水库除险加固工程大坝帷幕灌浆施工处理技术措施之研究

胡孟利

广东粤海水务股份有限公司 广东 深圳 518021

随着水工建筑项目的全面发展，水库除险加固工作受到了更多的关注，要整合大坝帷幕灌浆施工作业要点，设定规范化施工模式，以提升统筹管理的科学性和规范性，实现工程项目统一发展的目标。

1 工程案例

本文以某水库项目为例，工程项目处于三镇交界位置，地形较为复杂但外部交通环境便利，施工项目需要的材料、设备等都能有效运输到施工区域。当地多年平均降水量为992mm、多年平均降雨日为127天，每年6月到9月为汛期，尤其是8月到9月，受热带风暴影响会出现高强度暴雨，因此，当地多年蓄水工作和抗洪工作压力较大，使得水库结构的主坝、副坝存在多出处渗漏问题，对水库整体安全性产生影响，为此，当地管理部门在进行全面调研和数据汇总后，决定采取除险加固作业模式，有效避免险情的留存[1]。

依据工程项目设计部门的相关设计方案，主要是对水库主坝和副坝进行灌浆防渗加固作业，其中，主坝利用高压喷射灌浆处理、充填灌浆处理以及劈裂灌浆处理等，而对应的副坝则采取充填灌浆和劈裂灌浆处理。

2 水库除险加固工程大坝帷幕灌浆施工处理技术内容

在明确工程项目设计要求和具体设计方案后，严格按照标准化作业流程开展具体工作，以确保能及时纠正相关问题，建构完整的施工管理模型，实现统一管理控制的目标，减少隐患问题留存造成的不良影响[2]。

2.1 准备工作

为更好地维持水库除险加固作业的安全性，要整合具体的资源体系，确保相关工作内容都能逐步落实，有效建立完整控制机制的基础上，从问题分析入手，及时掌握水库除险加固工程的要点和难点，依据防渗标准落实更加合理的作业方案。

2.1.1 问题分析

为更好地保证后续作业顺利开展，本工程项目在施工作业开始前进行了隐患问题的交流会。目前，大坝主要存在的是渗流问题，工程项目心墙截水槽原有设计的底部宽度为12m，目前局部坝段为8.1m，利用埋设的测压管完成检测后可知，心墙土压实度以及渗透系数均不达标，造成整体防渗失效。与此同时，工程项目大坝土多为分散性土，比例接近70%，长期渗流作用下被分解和冲蚀的问题较为严重，影响坝体抗渗的稳定性[3]。初步判断大坝应该为土石坝，采用心墙防渗，渗漏问题主要因心墙和坝体分散性土分解冲蚀造成，使得断面出现变形沉降，如图1所示。

图1 土石坝断面变形沉降示意图（1）、（2）、（3）、（4）均为沉降示意线

基于水库存在的问题，工程项目对具体的灌浆范围进行了划定，主要的位置在溢洪道控制闸前部、左侧坝顶、相邻坝坡段，按照规范化作业要求完成具体单元的设定评估，有效实现统一作业的目标。

除此之外，要对灌浆作业中可能存在的异常情况予以预测，比如，灌浆中断、漏浆等问题，并制定相应的防控预案，确保出现具体情况可及时采取相应措施。比如，灌浆中断现象，造成灌浆中断问题的因素较多，为减少其产生的不良影响，要选取高质量输浆管道，并且在每次施工作业开始前都要进行管道连接位置的质量校验。并且，要严格执行具体的标准和作业内容，完善灌浆设备常规化清理工作，定期开展水电系统维修和日常保养，从而确保实际作业的稳定安全。

2.1.2 设备、材料准备

在实际施工作业中，水工混凝土用水是建筑施工标准用水，为更好地维持工程项目的统一控制效果，灌浆用水要保持一致。与此同时，按照质量规范标准选取水泥等材料，本工程项目选取32.5普通硅酸盐水泥[4]。

另外，在开展灌浆处理工作中，要结合工程项目实际需求和控制标准选取灌浆设备和钻孔设备，灌浆设备中，应用高速搅拌机、储浆搅拌机等，保证应用控制环节的合理性，更好地维系统一管理效果。与此同时，利用高压泥浆泵有效完成钻孔冲洗以及压水实验，建构完整的设备管理模式，保证设备能发挥其实际作用。

除此之外，要优化准入机制，确保相关设备操作人员具备对应的专业资格认证，且能及时参与培训和安全指导，能严格按照规范流程和技术要领开展具体工作，从而一定程度上提高工程项目的整体安全水平。

2.1.3 具体工序

在完成准备工作后，就要按照规范化流程开展具体施工作业，以保证各作业环节衔接合理，维持工程项目统一控制的科学性和规范性。

确定施工条件

结合本工程项目的实际情况，要开展大坝帷幕灌浆施工工作，要明确灌浆作业的基本条件，从而依据规范落实细节的设计和处理，确保工程项目协同管理的科学性和规范性。

第一，钻孔灌浆处理环节要在帷幕层混凝土满足28d养护期，且对应的强度是设计强度的70%时陆续开展，不仅能保证帷幕作业的安全性，还能提高整体施工项目的管控效果。

第二，正处于灌浆作业或者是灌浆作业刚刚完成试，要对其周围环境进行阶段性管理，一般而言，30m范围内不能进行爆破作业等幅度较大的内容，若是按照工期要求无法更改，则要落实完善的减震处理和防震处理。

第三，基于施工作业的具体要求，在帷幕灌浆作业开始前，施工部门要严格执行规范化试验分析模式，确保灌浆处理的科学性和合理性。与此同时，要编写对应的试验大纲，从而保证相关内容都能逐步落实。

施工作业原则

结合本工程项目的实际情况，要建立相应的评估机制，并且，严格执行具体问题具体分析的原则。本工程项目利用“三序施工”处理机制，先完成第一序孔的钻灌处理，然后进行第二序孔、第三序孔的处理，排序方面要秉持先外后内的原则，双排孔组成的帷幕结构要先进行下游排孔的灌浆处理，然后进行上游排孔的处理。

作业要点

在确定灌浆作业方案后，就要严格按照规范流程开展具体工作，确保工序的完整性和科学性，进一步提高大坝帷幕灌浆施工水平。

第一，钻孔作业。主要采取的设备是回转式地质钻机，要在覆盖层应用硬质合金钻头完成钻进处理，更好地提高阶段性作业的规范水平，确保实际作业可控合理。并且，在基岩结构中利用金刚石钻头开展钻进作业，钻孔的孔径维持在56mm。整个施工作业中，先导孔利用91mm完成开孔处理，以保证后续作业的安全性和规范性，并利用76mm进行终孔处理，为更好地提高整体作业的质量水平，要对先导孔、第二序孔、第三序孔进行集中处理，并进行岩芯的质量评估，更好地维护整体作业的科学性。另外，要对作业后的结果进行校准，确保孔位满足设计要求，相应的孔位偏差要控制在10cm以内，及时进行相应数据的记录和汇总分析。灌浆孔施工作业时按照要求分序分段处理，并配合清水钻进作业，提升基岩结构中钻进处理的质量效果。最后，利用KXP-1型测斜仪进行最终的测量，只有满足大坝帷幕灌浆施工设计规范才能开展后续作业。

第二，冲洗作业，主要是针对基岩结构段，要利用压力水完成孔壁冲洗作业，确保其不会对整体作业质量产生影响，冲洗的时间由最终水流质量决定，一直冲洗到回水清净为止。并且，冲洗的压力要维持在灌浆压力80%左右，若是整个施工作业中灌浆压力超出1MPa，则冲洗压力选取1MPa。在完成冲洗处理工作后对冲洗结果进行检查，确保孔内沉积厚度能在20cm以内。

第三，压水试验。在大坝帷幕灌浆施工作业中，压水试验是非常关键的环节，要整合具体的作业内容，建立完整的试验分析模式，保证相应作业的安全性。1）灌浆孔在灌浆作业开始前要进行简易的压水试验，以确保能全面评估其实际情况，更好地满足后续作业要求。2）先导孔要按照自上而下分段卡塞的方式完成压水试验分析，并且，配合单点法压水处理模式，确保整体作业的可控性和合理性。3）针对帷幕灌浆试验孔、检查孔则要采取五点法压水试验。所谓五点法压水试验，指的是依据大坝基础帷幕灌浆试验要求，结合业主以及监理部门现场指示，按照设计标准对各个区段灌浆压力进行计算，就能了解实际的压水压力，采取压水压力0.3倍、0.6倍以及1倍计算方式对各个压力点的压力进行处理。

第四，灌浆作业。1）在帷幕灌浆施工环节中，覆盖层利用孔口封闭循环钻的方式进行灌浆作业，而在基岩段，主要是利用孔口封闭孔内循环自上而下分段灌浆法完成处理工作，射浆管和孔底之间的距离要控制在50cm以内，更好地维系整体作业的科学性和规范性。2）同一排上相邻的两个次序孔间要结合具体设计要求予以优化处理，岩层中钻孔灌浆的间距也要控制在固定范围内，一般是维持在15m以内。3）为提高阶段性作业的质量，要严格执行精细化测算分析机制，覆盖层段的灌浆压力表示为0.8D（D表示灌浆顶板以上地层厚度）、岩石基础灌浆压力表示为1.5+0.5D。整个作业体系中，最终的灌浆压力由现场灌浆试验确定。4）岩基灌浆段段长要控制在5m以内，若是遭遇溶洞结构、断层结构或者是软弱夹层结构，则相应的长度要维持在3m以内，结合实际情况具体确定。与此同时，灌浆垫层混凝土和基础作业段灌浆结构要进入岩层2m，终孔的最大段长度则要维持在10m以内。5）为保证工程项目综合作业的可控性和合理性，整个灌浆作业要利用水泥粘土浆完成灌注处理，混凝土和基础结构的连接位置，要先进行水泥灌浆作业，相应的浆液也要从稀到浓逐级处理，维持整体作业的安全性和科学性。6）在浆液处理环节中，灌浆压力维持不变状态下注入率也会出现持续降低的情况，此时，不能改变浆液的浓度。而在某一比级浆液注入量达到300L以上后，灌浆压力和注入率均没有出现较大的变化，此时，浆液浓度改为再浓的一级，从而保证作业的连续性和安全性。而在注入率超出30L/min以后，相应的灌浆作业的具体级别就要视实际情况而定。整体作业基于调整坝体劈裂灌浆技术作业要求，能更好地处理心墙坝裂缝以及孔隙问题，更好地释放坝体中积累的应力，以确保原有不平衡的坝体应力得以消散，在灌入泥浆后，坝体局部土层应力有所提高，就能进一步优化心墙坝的稳定性和安全性。

第五，灌浆结束。为满足大坝帷幕灌浆施工质量和安全要求，要依据灌浆作业的实际情况，判定灌浆处理工序是否结束。一般而言，判定灌浆结束的标准主要分为两个，第一个是灌浆段的贯入量在1L以内，并且，设计压力下已经持续灌浆60min左右。第二个是在灌浆过程中回浆浓度降低一级浓度灌注处理，回浆的浓度变得更浓时。在实际作业中满足以上两个要求之一就认定灌浆结束。

第六，封孔处理，一般是利用纯压作业的方式完成封孔，压力为1MPa到2MPa之间进行灌入，水灰比控制在0.5:1的浓度，屏浆处理120min结束，在沉淀作业结束后投入泥球并开始相应的捣实处理，从根本上维持整体作业管理的可控性和安全性。

3 质量验收

在完成大坝帷幕灌浆施工作业后，要结合质量管理要求开展质量验收工作，确保工程项目施工作业内容更加贴合实际需求，提高阶段性作业的基本水平。

本工程项目在完成除险加固灌浆处理工作后，当地管理部门对其进行了为期1年的跟踪管理，了解相应作业的实际情况。一方面，主坝结构、副坝结构在进行充填灌浆和劈裂灌浆作业后，坝顶布置的深槽能有效维持灌浆处理效果。主坝浆脉厚度约为16cm到52cm，副坝的浆脉厚度约为8cm到14cm，整体浆脉较为均匀连续，搭接结构也非常完整，工程项目的渗透性较小，为当地防洪工作提供了良好的保障，整体灌浆质量满足设计规范和要求。

4 建议

在完成大坝劈裂灌浆作业时，要明确除险加固的要点，基于心墙防渗要求，重构坝体应力平衡状态，维持心墙坝的稳定性，并严格执行具体的作业要求。首先，提高作业人员的基本素质，利用交流会、培训等方式确保作业人员能严格执行具体的工序标准，并确保相关试验分析数据的准确性和可控性，更好地减少隐患问题。其次，要落实岗位责任机制，将责任落实到个人，提高工作人员的危机意识，保证其能严格执行具体作业方案，维持整体作业管理的科学效果。最后，要秉持阶段性总结管理的原则，针对阶段性作业内容予以评估，针对存在的问题及时整改，并且对帷幕灌浆可能存在的隐患问题予以预测，及时制定防控处理方案。

5 结束语

总而言之，水库除险加固施工作业具有重要的研究价值，要有效融合大坝帷幕灌浆施工内容，建构完整的作业体系，保证灌浆施工作业各个环节紧密衔接，提高阶段性工程质量效果，并及时开展质量验收，强化工序管理和人员管理的同时，为水库安全应用奠定坚实基础。