中小型水库除险加固灌浆防渗处理技术——以沙田水库为例

李靖 广州市宏涛水务勘测设计有限公司

1.1 原理和目的

灌浆是一种较为常见的防渗透技术，在水利工程中灌浆技术的使用更为普遍。灌浆时，采用的浆液为防水表现较好材料调配，调配填充工程材料全部空间后，即能顾避免外界的水深入原本的工程结构当中。灌浆技术调配使用的材料对灌浆的效果能够产生较大的影响，浆液凝固速度过慢对加固的效果以及变现能够造成影响，浆液凝固速度过快可能导致结构内部空间无法填充或不同区域之间发生脱节的情况。选用合适浆液的情况下，同样需要采用加压的设备采用加压喷灌的形式，高压设备能够使得灌注的浆液直接进入结构深层区域，以此能够改善喷灌的效果。采用灌浆技术对水坝等进行加固，能够避免由于渗水导致的松动、垮塌等情况出现，能够有效提高坝体的稳定性，并降低坝体变形的概率，实现延长使用时间的目的[1]。

1.2 灌浆压力控制

使用灌浆技术加固水坝时，需要对加压的压力进行更为准确的控制。灌注时压力过低可能造成灌浆的位置达不到预计的标准，无法实现有效的灌浆；
压力过高则可能在灌浆过程中造成结构体的损伤，导致灌浆技术本身影响到坝体结构的稳定性。在水库坝体施工当中，坝体的基础部分一般情况下缝隙更大，且结构深处同样存在部分孔隙，因此坝体基础部分加压的压力相对最高。但实际施工作业过程中，大部分情况下灌浆并不会采用较高的压力，主要原因在于高压灌浆能够导致冒浆的情况且同时可能导致灌浆区域的劈裂等情况。实际施工过程中，一般情况下灌浆的压力需要控制在0.1kPa左右。灌浆作业的目的在于避免水库坝体的渗漏，保持坝体的稳定性，灌浆时压力过大则能够直接影响到坝体的稳定，因此在施工中应当采用灌浆-检测-二次灌浆的措施，取代压力较大的一次作业，避免对坝体造成破坏。

1.3 灌浆材料选择

用于水坝加固的浆液，需要满足水坝防渗的基本需求。水库的坝体与其他的工程不同，由于长期处于水下，因此浸水的情况并非偶然性现象，而是长期以及持续性的问题。因此水库坝体使用的灌浆材料，应当避免存在渗水风险的材料，如直径相对较大的砂，由于依然存在一定的渗水可能，因此在坝体灌浆过程中应当避免使用[2]。

水库坝体灌浆加固时，一般浆液的主材料应当选用粘土。粘土的优势在于其具有更为突出的防水效果，即便完全浸水的情况下同样不会出现透水的问题。同时粘土使用年限较长的情况下，同样能够维持性质的稳定，不会由于水流的影响发生明显的改变。与粘土同时使用的砂，含量需要控制在10%以内，避免影响浆液总体的防水效果。砂的选择方面，一般应当选用直径在0.25mm以内的细砂。

2.1 工程介绍

沙田水库于1956年10月竣工，运行多年以来，认真按审定的调度规程和运行管理制度，结合工程的实际情况合理调度运用，确保了大坝安全。

运行过程中，对危害大坝安全的隐患进行了一些治理，但由于管理设施落后、资金有限等原因，相应配套设施不完善，使险情仍未彻底根除，如：主坝坝肩渗漏，输水涵管存在混凝土轻微剥蚀，闸门止水失效，漏水严重，启闭设备操作不便等。历年来，水库一直限制蓄水，影响了水库效益的充分发挥。另外，大坝安全监测设施失效。

2.2 工程当前实际问题

本文所述工程，由于使用历史相对较长，因此目前已经出现较为严重的问题，主要体现在如下几个方面[3]。

（1）东西坝防浪墙及防护墙局部均有裂缝，大坝存在不均匀沉降；
迎水坡混凝土护面表面平整，局部有裂缝，有连通裂缝；
坝脚干砌石排水棱体外观完整。

（2）溢洪道边墙、底板局部有裂缝；
溢洪道现状为单孔（净宽17m），控制闸门止水存在老化；
控制设施启闭机及电机设备老化，属于淘汰产品。

（3）输水涵启闭设备老化，拉杆存在锈蚀；
闸门设备形式老旧，无法完全关闭；
旧涵洞段大部分管身内部冲蚀严重，有碎石裸露，局部出现混凝土剥落，并有局部存在较为严重的开裂渗水情况，存在一定安全隐患。

（4）大坝未设置位移、变形等观测设施，安全监测设备不完善，已有渗流观测设施已废，无法正常使用。

（5）配电房和部分生产生活用房现状老旧，墙面、地面老化严重，门窗破旧、屋面漏水。

图1 坝体当前实际情况

2.3 加固工程施工内容

本文所述工程包括如下基本施工内容：（1）大坝充填灌浆加固；
改建大坝上游面护坡；
修复现状防浪墙和护墙，更新现状路灯；
坝顶路面、景观升级改造；
顺接混凝土路面。（2）溢洪道：改建溢洪道水闸1座；
配电房装修整饰1座。（3）改建输水涵及启闭设备，并结合改建的输水涵对输水涵出水渠进行改造。（4）完善大坝监测系统[4]。

本文所述工程的具体施工情况如图2所示。

图2 加固工程平面布局

3.1 施工勘测需求

坝体灌浆，尤其本文所述多坝体在灌浆作业时，应当根据不同坝体、不同分段的实际情况确定施工的标准以及施工具体方案。施工方案确定前的勘测阶段，对保障灌浆的有效性以及稳定性能够产生重要的影响。前期勘测工作，应当根据如下基本原则展开：（1）根据不同大坝，分别展开勘测，每个大坝必须对坝体进行基本的分段，根据每段的不同情况进行系统性勘测。（2）确定灌注孔位置时，应当采用单排的形式，在灌浆作业过程中同样应当严格按照顺序完成灌浆作业。（3）灌浆时，应当由孔的底部开始，必须保证孔全部灌满。（4）单次灌浆作业时，应当对灌浆的总量以及深度进行控制，避免单次灌入浆液总量过多，作业过程中应当以“少量多次”为基本的标准进行。

总体施工过程中，应当严格按照开孔、制浆、灌浆以及封孔的顺序进行。确定施工方案时，对上述作业流程必须进行明确的规定以及要求。在前期准备过程中，同时应当按照规定完成如下工作内容：

（1）鉴于灌浆使用作业对时间的要求相对较高，因此在施工准备阶段必须保证施工所需的人员、材料以及设备等全部已经按照施工要求准备完毕。在浆液制备相关设备的准备方面，则应当考虑浆液制备位置与灌注点之间的距离，在减少浆液运输次数的情况下，保证灌注使用的浆液具有较高的稳定性且处于适合灌注的状态。采用机械进行纵向运输的施工现场，同时需要根据纵向运输的距离对浆液的配比进行调解。

（2）灌浆的整体过程应当在监测下完成，使用实时监测的设备能够保证灌注发生问题时能够第一时间解决。监测的位置应当能够准确监视灌注的情况，为保证监测有效应当在正式施工前进行预先的实验，用以判断监测位置是否准确。

3.2 灌浆施工需求

（1）制孔。制孔阶段，应当首先进行水平线的测定，明确灌注孔应当遵循的水平线位置，在此基础上根据灌注开始以及结束的位置，确定两端孔，并以两端孔作为参照确定其他孔的位置。开孔应当遵循“先疏后密”的基本原则，所有固定位置的孔全部确定后，才能够进行后续所有灌注孔的开孔作业。单侧面的开孔全部完成后，应当对开孔的直径以及深度等参数进行检测，确定无误后方能够进行另一侧面的开孔。

（2）浆液加工。制浆应当采用湿法制浆技术，以便对浆液的密度进行更为准确的控制。制浆整个过程中，制浆设备应当始终处于开启状态。浆液支配完成以及浆液使用前均需要对其密度进行检测，两次检测浆液密度均应当达标才能够用于灌浆。根据浆液质量控制的基本要求，坝体灌浆使用的浆液每立方米应当控制在1.3g到1.5g范围内。整体质量检测符合上述标准后，制配的浆液才能够使用[5]。

（3）灌浆。正式开始灌浆作业前，应当对所有参与作业的人员进行技术交底以及必要的技能培训，所有参与灌浆的作业人员均应当具备基本的作业能力，能够对灌浆的质量进行较为准确的判断，且灌浆过程中出现问题时应当能够初步判定问题出现的原因以及通过怎样的措施能够快速解决问题。所有孔灌注的总体过程、灌注中是否出现问题、灌注的次数以及每次灌注的表现等，均应当以书面的形式进行记录，经过现场施工控制以及管理人员确认后，现场记录的材料才具备有效性。灌浆作业时，应当由上游的水坝开始进行灌浆作业，按照由上游到下游的顺序完成全部作业才能够保证灌浆的防水有效。

（4）封孔。封孔进行前必须对灌注的质量进行全面检测，检测确定灌注质量合格后才能够进行封孔作业。检测时，首先应当对灌注孔的外观进行检查：灌注孔的部分灌注是否达到了全部灌满的基本要求；
灌注孔外部是否较为均匀，是否存在明显的蜂窝或者其他表示灌注孔灌注不均匀的现象；
灌注孔是否存在明显的裂痕等影响安全性的状况。根据设计标准，确定灌注的浆液未发生“吃浆”情况时，则能够断定灌浆已经基本达到预计的标准，连续三次检测确定未出现吃浆情况后，即能够进行封孔。封孔材料同样需要具备较高的防水性能，且能够保持长时间的稳定，因此封孔材料一般应当选择稠浆或者粘土泥球。

3.3 质量检测

灌浆过程中，应当对每一个孔的灌浆效果进行实时的检查；
坝体灌浆完成后，需要对灌浆的效果进行整体的检测。检查每个孔灌浆质量的目的在于判断能否按照计划进行下一步的操作，整体检查则能够作为施工是否符合质量标准、能够视作施工完成的最终标准。根据坝体灌浆加固的要求，灌注过程中应当分别检测每个孔浆液的质量以及使用改配比浆液进行灌注时，是否存在持续性的问题。无任何显著性问题的情况下，才能够进行灌注作业。灌注作业全部完成后，则应当通过如下的标准判断是否能够认定工程完成：坝体内部灌注泥墙的厚度是否达到预计标准、泥墙的密度是否符合施工规范、泥墙是否保持均匀以及灌注是否达到连续的要求，同时灌注完成后应当检测坝体渗漏的情况是否达到改善，以及改善的效果是否达到预期的标准[6]。

检测过程中，要求检测人员根据施工要求在灌注完成后对坝体的情况进行初步的检测，并记录所有检测相关的数据。灌注加固完成1年后，则应当再一次对当前坝体的渗漏情况进行检查，判断坝体通过灌浆加固是否有效避免渗透的情况。本次检测项目与初次检测的项目应当一致，且检测完成后应当对比两次检测的结果，判断对应数据是否发生明显的变化，当数据变化明显超过正常范围时，则应当进一步检查明确造成数据偏差的原因。且本次检查应当通过对坝体外观检查明确灌浆是否在后续阶段导致坝体的变形或开裂。

任何水库在长期使用过程中，水库尤其是水体坝体部分均会发生一定的变化，水库坝体变形较为严重时，甚至可能出现大范围以及较为严重渗漏的情况，一旦水库发生严重渗漏的情况，其水利工程的控制作用将出现严重下降的情况。水库的加固以及防渗漏，应当以水库的实际勘测结果为基础，采用适当且有效的技术，在降低施工对水库使用影响的前提下，满足水库加固以及防渗的基本需求。灌浆作为一种使用较为普遍的技术类型，在防渗方面能够发挥较为突出的效果，灌浆作业时，根据技术要求准确完成作业才能够保证施工的质量。

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