覆，还可以通过灌浆手段增加基础的深度和扩大基础的面积，加强工程整体抗倾覆能力。

2.3 抗滑移

由于水利水电工程许多是建在山坡、沟谷上，受到地址区地物影响和特殊地质构造制约，有许多建在一边地基为弱岩层或断层或者地下岩层为软弱岩性等不良好地质条件地带，由于受到水平推力的作用，工程连基础一起有向下游滑移的趋势，这种情况就需要在工程基础外围进行灌浆处理，依靠基础外围加固工程基础，防御工程和基础整体滑移。仕阳水库溢洪闸挑流鼻坎下游，岩层碎裂，运行多年来形成深达两米的冲坑，为预防溢洪闸整体滑移，在此区域进行了梅花形灌注桩灌浆处理，后用现浇钢筋混凝土封顶，效果良好。

2.4 抗断裂

建在软弱地基上的水利水电工程，由于自然地基基础刚性度差，承载能力不强，容易发生沉降和不均匀沉降引起工程断裂。为防止这些现象，可以采用基础灌浆技术将基础固结为一个刚性整体，增大基础承载力和均衡承载力。绝大多数工程断裂问题都是由于地基不均匀沉陷造成的。基础灌浆对于治理软弱地基是最有效的工程措施。

2.5 综合基础灌浆

对于一个工程基础，可能同时存在防渗透、防倾覆、防滑移、防断裂等一系列要求或其中的几个方面，都可以根据需要进行相应基础灌浆技术处理，从而达到基础坚固稳定一体和防渗要求。在实际工程中，常常采用基础灌浆后，再以现浇钢筋混凝土联结封顶加固的方法，使工程基础浑然一体。

3 水利水电工程基础灌浆施工

水利水电工程基础灌浆设计内容主要是指灌浆部位和各维尺寸、浆料成分配制、浆料用量以及施工工艺流程四个方面。灌浆部位和各维尺寸根据工程荷载和地基各向应力大小通过力学计算确定；料浆成分和使用数量要根据工程地址区的地质分析确定，其级配根据地基岩性空隙大小和空隙率来设计；浆料用量用公式计算：设计浆料用量=地基空隙率×设计灌浆地基体积，面积较大的基础可以采用分割再求和的办法计算总量；施工工艺流程要根据具体工程的现场、地基地质探测分析结果、灌浆的作用来确定。

水利水电工程基础灌浆的施工质量控制，一是要严格按照设计施工，做到不漏灌、不少灌、灌到位、顺序灌。可以用守量公式：实际灌浆用量=设计灌浆用量，来判断基础灌浆的质量。

水利水电工程基础灌浆从工程建设的阶段看，可分为两大类：一类是已建工程基础灌浆，二类是拟建工程基础灌浆。

我国大量的水利水电工程兴建于20 世纪六七十年代，限于当时工业技术水平条件，地质探测和地基处理技术还是惯用传统工程手段，如：人工钎探和人工开凿等，很难深入了解工程地址区的地质情况，这就使得大量工程建成后出现了渗透、裂缝、扭曲、位移、断裂等现象。基础灌浆技术兴起后，利用这项技术对工程实施防渗、纠偏、加固和限制等，解除了工程险情，保障了工程安全运行。基础灌浆技术在大量的水库除险加固等工程项目上得到普遍应用，效果良好。水利水电工程自身大多设置安装了诸如渗透、位移、沉陷、应力检测等项目设施，通过分析这些监测数据就能分析出工程的稳定性和运行状态，发现基础异常问题，就可以采用相应基础灌浆技术来阻止或纠正。已建水利水电工程基础灌浆受到已建工程和场地等的影响，施工难度大，更加需要精密的工艺流程设计和精密施工，严防对工程造成新的不利影响。

新建水利水电工程基础灌浆是正常工程建设程序的基础处理工作，可从经济、便利、工期、工序等方面考虑更有利的施工工艺流程进行正常施工，质量检测合格后，方可进行下步工序。

4 水利水电工程基础灌浆的浆料分析

常见水利水电工程基础灌浆浆料根据其物质形态和成分通常分为固粒灌浆材料和化学灌浆材料两大类，应用最广泛的是固粒灌浆材料。

4.1 固粒灌浆材料

固粒灌浆材料是指根据水利水电工程基础需要由固体颗粒物质和水组成的悬浮液或砂浆。其优点是取材方便，造价低，施工简单，并具有较好的防渗或固结能力；缺点是其所能灌填的缝隙宽度容易受其固体颗粒的细度限制。为了改善固粒灌浆材料的性能，还常掺用塑化剂、促凝剂等外加剂。水利水电工程基础灌浆常用的固粒灌浆材料的种类、主要物质组成成分、特性特点和适用工况如表1。

表1 水利水电工程基础灌浆常用固粒灌浆材料性能比较表

4.2 化学灌浆材料

有些水利水电工程地基岩层缝隙特别细微，用物理灌浆材料不能满足工程基础要求时，常选用一些化学灌浆材料。化学灌浆材料的显著优点是能够灌入比较细微的缝隙，还可以根据需要调节凝结时间。化学灌浆材料根据成分不同分为有机化学灌浆材料和无机化学灌浆材料：无机化学灌浆材料以硅酸钠为主要原料，又称硅化用灌浆材料；有机化学灌浆材料以各种高分子材料为主要原料，常用的有环氧树脂、硅酸钠、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺及聚氨酯等几种。水利水电工程基础灌浆常用的化学灌浆材料种类、主要成分组成、特性特点和适用工况如表2。

表2 水利水电工程基础灌浆常用化学灌浆材料性能比较表

水利水电工程基础灌浆料浆的设计，需要根据工程地址区的详细地质分析确定，一方面岩性不同，配料不同；另一方面是工程特性不同，对于基础的要求也不同，因而，基础灌浆浆液的配料也不同，浆料设计直接关系到水利水电工程基础灌浆质量，必须进行详细的分析，必要时采取试样实验，逐步配制最优灌浆材料。

5 结语

基础稳则工程稳，基础灌浆是修正和治理工程地基基础质量的可靠手段，水利水电工程基础灌浆需要结合实际工程的具体要求，一般由专业组织队伍实施，还需要在具体施工过程中不断发现问题和解决问题，逐步优化与革新灌浆浆料和施工工艺流程。