0 引言
巖溶又被稱為喀斯特地形,在我國分布廣泛,主要集中在云貴高原。在巖溶地區建設水利工程,壩基滲漏是一個難以避免的問題。從上世紀七八十年代開始,就已經開始了巖溶壩基的滲漏問題研究,但是,至今尚無有效的手段避免滲漏問題出現。因此,只有深入研究巖溶壩基補漏技術,及時排除滲漏問題。灌漿技術就是一種十分有效的補漏技術,尤其是在巖溶壩基中,其解決滲漏問題的效用十分明顯。
1 巖溶壩基常見滲漏問題
1.1 壩基滲漏 壩基滲漏是巖溶壩基最常見最普遍的滲漏問題,其不僅會給水利工程的經濟效益帶來很大影響,還會造成水資源流失,對壩底或巖土中的顆粒的沖刷作用加強,引起壩基底部部分巖體發生化學溶解,致使壩基受到侵蝕。在長時間作用下,壩基就會出現失穩的情況。比如,高巖水庫、崔家溝水庫等水利工程均存在壩基滲漏的問題,并且長期存在這一問題,對水庫的正常運行以及經濟效益都帶來很大影響。
1.2 繞壩滲漏 繞壩滲漏從根本性質而言屬于地質問題,其會降低壩肩巖體的穩定性,在某些不因素作用下,整個大壩的安全都會受到威脅。因此,需要對繞壩滲漏的誘發原因進行深入剖析,精確計算滲漏導致的水資源滲漏量,從而制定合理的防治措施。比如鬧德海水庫,從建成之后就一直受到繞壩滲漏這一問題的困擾,雖然進行過帷幕灌漿補漏處理,也在短時間內取得了不錯的效果。但是,在較長時間之后,繞壩滲漏的問題又重新出現,給相關工作造成了不小的影響。此外,我國還有不少巖溶壩基受到繞壩滲漏問題的影響,只是簡單地對帷幕進行處理,是難以根治滲漏問題的,必須根據實際情況,綜合采取多種措施進行滲漏部位修復,才能切實排除這一問題。
2 巖溶壩基灌漿處理常見技術
2.1 高壓灌漿 巖溶壩基而言,由于其地層中黏土含量較大,部分還存在砂礫、砂石等,在長期高壓作用下,難以保持穩定。因此,需要采取高壓灌漿技術解決這一問題。通過灌漿實驗,在壓力超過 40kg/cm2之后,部分溶蝕夾泥逐漸被推擠到帷幕的有效區域之外,少去的溶蝕夾泥的空間被水泥漿全部填充。而沒有被推擠出帷幕有效區域的溶蝕夾泥,在高壓作用下被密實擠壓,并且和少量水泥漿形成混合,力學性質得到一定提升,同時強化了溶蝕夾泥的防滲性能。此外,高壓作用下的水泥漿還具有劈裂作用,能夠使地層中的黏土形成結石骨架,該結石骨架可以和地層中存在的黏土進行結合,形成具有良好防滲性能的結合體。比如,在烏江渡水電站中,通過 60kg/cm2的壓力對壩基進行灌漿處理,使灌漿效果實現了質的提升,大大減少了壩基發生的滲漏問題。
2.2 小口徑無塞灌漿 在對巖溶壩基進行灌漿處理的過程中,減小灌漿孔尺寸,可以有效提高灌漿防滲的效果。
基于這一實際要求,小口徑無塞灌漿技術應運而生。減小灌漿孔徑的作用十分明顯,根據實踐運用表明,灌漿孔的孔徑從 91mm 減小到 53mm 時,鉆孔的效率可以實現 3 到5 倍增長,相應的施工材料也可是實現減半。不僅如此,減小灌漿鉆孔孔徑之后,還能減少鉆孔設備的鉆孔負荷,提升鉆孔效率和質量。對該技術而言,其在第一段灌漿孔之外的其他部分都省去了灌漿塞,把灌漿管伸入鉆孔中,就可以直接進行灌漿。在灌漿時,漿液充滿鉆孔之后,會從孔壁和灌漿管之間的空隙溢出。
在實際運用中,小口徑無塞灌漿表現出了五個方面的顯著特點。首先,該灌漿技術不需要灌漿塞,省去了置放、起卸兩個環節,施工操作比較簡單。其次,由于減小了口徑,可以保證灌漿壓力實現大幅提升,加之沒有灌漿塞,其灌漿壓力可以超過 100kg/cm2.再次,小口徑無塞灌漿時通過鉆桿直接注入漿液,在注入漿液的同時還能對漿液進行攪動,確保漿液諸如均勻,避免鉆孔出現灌漿事故。再次,由于沒有灌漿塞,鉆孔在灌漿過程中可以全部受壓,不會出現漏漿的情況。不僅如此,在出現已灌而未灌好的情況時,可以進行二次灌漿,以此消除一次灌漿出現的各種問題,有效增強灌漿質量。最后,小口徑無塞灌漿的灌漿過程中是通過鉆孔設備的鉆孔進行灌漿,施工流程比較簡單,容易實現自動化。
2.3 漿液制備及運輸 灌漿處理的一個重要元素就是漿液,根據實際情況而言,漿液主要分為制備和輸送兩個環節。漿液制備環節就是通過一系列制漿設備拌制灌注漿液,比如攪拌機、水泥灌、水泥車等。簡單而言,制備漿液的過程中可以分為三個環節。首先,通過水泥車把水泥運輸到漿液制備現場,利用空氣壓縮機將其吹進水泥罐中。其次,利用計量喂料機把水泥按照漿液設計配比精準地送入攪拌桶中,完成攪拌之后再將其轉入儲漿桶。最后,根據實際施工需求,通過輸漿泵將制備好的水泥漿液輸送到施工工作面,并根據實際施工需求對水泥漿液的稠度進行再次調配。
輸送漿液一般是通過輸漿站進行的,其規模大小是由水泥漿液的使用量決定的。漿液制備和輸送可以有機結合起來,形成一個完整的系統,該系統可以大幅減少人力,提高制漿和輸漿這兩個環節的工作效率。
3 灌漿處理在巖溶壩基滲漏問題中的實際應用
3.1 工程實例 已知有一水電站,位于貴州青崗嶺,其地址構造復雜,主要以巖溶地質為主。當地河流走向與巖層基本形成正交,傾角在 60°左右。電站大壩位于 230m 厚的灰巖上,其帷幕能夠承受 145m 水頭。在防滲設計方面,壩肩和河床均有 3 排帷幕孔,在繞壩區域設置了 2 排帷幕孔,部分區域只有一排。帷幕孔的孔距為 2m,排距為1.4m.在灌漿廊道內部對帷幕進行分層,左岸有廊道 4 條,右岸有廊道 5 條,河床只有 1 條。不同層的廊道通過帷幕進行搭接,其長度為 5m.
3.2 灌漿處理 該水電站進行灌漿處理利用了一體化的漿液制輸系統,通過 200/40 的輸漿泵 2 臺和一平方米的儲漿桶 1 臺組成,其能夠以 200 到 400L/min 的速度輸漿,輸漿管中的漿液保持在 1 到 1.5m/s 的流動速度。而制備漿液的環節主要是通過 8t 的罐車運送水泥,按照 0.5:1的水灰比拌制漿液。而在灌漿過程中,主要是通過小口徑灌漿技術進行,灌漿鉆孔的孔徑為 48mm.在灌漿時,繞壩部分區域一次灌漿存在漏漿的問題,通過二次灌漿,有效消除了這一問題,確保了灌漿質量和效果。部分區域采用了高壓灌漿的手段,使噴水強度值下降到 0.005L/min·m2的水平。
3.3 成效評價 就技術效果而言,通過上述措施,該水電站帷幕的滲漏情況明顯緩解,滲漏量基本維持在 10m3/d的范圍內。壩基揚壓力明顯下降,遠遠低于設計值。巖溶泥和水泥漿在高壓灌注作用下形成密實擠壓,結石骨架數量較多,對防滲性具有十分顯著的提升。
就經濟效益而言,施工效率大幅提升,平均施工效率質達到了每月每臺 200m.此外,有效降低了施工成本。根據統計,工程成本平均值為 74.8 元/m,相較同類工程而言很低??偠灾?,高壓灌漿和小口徑無塞灌漿在巖溶壩基滲漏問題處理中,可以在技術和經濟效益兩個方面取得可觀的成效。
4 結束語
滲漏問題對巖溶壩基而言是一個長期性問題,在設計施工階段難以有效進行遏制,只能通過一系列有效的灌漿技術對其進行處理。通過高壓灌漿和小口徑無塞灌漿,能夠結合巖溶地質的特點,通過水泥漿液混合溶蝕夾泥,使其形成可靠的防滲結構,提升巖溶壩基的防滲性能。
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