高聚物防渗技术在王湾水库除险加固中的应用--中国期刊网

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高聚物防渗技术在王湾水库除险加固中的应用

发表时间：2021/5/10 来源：《建筑科技》2021年2月下作者：王玉新黄坤王旭辉

[导读] 高聚物防渗使用注浆导管，沿堤坝轴线钻孔至接触面，把高聚物材料注射到预定位置，利用高聚物材料的快速膨胀性特点，填充接触面处的空隙，并挤密土体，形成坚固、稳定和持久的防水层，达到防渗堵漏目的。通过高聚物防渗加固技术和充填灌浆技术的比较，结合王湾水库坝体的具体特点对大坝选用了高聚物防渗加固，取得了良好防渗效果。

河南平顶山市水利勘测设计院王玉新黄坤王旭辉 467000

[摘要]高聚物防渗使用注浆导管，沿堤坝轴线钻孔至接触面，把高聚物材料注射到预定位置，利用高聚物材料的快速膨胀性特点，填充接触面处的空隙，并挤密土体，形成坚固、稳定和持久的防水层，达到防渗堵漏目的。通过高聚物防渗加固技术和充填灌浆技术的比较，结合王湾水库坝体的具体特点对大坝选用了高聚物防渗加固，取得了良好防渗效果。
[关键词]高聚物防渗防渗堵漏静压成孔
        1工程概况
        鲁山王湾水库始建成于1978年，位于鲁山县北山张店乡王湾村南约500m处，属沙河水系三里河支流,是一座以防洪、灌溉为主，兼顾水产养殖等综合利用的小（Ⅰ）型水库。大坝为均质土坝，现状坝顶高程189.08m，全长280m，最大坝高11.94m。控制流域面积5.22km2，总库容55万立方米。
        2工程地质
        王湾水库所处大地构造为华北陆地南缘，渑池—鲁山—确山隐褶断束中段，车村区域性大断裂和宜阳—宝丰逆冲推覆构造带所挟持的背孜—岳村倒转背斜，该背斜轴北西310°左右，轴面倾向西南，倾角50°左右，枢扭向北西倾斜，全长20km，背孜—岳村倒转背斜控制了区域太古宇太华岩组的分布。太华岩群经历了多期变质变形改造，变质多达角闪岩组，在漫长的地质时期经受风化剥蚀作用。
        3坝体防渗处理
        左坝肩与坝体结合处理不好，运行中高水位时有渗水明流，存在渗漏异常现象。本次设计对左坝肩进行防渗加固。处理范围大坝桩号0+215~0+280之间，全长65m。
        结合坝体为均质土坝的特点，分析了劈裂灌浆、高压喷射灌浆、混凝土防渗墙等防渗加固技术，由于它们对坝体有破坏、设备庞大、运输困难、造价高等因素被排除。最后对充填灌浆和超薄型高聚物防渗墙技术进行了详细的方案比较。
        3.1充填灌浆
        灌浆孔平行现状坝轴线布置三排，其中沿坝轴线一排，上下游两侧各一排，排距1.5m，每排44个孔，灌孔排列呈梅花形。灌浆时先进行上游排孔，再进行下游侧排孔，最后进行中间排孔。每排孔分为三序施工，一、二序孔距6m，三序孔距3m，终孔间距1.5m，灌浆孔深入岩层1m。
        灌浆材料采用粘土水泥浆，粘粒含量为20~45%，粉粒含量为40~70%，含砂量小于10%，有机物含量应小于2%。浆液浓度使用原则是先稀后浓。浆液的容重控制在13~16kN/m3之间。泥浆的粘度一般要控制在30~100s之间，稳定性控制在0.1g/cm3以下。为加速灌浆固结，在泥浆中加入10%的水泥。
        工程需钻粘土孔1836m，岩石孔307m，充填灌浆共2143m。
        3.2高聚物防渗加固技术
        高聚物防渗加固技术适用于土质、砂土，防渗深度小于25m的堤坝。针对堤坝坝端渗漏问题，可沿堤坝轴线钻孔至接触面，使用注浆导管，把高聚物材料注射到预定位置，利用高聚物材料的快速膨胀性特点，填充接触面处的空隙，并挤密土体，形成坚固、稳定和持久的防水层，达到防渗堵漏目的。
        3.2.1高聚物防渗墙设计参数
        1、注浆孔距
        注浆孔距即三探头型成孔钻具的宽度，根据堤坝土质特性及成孔深度等因素选择，一般为60~120cm。一般粘土及粉质土可选择90~120mm，粉细砂选用60~90cm，最终由现场压孔试验选定。本次设计注浆孔距为90mm。

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        2、墙体厚度
        墙体厚度即三探头型成孔钻具的翼板厚度，根据堤坝土质及成孔深度【1】，最终由现场压孔试验选定，本次设计墙体厚度为2cm。
        3、注浆孔直径
        注浆孔内要置入φ20mm的注浆管，所以一般直径4厘米的注浆孔即可。但从强度和稳定性方面考虑，一般选用φ55mm或φ60mm的注浆孔。本次设计注浆孔直径选为φ55mm。
        4、搭接孔直径
        搭接孔一方面作为二序压孔的引导孔，另一方将植入土工布袋，在布袋内注浆后起到分隔孔模的作用。所以孔径的大小以能顺利植入土工布袋为宜，一般可选用φ30~40mm的孔径。本次设计搭接孔直径选为φ40mm。
        5、封孔布袋规格
        选用低密度的土工布袋，布袋直径大于搭接孔10mm为宜。
        6、布袋注浆密度
        布袋内高聚物密度宜选用0.1~0.15g/cm3。
        7、墙体密度
        墙体密度根据堤坝作用水头及高聚物材料抗水渗透性能指标选用，本次设计墙体密度为0.15g/cm3。
        3.2.2防渗造价
        工程防渗导管注浆需65个钻孔，钻孔深约600延米，每米110元，钻孔费用约66000元。注浆及钻孔填充费用按没孔1700元计算，约需11.05万元。导管注浆费用合计17.65万元。
        3.3方案比选
        从施工效果、工期、造价等方面对充填灌浆方案和高聚物导管注浆防渗进行比选。
        （1）施工效果方面：充填灌浆采用多排灌浆孔解决灌浆的搭接问题，然后分段分序灌注，泥浆灌入压力掌控很重要；高聚物导管注浆技术采用定点注射，利用高聚物材料的自身快速膨胀特性及良好的力学性能，挤密土体，填塞缝隙，堵塞渗漏通道。
充填灌浆单排不能保证防渗的连续性，多排增加投资，但该方案已使用多年，施工技术相对成熟。高聚物防渗通过高聚物化学反应的自膨胀力挤密土体，填充脱空及孔隙，凝固后的高聚物与土体一起形成高聚物防渗体，对堤坝扰动小，防渗效果好。但它属于新技术，正处于推广阶段。
        （2）工期方面：充填灌浆工序复杂，灌浆孔多，一般需要工期2个月；高聚物防渗墙具有施工快捷，不需养生，大幅度节省工期，工期一般半个月。
        （3）造价方面：充填灌浆所需造价38.19万元，高聚物防渗加固技术需投资17.65万元。显然采用高聚物堤坝防渗加固技术具有造价低的优势。
        综上所述，堤坝防渗高聚物注浆技术具有施工快捷，不需养生，工期短的特点；而且采用了静压成孔方式，极大地减少了对原有坝体的扰动和破坏。构建的坝体防渗体系不仅具有无水、超薄等特点，而且材料轻质，柔韧性好，与土体粘合紧密，且造价较低。该技术是河南省水利厅推广的新技术，在一些水库堤坝中得到应用为新工艺。考虑到王湾水库为均质土坝坝端的接触防渗处理，大坝防渗处理采用高聚物导管注浆防渗加固技术。
        4结语
        通过高聚物防渗加固，王湾水库坝体防渗效果明显，节约了投资，赢得了工期：本次水库坝体高聚物防渗加固不仅为水库除险加固坝体防渗提供了新的方法，同时也为高聚物防渗加固新技术的应用、质量控制和保证积累了丰富的经验。
参考文献
【1】高聚物防渗墙技术规范.DB41T712-2011
【2】白永年.中国堤防加固新技术.中国水利电力出版社.2001.04
【3】土坝坝体灌浆技术规范.SD266-88
作者简介：王玉新，男，1986年6月，工程师