灌浆施工技术在水利工程防渗处理中的应用

伏 杰 徐书洋 戴 萱 王浩宇 鲍书娜

（江苏省骆运水利工程管理处，江苏 宿迁 223800）

水利工程是国家重要的基础设施建设工程，能给区域的防洪抗旱、城市用水等方面提供强有力支撑。在长期使用大坝的过程中，很多因素会导致大坝出现渗漏等问题，不仅很大程度地降低了堤坝的功能性，还会导致大坝出现崩塌和失效等严重的问题[1]。我国多数水利工程的修缮时间较早，受限于当时的经济和管理等因素，大坝的使用年限并不长，很多大坝都出现渗漏、塌方等问题，造成严重损失。因此，该文利用灌浆技术，对其在水利工程防渗处理中的应用进行分析。旨在进一步优化水利工程的加固工作，使其有更大的社会和经济效益。

1 工程概况

简阳市的张家岩水利工程于20世纪70年代修缮完成，属于小型水利工程。为满足城市用水、防洪抗旱等要求，需要对水源进行扩容和功能升级，确保城市用水的持续供应。扩建后的容量为13.56亿m3，扩建后的大坝高度升至108m，成为中型水库，提升了蓄水能力，一般情况下，蓄水容量为1230万m2，蓄水位为169m，洪水线位为172.8m，校对红水线位为173.5m，死水位为164.2m，该水利工程为周边居民提供了充足的水源，缓解了供需矛盾。此外，扩建后能收集超过10km²的雨水，为农业灌溉提供了支撑。虽然在扩建后设置了防渗墙，但是在水量充沛的情况下，仍然会出现渗漏的问题，为保障大坝安全地运行，采用科学的灌浆技术对其进行防渗处理，以此延长大坝的使用年限。

2 水利工程地质条件和渗漏稳定性分析

该水利工程的大坝采用粉土作为填筑材料，其力学性质见表1。

表1 水利工程填筑材料的力学参数

对大坝内的填筑材料进行颗粒分析，得出坝体的渗漏种类。共取样5个，编号为1～5，取样点均匀分布在大坝纵向且在大坝中心、路面下3m处。取样细分结果见表2。在对其进行分析后发现，取样点的渗漏变形和损坏均为流土造成。

表2 取样点细分结果

通过全面地分析可知，该水利工程的大坝极易发生流土渗透变形和损坏的问题[2]。因此，利用灌浆施工技术对该大坝进行防渗处理。在防渗加固处理前后的出逸坡变化情况如图1所示。由图1可知，加固后的渗漏出逸坡降明显降低，当死水位在164.2m时，从0.113降至0.015，降幅为86.7%；当正常蓄水位在169m时，从0.324降至0.154，降幅为54.5%；当洪水位在172.8m时，从0.368降至0.158，降幅为57.1%；当校对洪水位在173.5m时，从0.370降至0.159，降幅为57.0%。从这些数据中能看出，在加固后，能有效降低水利坡降，减少渗漏变形的情况。

图1 水利工程大坝加固前后的出逸坡降变化情况

在对该大坝进行加固后，出逸流速度降低，如图2所示，当死水位时，从0.197×10-6m3/s降至0.092×10-6m3/s，降幅为53.3%；当正常蓄水位在169m时，从2.497×10-6m3/s降至1.592×10-6m3/s，降幅为36.3%；当洪水位在172.8m时，从2.838×10-6m3/s降至1.843×10-6m3/s，降幅为35.1%；当校对洪水位在173.5m时，从2.857×10-6m3/s降至1.865×10-6m3/s，降幅为34.7%。

图2 水利工程大坝加固前后出逸流速变化情况

对该大坝采用不同的防渗墙进行加固后，渗流量有明显变化，如图3所示，在死水位为164.2m的情况下，0～20m的基坑周边土体沉降量会随防渗墙深度的增加而变大，渗流量降低；超过20m后，渗流量下降更快。在其他情况下，渗流量的变化情况与死水位时相同，都是以20m为界线，但下降速度有一定差异，同时，前面3种情况下的渗流量非常接近且都超过死水位时的渗流量。

图3 防渗墙不同深度加固的渗流坡降情况

采用不同的防渗墙对大坝进行加固后的防渗墙底部渗流坡降变化情况如图4所示。在死水位为164.2m的情况下，0～5m的底部渗流量随着深度增加而降低，在超过5m后，渗流情况逐渐稳定，在其他情况下，防渗墙底部的渗流坡降规律与死水位时相同，都以5m为界线，不同的变化规律与前3者相似，并且都超过死水位时的坡降。

图4 防渗墙不同深度加固的底部渗流坡降情况

3 设计施工方案

3.1 高效制浆站配置与施工策略明细

施工方案设计：1）为保证按期完工，须组建高喷灌浆作业小组，计划投入1套高喷施工机具，施工人员共16人。2）在拦河闸上游高喷灌浆轴线一侧的适当地点搭设1个制浆站和临时水泥库，供制浆供浆用，占地面积各为150m2。3）按一周水泥用量考虑水泥库水泥储量。4）在施工中的弃浆按监理工程师指定位置排放。5）须每台机配置一台150kVA的发电机保证施工供电，安放地点视现场情况而定。施工中要根据施工进展移动几次发动机，保持发电机与高喷设备的距离。6）选取合适的区域作为制浆站，当设置制浆站时，选取1台立式高速制浆机、1台GB6-10泥浆泵、1个贮浆桶和1个清水桶作为主要的构件，制浆能力超过6m³/h。

3.2 施工流程

具体施工流程如图5所示。

图5 施工流程示意图

3.3 制定灌浆技术方案

在建设该水利工程的过程中，各部位施工尤为重要[3]，为保障各施工部位都能安全地投入使用环节，采用灌浆技术处理施工中存在的裂缝问题。在制定灌浆方案的过程中，需要根据该工程中的裂缝特点和实际情况，结合灌浆技术的相关数据，明确最佳的灌浆施工方案，保证裂缝处理的有效性。此外，在确定最终方案前，需要进行试验，保证方案更科学、合理，同时在一定程度上控制灌浆的投入成本，提高修复裂缝的质量。

3.4 布置灌浆孔

在利用灌浆技术处理该水利工程施工的裂缝前，须对裂缝进行钻孔处理，根据不同钻孔的功能，划分为3种类型：1）探缝孔。需要在灌浆间钻孔，以此测量裂缝的深度，便于后续的施工。2） 灌浆孔。要对这种钻孔采取辅助措施，处理裂缝中的灌浆，在明确钻孔深度后，需要根据探缝孔测量的数据进行施工。3）骑缝或斜孔方式钻孔。需要在裂缝两边布置斜孔，在骑缝钻孔中，孔深为30mm～50mm，孔间距为25cm～30cm。该水利工程采用斜孔钻孔方式对裂缝钻孔工作进行处理，孔间距为80cm～100cm，具体孔位布置如图6所示。

图6 斜孔孔位布置示意图（单位：cm）

3.5 浆液配制

针对该水利工程施工存在裂缝的问题，需要专业人员对所有灌浆材料浆液进行制备[4]，在制备浆液的过程中，需要按照严格的规定混合各种材料，并充分搅拌。同时，工作人员必须对灌浆环节的压力、时间和浆液配比等多种因素进行有效控制，分批次制备浆液，做到即配即用，在完成制备后，需要及时投入使用。制备浆液需要结合裂缝的实际情况、施工当天的气温、进浆率、进浆量来调整和控制浆液的制备量和黏性强度。

3.6 灌浆

对该水利工程施工的裂缝进行灌浆前，首先，需要对其进行压水检测，将水压设置在0.3MPa，通过检测，能了解灌浆管路和裂缝的畅通性，同时也能有效清理裂缝中的杂质[5]。其次，根据具体的检测情况，确定灌浆的压力和灌浆量。当进行灌浆工作时，应按照从中间到两端的灌浆顺序，针对侧墙的伸缩缝，应按照从下至上的顺序且裂缝交叉位置多孔位同时进行浇筑的原则。在对水利工程伸缩缝进行灌浆的过程中，应打开全部灌浆的孔洞，灌浆的压力设置在0.4MPa～0.6MPa，最后，浆液顺利注入孔洞后，将其作为进浆口进行浆液灌注。若进浆量过小，需要适当加大灌浆的压力，直到浆液不再进入孔洞，保持30min后可停止灌浆。

4 结语

综上所述，水利工程出现渗漏的原因较多，包括外部的自然环境因素和内部的人为因素等。通过分析不同的防渗加固处理方案和对坝体加固的效果得知，在水位不同的情况下，对大坝进行加固，能有效降低大坝的渗流速度和流速；随着墙体不断深入，渗流量会不断降低。由此可见，通过改变防渗墙的设置深度，能在一定程度上提高大坝的防渗能力，同时，在水利工程的防渗处理工作中，合理应用灌浆技术，能够起到一定的防渗作用，提高大坝的稳定性，进而延长水利工程的使用年限。