探究水利工程除险加固中的灌浆施工技术

赵猛

黄河河口管理局利津黄河河务局 山东 东营 257400

引言

水利工程建设对社会和国民经济发展意义非凡，特别是水库大坝，能够水力发电、防洪，提供农业用水、工业用水、水运和旅游开发建设等资源。水利工程的除险加固直接关系到农业用水、生活用水、工业用水的正常供给，更是关乎防汛防灾的工作的功能和效果。受年代、工程质量、气候等多重因素的影响，仍有大量水利工程在带“病”运行，潜在威胁人民群众的生命和财产安全。灌浆施工技术具有安全性高、易施行、施工成本低等优点，不仅可以大大提高水利工程坝基的入渗稳定性，而且对提高运行安全系数以及生态、防洪和经济优势效果显著。

1 水利工程除险加固中灌浆施工的概述

灌浆施工原理是在填石坝基础施工过程中，利用一定的压力，向填石体内部填充黏土浆。灌浆时，要控制灌浆压力，施工要符合设计的压力范围。灌浆最重要的方法是控制施工压力，使浆液能够水力注入堆石料中，灌浆常采用低压[1]。在灌浆施工中，如果水库坝基较低，间隙较大，使用高压灌浆可能会造成灌浆开裂，对坝基造成严重破坏。因此，要控制灌浆压力，保证水利工程除险加固工作的顺利开展。

2 灌浆施工的作用

一是硬化作用。诸如水泥之类的材料可以与其他材料发生化学反应。例如，水泥可以与地下土层中的黏土等软质材料发生某些化学反应，产生比水泥和黏土更硬的“类岩体”，固化作用明显[2]。二是压密作用。浆液注入填石料时，对地层有一定的挤压作用，浆液注入稍小的间隙，通过压缩作用，压缩间隙和裂缝，保证饱满度和稳定性。三是填充作用。浆液注入堆石后，可起到填充裂缝的作用，能更快地阻断水流，提高层间隙的致密性。四是黏合功能。由于灌浆是凝胶状的，具有很强的黏合性能。

3 水利工程灌浆施工技术要点

灌浆施工技术主要包括压力控制、打孔操作等环节。灌浆法的原理是对岩坝施工中因压力而产生的碎石裂缝进行填充。压力控制直接影响灌浆施工技术的应用，因此施工人员使用压力将灌浆推入开裂的缝隙。灌浆施工技术侧重于处理坝基裂缝，提高坝基稳定性。采用多次注浆作业，保证填土浆液从坝坡上被充分吸收，若有严重浆液，应及时堵漏。灌浆工艺的优化是施工技术应用的重点，首先，在灌浆工作中，必须安排好按顺序打孔。优化灌浆施工技术，发挥出良好的固化效果。在钻孔工作中注意通过合理的检测防止施工失误，严格遵守施工原则与技术规范，进一步强化水利工程的除险加固工作。灌浆施工技术在水利工程中的应用，包括施工准备和合理养护，都需要这些过程的标准化。在勘探工作中，要熟悉水利工程的施工流程，施工人员要明确坝基的高度和堆石的数量。灌浆施工前，应选择适合技术应用条件的观测位置，并记录布置的数据信息。为提高灌浆的抗压强度，应对除险加固的全过程进行合理养护。施工质量检验可以保证加固工程的效果，工程质量检验可以选择从上至下的方式，泥浆沿坝体轴线浇筑[3]。水利工程大都位于岩溶地质区，地质结构十分复杂，采用灌浆技术能够提高地基稳定性。

4 水库和堤坝防渗的目的

4.1 防止渗漏损失

如果水不受控制地从水库或大坝的渗流通道中流出，轻者工程效益会减弱，在严重的情况下，水库将无法蓄水。一些渗水大坝还可能将周边建筑、农田淹没，会给国民经济造成巨大损失。严格来说，这就是对水资源的一种浪费。然而，对于大多数水库来说，轻微的渗漏是可以允许的。事实上，再好的防渗堵措施，也不可能使水库或大坝做到滴水不漏。水通过岩石裂缝和土层空隙，在水流的作用下，坝基土壤首先冲刷出来，形成空洞，使渗径减小，水力坡度增大，入渗量进一步增加。如果空洞侵蚀并延伸到坝底或坝体，最终会导致溃坝[4]。水的流动对通道介质产生穿透力，降低土粒间的有效应力，土的抗剪强度与其所承受的有效应力有关。穿透力的存在和大小会对地基的承载能力和稳定性产生负面影响，无论是物理上还是化学上。上述现象多见于砂基地基、岩石裂缝、断层、溶洞、泥质夹层，但发生概率和扩散规模减小，危害的程度也相对降低。

4.2 防止坝基失稳

水库、大坝中的水向外渗透，在渗透场中，水对岩土介质施加两个力。一种是在一定条件下可以去除粒状颗粒并引起细化的穿透力，另一种是作用于孔隙界面的静水压力。潜水面以下的物体都会因物体排出的水的重量而减少。孔隙水压力不仅存在于水流动的地方，也存在于水完全静止的地方。孔隙水压力的产生不可避免地导致基础构件之间有效应力的降低。这是因为，在水充满孔隙的地方，地基和置于其上的建筑物所施加的总载荷由中间骨架和孔隙中的水分担。当然，在地基总应力一定的情况下，孔隙水压力的增加必然会降低有效应力。再者，由于孔隙水压力在各个方向上具有相同的强度，它的增加不可避免地会使应力场的3个应力同时变为相同的值。这可能会对大坝和基岩的稳定性构成威胁。作用于坝底的孔隙水压力通常称为坝基抬升压力，孔隙水压力的存在不仅严重影响岩石的许多物理性质，而且在许多现代构造运动中起着关键作用，更重要的是，造成了许多大坝的事故和破坏。孔隙水压力的增加意味着围压的减弱和基质间有效应力的降低，从而使原本被压缩的岩石裂缝和填充物松弛。所有这些都会增加地层的孔隙度，提高渗透率，增加压应变，降低凝聚力和内摩擦角。

5 灌浆施工在水利工程除险加固中的实施

5.1 前期准备

首先，在筹备阶段，各参建单位应由专人对施工图进行多次详细审核，然后召开专题会议，交流意见。如有争议，应结合实际场地条件和特点进行研讨。同时要注意协商时间，避免因规划决策过长而耽误工期。如果发现难以执行的地方，需要及时与设计人员沟通。其次，在施工前对整个除险加固工作进行细致而详细的勘察，将有助于提高注浆施工质量，例如确定填石体间隙的大小，勘察除险加固工作中可能存在的各种情况。这将有助于后续的注浆工作，如钻孔、注浆等。灌浆所需的各种材料应准备充分，并充分考虑灌浆距离、泵容量等各种施工因素。对于一些不必要的问题，要及时做好施工人员的现场巡查管理，还要提前做好施工期间的交通情况。

5.2 打孔

注浆孔的位置应根据要求合理设置，注浆孔间距设置在3m之间，并按顺序扩大。如有特殊情况需要调整孔位的，须先通知监理工程师并取得专业判断和施工许可后，方可施工，并记录调整孔位的具体位置[5]。在对施工区域进行清理平整后，需要设置好钻架和钻机，铺设工程所需的相应地坪，根据情况设置钻孔平台，并保持安装好的钻机稳定。确保钻机的电源、供电等设备正常稳定，使施工快速顺利完成。在此过程中，需要尽可能控制成孔方向，每个注浆孔都需要检查孔斜度，具体实施步骤如下：每5m做一次斜角测量，表示孔的深度大于30m。每10m做一个斜角测量，表示孔的深度小于30m。孔斜范围应合理控制在离上层20m以内。采取纠偏措施时，如果钻孔的偏差值大于设定的最大允许规格值，应进行测偏操作，效果不达标应重新开孔。调整好孔向后，即可设置注浆段长度，误差应控制在30cm以内。注浆施工方式通常分段进行。钻孔一序、二序孔为钢管桩注浆孔，在基坑开挖中起支护作用，三序为注浆孔。在这些过程完成期间，应进行适当的控制和测试，以确保其满足施工要求。

5.3 冲洗及水压实验

钻孔后，可使用水平校准来验证钻机底座是否符合工程规范的要求。钻机固定后，应进一步检查水平和稳定性。一般情况下，每个孔段钻孔完成后，要进行钻孔冲洗作业，用压力水冲洗裂缝位置，冲洗时间至少应为30min，冲洗压力保持在1MPa以下。正常情况下，试压作业在裂隙冲洗作业之后进行。

5.4 灌浆材料的选择及浆液制作

进行灌浆时，应根据工程设计和规范要求选择灌浆材料，通常在填筑水库坝基时采用重粉质的黏土材料，黏土材料的主要成分是粉砂粒。开挖作业完成后，下一步就是将泥浆注入填石缝隙中，在制浆过程中，必须严格控制泥浆的成分和浓度，以免影响泥浆的质量。

5.5 灌浆

灌浆前，及时对每个环节的额要点进行监管，确保灌浆机处于最佳运行状态。为保证注浆工作的顺利进行，施工作业应按设计方案分步进行，堆石填筑按照从上到下的顺序进行。

5.6 封孔

水利工程除险加固灌浆完成后，要及时将填好的孔封堵。在封孔过程中，必须采用置换或压力注浆等封堵方法，以达到施工标准。整个过程要规范严谨，按时详细记录，确保浆液不出现泄漏、溢出等现象。当坝坡出现冒浆时，需要开挖回填，同时改变原有灌浆方式，整个灌浆过程要分流，多次灌浆作业，待坝坡灌浆填充物充分吸收；坝基底部发生冒浆时，应将坝基底部冒浆通道填满堵住，所间隔的灌浆时间和灌浆量应有效控制单次灌浆。如果封孔时出现冒浆，说明灌浆已达到饱和，停止灌浆封堵即可。在风险排除加固过程中，要进行合理的维护保养，避免不必要的设备损失。相关研究结果表明，高流动性水泥浆在水利工程建设中往往具有较好的除险加固效果，因此应更明确地选用高强度浆料来确认材料的浆料流动性。此外，在进行合理养护时，应具体确定施工设备的运输难度[6]。

5.7 施工质量检验

施工质量检验可以保证加固施工的效果，填浆完成后，应仔细检查浆料的整个施工过程，施工质量主要应严格检查以下几个方面：在整个注浆过程中，可逐级检查注浆处理情况，主要用于前期勘探、钻孔、制浆、注浆和封孔的质量控制和检测，以及注浆施工结束后在坝体内进行质检工作。墙体的厚度和连续性必须严格检查和把控。技术人员和质检人员要认真分析技术文件和材料，根据施工现场的实际，严格遵守职业道德的要求和检验的标准，对所取样本进行专业、严谨的测量判定。

6 结束语

水利工程的建设，能够合理利用水资源，兴利除害，增进人民福祉。正确利用现有的工程技术，保障水利工程实效的顺利发挥意义重大。以上分析表明，我国水利工程在施工过程中，受建筑材料和施工方法的影响，坝基处理过程中容易出现裂缝。在使用过程中，由于受流水的侵蚀、压力、地壳运动等的影响，缝隙逐渐增大，不仅影响水利工程的运行安全，此外还会降低水利工程的使用寿命。灌浆施工技术可以有效解决开裂问题，实现水利工程除险加固的目的。为确定实际灌浆方式，施工人员要充分结合这两个因素的研究分析结果。主要的一类是水，第二类因素是吸浆。施工单位在施工前应结合各种实际施工条件，科学、合理地选择注浆施工工艺，并根据实际施工环境正确进行施工，以有效降低水利工程在除险加固工作完成后出现各种问题的可能性。