李宝利
驻马店市板桥水库管理局，河南 驻马店 463000
摘要：水库大坝作为工程最主要的内容之一，由于会受到各方面因素的影响容易产生结构老化问题，进而引发运行风险。因此，为了确保水库大坝运行的安全性，需要对水库大坝实施必要的除险加固。在现阶段水库除险加固工程中，对于大坝处理最为常用的就是帷幕灌浆技术，其有效应用不但可以进一步增强水库大坝结构质量和防渗性能，同时也可以减少相应费用的投入，对于水利工程整体发展具有重要意义。
关键词：水库；除险加固工程；大坝；帷幕灌浆
1帷幕灌浆的施工工艺流程
随着我国经济的快速发展以及技术水平的提升，工程建设规模不断扩大。作为最主要的民生工程之一，水库工程近些年得到了快速发展。帷幕灌浆技术是指在土层或者岩层缝隙当中灌入一定量的浆液，从而形成连续性的阻水帷幕，能够建立起较强的防渗工程。通过帷幕灌浆工程可以有效减少工程渗透压力，避免发生渗流问题。在现阶段的水库除险加固工程中，大坝的帷幕灌浆技术是最为常用的施工技术，其有效应用可以保证水工建筑运行的安全性以及稳定性，具有非常好的使用效果。
1.1案例工程基本概况
某水库工程建设于1998年，设计库容量为1675万m3，主要用于农田灌溉、防汛等，包括水库大坝、水库电站、溢洪道等部分。经过20多年的运行，该水库大坝相关部分已经老化。为了保证大坝安全运行，在2019年采用帷幕灌浆工艺对其实施了必要的除险加固。从最终的应用效果来看，应用此工艺实现了除险加固质量方面的要求。
1.2帷幕灌浆施工工艺流程
1.2.1施工准备工作
对于水库大坝的除险加固工程来说，最主要的施工处理材料就是水泥，因此为了有效增强水库除险加固工程质量，一定要进一步提升水泥标准。在应用帷幕灌浆施工技术过程中，要特别注意控制水泥标准，因此要增强水泥采购方面的质量控制，提升对水泥相应参数的检测检验。同时，确保水泥的运输以及储存过程中的质量，避免施工中所用水泥质量较差而影响加固工程效果。在应用帷幕灌浆施工技术进行除险加固工程施工时，要做好施工设备方面的准备，有效确保最终的加固施工效果。帷幕灌浆施工过程中所用施工设备主要包括“钻孔设备”“灌浆设备”2种类型，其中钻孔设备要按照水库具体需要合理选择，确保钻孔设备满足施工标准规范需要；灌浆设备主要包括搅拌机、输送泵等。除此之外，施工企业要根据工程情况制定较为完善的管理机制，从而确保施工质量。
1.2.2土料配制
对于水库除险加固工程来说，在应用帷幕灌浆施工技术施工时最主要、最根本的是对施工所用土料实施合理配制。正常情况下，所配制的土料塑性指数控制在10%～25%，土料粘粒含量控制在20%～45%。此外，在施工中也要加强粉粒含量、沙粒含量等参数的控制，严格按照具体施工要求进行配制。土料的准确配制是保障除险加固工程施工质量的基础和根本。
1.2.3存储浆液
为了保证灌浆浆液的质量和有效性，在土料配制完成后一定要对其加强存储和保护。正常情况下，水库除险加固工程所用的帷幕灌浆浆液都是水泥粘土浆，该浆液可以大大缩短凝固时间，加快凝固速度。在使用水泥粘土浆时，要对其中的水泥含量进行有效控制，保证其满足施工标准规范要求。同时，确保水泥颗粒超过粘土颗粒，只有这样才可以进一步增加泥浆的凝固效果。除此之外，为了确保帷幕灌浆施工的质量，要确保水泥粘土浆的黏度满足标准规范要求，对泥浆进行有效处理，实施有效的比重计算，加强失水量、稳定性方面的控制，浆液完成制作后将其进行有效存储、备用。
1.2.4泵送泥浆
近些年工程机械技术水平有了快速提升，帷幕灌浆施工中应用了大量机械自动化设备，这些设备的应用不但可以大大减少施工周期，同时也可以有效减少相关资源的投入，更便于水库大坝施工企业的健康、稳定发展。一般情况下，帷幕灌浆施工过程主要通过离心式灌浆机实施水泥浆泵送操作，在实际作业时要特别增强灌浆孔口压力控制，确保其处在标准范围内。通过有效压力控制能够防止安全事故的发生，保证帷幕灌浆施工的顺利实施。
1.2.5布孔钻孔施工
对于帷幕灌浆施工技术来说，最主要的工序就是实施布孔施工，应根据预先设定好的施工序号进行钻孔施工，同时增强钻孔施工质量方面的控制。不同区域地质情况不同，所以在钻孔施工前一定要进行准确判定，之后施工人员要按照具体环境条件进行必要的优化调整，只有这样才可以确保帷幕灌浆施工的有效进行。正常情况下布孔钻孔施工主要采取钻机进行，在钻孔操作过程中要尽可能一次性完成施工，避免反复多次进行钻孔，这样能够防止由于钻孔问题而影响帷幕灌浆施工的整体质量。
1.2.6灌浆施工
施工过程一定要严格按照“从疏到密、少量多次、遵照灌浆次序”的基本原则来进行，只有这样才可以有效确保灌浆施工的质量满足标准要求。为了防止发生灌浆裂缝等问题，一定要对帷幕灌浆施工压力进行有效控制，正常情况下控制帷幕灌浆压力<0.5MPa。随着帷幕灌浆操作深度的逐渐加深，所控制的灌浆压力也要不断增加，一旦实际压力和设定灌浆压力存在较大差异就会对帷幕灌浆质量造成较大影响。
2帷幕灌浆施工过程中存在的问题及处理方法
2.1串浆方面的问题及处理方法
对于水库除险加固工程来说，为了有效增加灌浆施工效率以及质量，在满足基本施工条件的基础上可以采取多个串浆孔同时灌浆的施工方式。若是现场施工不具备串浆施工所需条件，可以对串浆孔实施封堵，在完成灌浆施工后第一时间对串浆孔实施清洗，防止对后续灌浆操作造成影响。
2.2裂缝问题及处理方法
在应用帷幕灌浆技术时容易出现某些特殊情况，例如灌浆时产生喷浆以及冒浆等问题，严重情况下也会产生灌浆裂缝问题，在很大程度上影响除险加固工程的最终施工质量。可以采取以下措施进行处理：第一，一旦施工中产生冒浆问题，要第一时间对灌浆施工水泥浆深度实施调整，同时减小灌浆压力的输出，有效避免冒浆的进一步扩展。第二，一旦施工中出现裂缝问题，施工人员要减小灌浆压力来减缓裂缝的产生。对于较为严重的裂缝来说，要分析具体原因且制定出针对性的解决方案。
2.3不吸浆问题及处理方法
帷幕灌浆施工过程中一旦发生只吸水而不吸浆的问题，就一定要对其原因进行有效分析，并在此基础上采取针对性的解决措施。从目前情况来看，之所以会产生吸水不吸浆的问题，可能原因集中在施工过程发生漏水和漏浆的问题，主要是施工人员造成的，因此要加强对施工人员的交底和培训，提升其技术水平和责任心，保证施工质量。
2.4灌浆中断问题及处理方法
帷幕灌浆涉及内容较多，整个过程较为复杂，所以很难避免出现某些意外而造成除险加固工程的被迫停工。一旦产生灌浆中断，一定要对钻孔进行有效冲洗，尽快恢复灌浆施工，从而确保灌浆的连续进行。
3工程概况
大型水库是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电、城镇供水等综合利用的水利工程。现状水库枢纽工程包括大坝（1座）、溢洪道（1座）、1#灌溉发电输水设施、2#发电放空输水设施、电站等。大型水库总库容为8.28亿m3，属大（2）型水库，采用设计洪水标准为500年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核；消能防冲按50年一遇洪水设计。相应的正常蓄水位为220.57m，设计洪水位为227.98m，校核洪水位为229.68m，死水位为209.57m。水库工程等别为Ⅱ等，主要建筑物的级别为2级。
3.1大坝防渗方案比选
由于水平防渗方案需放空水库，并在围堰保护下进行施工，增加了围堰的工程量，施工较困难，经济上不合理，故本次除险加固的防渗加固设计采取垂直防渗方案。防渗加固设计方案选择工程中常见的“塑性混凝土防渗墙+帷幕灌浆”和“高压旋喷灌浆+帷幕灌浆”两种型式进行比较。
（1方案一：塑性混凝土防渗墙+帷幕灌浆
塑性混凝土防渗墙沿坝轴线布置，防渗墙穿过坝基覆盖层，并嵌入强风化岩层1.0m。防渗墙长329.3m，最大墙深57.7m。塑性混凝土防渗墙厚0.8m，抗渗等级W6，允许渗透坡降[J]=60～80。考虑到坝基及坝肩岩层透水性较大，坝脚常年有渗漏现象，也存在集中冒水点，因此对坝肩和坝基全线进行帷幕灌浆。帷幕灌浆沿防渗墙轴线布置，灌浆线总长363.3m，最大孔深70.7m。其中右坝肩和坝体部分采用单排帷幕灌浆，灌浆线长305.6m；左坝肩由于靠近溢洪道出口，基础为强风化砂岩，透水性较强，本次设计采用双排帷幕灌浆，灌浆线长57.7m。根据本工程的大坝基础相对不透水层较深，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），并参考类似工程，初步选定帷幕灌浆孔距为1.5m，采用悬挂式帷幕，深度采用0.7倍水头取值。
（2方案二：高压旋喷灌浆＋帷幕灌浆
坝体及全风化下线以上坝基范围进行高压旋喷灌浆，坝肩和坝基全风化线以下一定范围进行帷幕灌浆。高喷与帷幕灌浆孔沿坝轴线方向布置，旋喷灌浆孔在大坝坝高不小于30m范围采用双排布置，大坝坝高＜30m范围及坝肩采用单排布置；帷幕灌浆为单排布置。高压旋喷灌浆总长329.3m（其中单排布置长116.5m，双排布置长212.8m），帷幕灌浆总长363.3m。高压旋喷灌浆最大孔深57.7m，高压喷射灌浆孔距需确保钻孔在规范允许孔斜范围内孔底灌浆能有效搭接，从而保证防渗效果，根据本工程实际情况并参考类似工程，初步选定高压旋喷灌浆孔孔距为0.7m，帷幕灌浆孔距为2.1m，根据本工程的大坝基础相对不透水层较深，并参考类似工程，初步选定帷幕灌浆采用悬挂式帷幕，深度采用0.7倍水头取值。
3.2方案比较
方案一和方案二的工程投资分别为3615.2万元、3854.4万元，方案一工程投资比方案二少239.2万元。大坝心墙填筑材料为含砾砂质粘土，坝壳填筑材料为碎石土，强风化坝基以砂岩为主。最大坝高59m。两种方案均适用于本工程的防渗加固。经计算，两方案的大坝渗流及坝坡抗滑稳定均满足规范要求。塑性混凝土防渗墙方案的优点是投资较少、技术安全可靠性高、防渗效果好，结合本工程大坝现状问题，塑性混凝土防渗墙方案可较为彻底解决大坝存在的上述问题，其缺点是施工速度较慢，施工周期较长。高压旋喷灌浆方案的优点是施工速度较快，施工周期较短。缺点是投资较大，当防渗墙深度较大时，由于钻孔偏斜旋喷墙下部容易开岔，施工质量不容易控制，目前尚无较好的检查旋喷墙体下部是否连续的方法，因此无论防渗可靠性或使用年限均不如混凝土防渗墙。根据大型水库土石坝除险加固设计的施工经验，塑性混凝土防渗墙已得到普遍应用，技术比较成熟，可靠性高，防渗效果较好。综合分析，推荐采用方案一，即“塑性混凝土防渗墙+帷幕灌浆”方案。
结束语
在水库除险加固工程大坝帷幕灌浆施工时，为了进一步提升施工质量，一定要严格遵照技术标准规范进行，特别是加强质控关键点控制，严格遵照施工工艺进行操作，有效确保水库大坝除险加固工程的施工质量。大型水库除险加固工程的实施将有利于排除工程安全隐患，使工程综合效益充分发挥，为地区经济发展和社会稳定提供安全保障，水库除险加固非常必要，也十分紧迫。本文结合大型水库实际情况，进行方案比较、分析后，推荐大坝的防渗加固方案为：现状大坝轴线位置的塑性混凝土防渗墙+帷幕灌浆方案。
参考文献
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