水利工程中水閘加固施工研究

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水利工程中水閘的使用范圍較廣,它肩負調節水資源、防洪的重要職責,是水利資源保護的核心基礎所在。水閘是水利工程重點建筑,其施工管理應當得到足夠重視,它與整個水利工程的安全性、日常運行都有緊密聯系。諸多研究證實,高壓噴射注漿法能提升地基強度和承載力,還能發揮出止水、防滲的作用,此次研究便深入分析該技術的應用情況,旨在為類似水利工程施工提供參考。

1.工程概況

中山市中順大圍東河水利樞紐水閘防滲加固工程（以下簡稱本工程）,位于中山市中部,具體位置地處中順大圍岐江河東河口,外臨橫門水道（如圖1）。該工程由排水防潮節制閘、通航船閘和排澇泵站組成,是一個以防洪、防潮、排澇、灌溉、航運、沖污等功能為主的大型水利樞紐工程。水閘總凈寬150m,共10孔,設計過閘流量為1020m3/s,水閘雙向擋水,閘門采用平板鋼閘門,液壓式啟閉機開關,設計啟閉力2×40T。水閘底板為1.2m厚鋼筋混凝土結構,分縫寬度34m。該水閘底板有不均勻沉陷,且有向兩側擴散的趨勢。水閘閘墩處的沉降量約42.0cm；此外,測定顯示閘孔略微傾斜,閘門止水老化、滑塊磨損嚴重（如圖2）。上述情況均嚴重影響到水閘工程安全性,當地水利部門下發規范文件,并指出要采取規范、科學化的方式來進行水閘加固。通過分析多種加固技術的適用性、經濟性,再聯合本工程實際建設條件,最終選擇用高壓噴射灌漿法加固[1]。

2.高壓噴射灌漿技術加固機理

2.1加固機理

確定施工范圍后,選擇專業的鉆孔設備,嚴格按照施工技術方案鉆孔。待鉆出符合要求的孔洞后,將提前制備好的漿液用高壓噴嘴將其噴出,灌入至孔洞中（壓力施加約400MPa即可）[2]。在壓力作用下所噴射出的漿液能形成噴射流,在其巨大能量、快速的作用下,能迅速破壞土壤結構,讓上層的土層及顆粒進行分離,讓其他土壤顆粒和漿液混合并按規律排列。灌入的漿液會將所沖下的部分土體混合凝固,實現土體加固的作用。

2.2技術優勢

（1）所使用到的施工器具相對便捷、小巧,再加之施工限制小,技術人員能在簡單學習后便可操作。（2）鉆孔環節中可選擇某個孔洞來操作,不僅能簡化當前的施工程序,還能避免出現資源浪費,縮短施工時間。（3）灌漿的方式較多樣化,也可結合工程實際情況從不同角度將漿液灌注到土層中,運用價值較高,可用于水利水電、礦山、隧道、土建等多種工程項目施工中[3]。（4）利用此技術方法加固后,能明顯提升水閘工程的地基耐久性,提升工程建設質量。（5）注意在噴射漿液過程中有部分漿液會從土壤中溢出,此時要及時收集,以避免浪費。（6）成本低、材源廣、適用性強。

3.水利工程中水閘加固施工

3.1加固施工要求

（1）噴管道要保持清潔,管內不可殘留雜質,以免影響噴射。當灌漿噴至頂部時,要落實對應操作要點。若處于較平區域施工,要觀察孔口是否有漿液回流,可持續噴射,直至孔口呈現飽和狀態。（2）水、氣、漿三重管高壓噴射,是指基于施工規范下,按順序分別進行水、氣、漿的噴射,待漿液溢出后上提[4]。（3）施工要有規律,確保井然有序,并由專門的監工監理完成。（4）檢查氣嘴是否堵塞。準確設計噴射深度,并將噴射口置于對應位置。此環節非常關鍵,若計算的深度不準確、噴管位置不正確,亦或是深度不足,都可能導致施工技術無法達到理想要求,無法保障防滲質量,此時則要重新調整噴管位置。（5）嚴格做好施工前準備,利用先進儀器計算出鉆孔的位置,確保數據處于允許的誤差值內。機身要保持水平、機架要穩定。（6）安排技術人員詳細記錄下鉆孔數據,且施工現場有監理人員。（7）可采取磨盤鉆造孔法。按照相關技術要求來鉆孔,每間隔5min可進行一次測試,持續時間盡可能延長,且測試也同步進行。若存在誤差及時調整,確保鉆孔正常進行。

3.2加固施工流程

3.2.1鉆孔

首先將機器對準鉆孔,借助于水平尺來調整機身、機架,鉆孔偏差范圍≤2cm。鉆孔應當滿足設計底高程要求。鉆進時,確保機器和地面間保持90°,偏斜率控制在1%內[5]。鉆進過程要詳細記載,終孔要由技術人員、監理人員簽字確認,嚴禁擅自進行。造孔采取磨盤鉆孔法,孔深≥15m。通常先鉆進約5m,此時可用測斜儀進行測試,若發現孔斜率超出標準,先糾正。造孔時做好充填,確保泥漿正常循環,不斷反出至終孔,該流程結束。

3.2.2下噴射管

下噴射管前,要先檢查噴嘴是否通暢,且方向要對準。將噴射管放置設計深度后,按照對應的方向噴射,確保不偏移,以提升防滲質量。為避免噴嘴阻塞,可低壓送水、氣、漿及下管施工并加大防護。未能下到要求孔深處,重新安置。

3.2.3噴射灌漿

選擇1800雙嘴噴頭,將噴管下至設計深度,按照要求進行噴射（時間控制在3min內）。當漿液冒出后按照既定的提升、旋轉速度來轉動,同時將其提升到設計高度,停止噴射。在設計樁頂高程時提出噴管[6]。

3.2.4清洗充填

噴射完畢清洗管路,以免殘留過多的渣滓,阻塞管道。高噴灌漿至設計頂部高程后,將噴頭提出后注射水泥漿,保障漿液高度。遵照“隨沉隨補”的原則,直到漿液不下沉。若工程所在地形較平坦,可開挖出深度為35cm左右的溝槽,并利用漿液填補。3.2.5灌漿施工（1）噴射施工。按從上至下的方式不間斷地進行灌漿,若無法一次性完成灌漿、提升,可分次進行。（2）長樁高壓噴射施工。由于該工程項目中地基地質參數較為復雜,可能導致固結體均勻性差,繼而會影響最終的承載效果。因此必須重視此施工環節,在較深的土層噴射時,可適當延長時間,亦或是提升速度變慢[7]。（3）復噴施工。確保噴射技術參數恒定,若對相同土層多次噴射,能增加固結體長度、直徑,以實現增強其強度的目標。

3.3加固施工技術要點

3.3.1開挖施工要點

施工技術人員提前做好充分的考慮,制定預案方案。施工過程中也始終保持著嚴謹認真的態度,按照標準技術方案來操作。開挖施工過程中嚴格遵照相關指標要求,且選擇最佳的開挖地段,從高至低實施。當開挖過程中出現淤泥,技術人員要及時處理加以重視,以防止淤泥過度堆積后影響加固質量。（1）降低地下水位是開挖重要環節,經大量研究證實,要將地下水位和開挖面間的舉例控制在0.5m內；（2）開挖過程要分層進行,按照具體步驟實施提升質量；（3）按照國家具體規定落實土方填筑,在清理好場地基礎上合理控制土方料的質量。

3.3.2地基施工要點

施工技術人員要提前分析可能影響地基施工的不利因素,采取對策逐步消除。在此環節中常使用到“固結灌漿”法,準備水泥等施工材料后,采取梅花式灌漿。技術人員提前控制好灌漿的各排距、孔距,約3m即可,且施工過程中做好壓水試驗、爆破實驗等,驗證最終的加固效果。此外,要明確水泥的質量也會影響到加固效果。購買材料時要避免因顧及到經濟效益而忽視質量問題。

3.3.3混凝土施工要點

水閘加固施工技術會影響水利工程質量,在此過程中也常使用到混凝土材料。技術人員要確保材料滿足施工標準,配置比例合理,且攪拌混凝土時確保混合均勻,以發揮出其加固效果,保障水利工程質量。

4.水利工程中水閘加固施工質量控制

4.1冒漿處理

當旋噴施工時,灌漿管管壁中可能有少部分的土壤顆粒隨著漿液冒出地面。此時注意觀察冒漿具體情況,并結合所搜集的地層資料信息分析,適當對旋噴的參數加以調整。若冒出漿液量遠遠低于灌漿量的1/5,此時可看作是正常情況。若超出此范圍則及時找出原因,并采取措施。通常在不變更注漿量的情況下,若發現注漿壓力降低,此時可檢查各部位的泄露情況,必要時可將注漿管拔出,檢查密封性。若不冒漿或斷斷續續冒出,由于該工程土質較松軟,可看作正常情況,復噴即可。若周圍有空洞、通道,仍然持續性灌漿,待冒漿后拔管。當有大量漿液冒出時,可采取以下措施來減少漿量。（1）加大噴射壓力。（2）縮小噴嘴孔徑。（3）加快提升、旋轉速度。4.2防縮工藝將漿液和土壤顆粒混合均勻后,由于漿液會析水,此時固結體頂部可能有“凹穴”,不同地層特征,凹陷深度也有所差異。通常情況下,固結體噴射長度10m,凹穴深度約0.3~1.0m。深度較小時,可選擇用單管旋噴法處理,若深度較深,則選擇用二重管,亦或是三重管旋噴。此問題的出現可能危及到加固效果,例如使地基無法完全貼合建筑基礎,亦或是有“脫空”現象,為此要及時處理。具體可利用超高旋噴的方式,當漿液凝固前,回灌冒漿并振實,或二次灌漿[8]。

4.3提高樁身強度工藝

單管分噴、多重管施工具體步驟包括兩步,分別為（1）高壓切割；（2）中壓灌漿；切割完畢后注漿孔內常存留許多泥漿,此時利用中壓灌漿法,能提升固結體的強度。此方法能切實提高樁身強度,但不足之處在于施工時間較長,且細節較多,整個過程中需要對相關技術參數嚴格控制。例如在高壓切割過程中,要確保樁徑、灌漿量、泥土置換率等參數都合理；此外完成上述過程后要做好補漿工作。這是由于水泥可能存在收縮離析現象,為防止樁身斷裂,在注漿后的2h內及時補漿。

4.4強化監理、定期檢查

首先,施工團隊要制定出合理的監督檢查機制；確保各細節的落實；其次,將監理工作滲透到工程施工的各個環節中,對施工時間、施工步驟、施工水平全方位進行監督管理,確保工程按質按量完成。最后,做好定期檢查。水閘加固施工團隊要在施工期間、施工后做好定期檢查工作,所有檢查人員均具備較高專業素質和豐富實踐經驗,及時排查水閘加固施工存在的問題并解決。

5.小結

綜上所述,本次以中山市中順大圍東河水利樞紐水閘防滲加固工程為例,分析高壓噴射灌漿的加固原理、技術優勢。隨后重點闡述利用該技術加固的要求、施工流程（鉆孔、下噴射管、噴射灌漿、清洗充填）、技術要點等等。相信按照施工規范下實施相關技術操作,必定會提升施工質量并達到預期加固效果。

參考文獻：

[1]盧亞霞,孫旭曙.水利工程中土體加固的快硬型漿液模型試驗研究[J].水電能源科學,2021,39(08):161-164.[2]李瑩,劉淑敏,唐棋濱,等.水利工程中河道軟基超大深基坑降水質量控制技術[J].施工技術,2021,50(02):31-34.

[3]張磊,邵洪澤,張立鋒,等.導流明渠在水利工程中的應用[J].施工技術,2021,50(02):50-52+80.

[4]呂嘉俊.水利工程施工管理特點及施工質量控制策略[J].建材與裝飾,2020(20):289+292.

[5]楊澤中.水利工程施工管理特點及質量控制策略研究——評《水利工程管理與施工技術》[J].水利水電技術,2020,51(05):193.

[6]王少偉,蘇懷智,付啟民.病險水閘除險加固效果評價的點值與非點值權重[J].水電能源科學,2018,36(09):123-126.

[7]萬小明,李海楓,張建華,等.國內大孔口水閘結構關鍵技術問題研究[J].水利水電技術,2018,49(08):136-141.

[8]王少偉,鄭春鋒,蘇懷智,等.基于云模型的病險水閘除險加固效果綜合評價[J].長江科學院院報,2019,36(08):61-66+80.

作者:林健超 單位:中山市堤圍管理中心