水利工程中水闸加固施工研究

水利工程中水闸的使用范围较广,它肩负调节水资源、防洪的重要职责,是水利资源保护的核心基础所在。水闸是水利工程重点建筑,其施工管理应当得到足够重视,它与整个水利工程的安全性、日常运行都有紧密联系。诸多研究证实,高压喷射注浆法能提升地基强度和承载力,还能发挥出止水、防渗的作用,此次研究便深入分析该技术的应用情况,旨在为类似水利工程施工提供参考。

1.工程概况

中山市中顺大围东河水利枢纽水闸防渗加固工程（以下简称本工程）,位于中山市中部,具体位置地处中顺大围岐江河东河口,外临横门水道（如图1）。该工程由排水防潮节制闸、通航船闸和排涝泵站组成,是一个以防洪、防潮、排涝、灌溉、航运、冲污等功能为主的大型水利枢纽工程。水闸总净宽150m,共10孔,设计过闸流量为1020m3/s,水闸双向挡水,闸门采用平板钢闸门,液压式启闭机开关,设计启闭力2×40T。水闸底板为1.2m厚钢筋混凝土结构,分缝宽度34m。该水闸底板有不均匀沉陷,且有向两侧扩散的趋势。水闸闸墩处的沉降量约42.0cm；此外,测定显示闸孔略微倾斜,闸门止水老化、滑块磨损严重（如图2）。上述情况均严重影响到水闸工程安全性,当地水利部门下发规范文件,并指出要采取规范、科学化的方式来进行水闸加固。通过分析多种加固技术的适用性、经济性,再联合本工程实际建设条件,最终选择用高压喷射灌浆法加固[1]。

2.高压喷射灌浆技术加固机理

2.1加固机理

确定施工范围后,选择专业的钻孔设备,严格按照施工技术方案钻孔。待钻出符合要求的孔洞后,将提前制备好的浆液用高压喷嘴将其喷出,灌入至孔洞中（压力施加约400MPa即可）[2]。在压力作用下所喷射出的浆液能形成喷射流,在其巨大能量、快速的作用下,能迅速破坏土壤结构,让上层的土层及颗粒进行分离,让其他土壤颗粒和浆液混合并按规律排列。灌入的浆液会将所冲下的部分土体混合凝固,实现土体加固的作用。

2.2技术优势

（1）所使用到的施工器具相对便捷、小巧,再加之施工限制小,技术人员能在简单学习后便可操作。（2）钻孔环节中可选择某个孔洞来操作,不仅能简化当前的施工程序,还能避免出现资源浪费,缩短施工时间。（3）灌浆的方式较多样化,也可结合工程实际情况从不同角度将浆液灌注到土层中,运用价值较高,可用于水利水电、矿山、隧道、土建等多种工程项目施工中[3]。（4）利用此技术方法加固后,能明显提升水闸工程的地基耐久性,提升工程建设质量。（5）注意在喷射浆液过程中有部分浆液会从土壤中溢出,此时要及时收集,以避免浪费。（6）成本低、材源广、适用性强。

3.水利工程中水闸加固施工

3.1加固施工要求

（1）喷管道要保持清洁,管内不可残留杂质,以免影响喷射。当灌浆喷至顶部时,要落实对应操作要点。若处于较平区域施工,要观察孔口是否有浆液回流,可持续喷射,直至孔口呈现饱和状态。（2）水、气、浆三重管高压喷射,是指基于施工规范下,按顺序分别进行水、气、浆的喷射,待浆液溢出后上提[4]。（3）施工要有规律,确保井然有序,并由专门的监工监理完成。（4）检查气嘴是否堵塞。准确设计喷射深度,并将喷射口置于对应位置。此环节非常关键,若计算的深度不准确、喷管位置不正确,亦或是深度不足,都可能导致施工技术无法达到理想要求,无法保障防渗质量,此时则要重新调整喷管位置。（5）严格做好施工前准备,利用先进仪器计算出钻孔的位置,确保数据处于允许的误差值内。机身要保持水平、机架要稳定。（6）安排技术人员详细记录下钻孔数据,且施工现场有监理人员。（7）可采取磨盘钻造孔法。按照相关技术要求来钻孔,每间隔5min可进行一次测试,持续时间尽可能延长,且测试也同步进行。若存在误差及时调整,确保钻孔正常进行。

3.2加固施工流程

3.2.1钻孔

首先将机器对准钻孔,借助于水平尺来调整机身、机架,钻孔偏差范围≤2cm。钻孔应当满足设计底高程要求。钻进时,确保机器和地面间保持90°,偏斜率控制在1%内[5]。钻进过程要详细记载,终孔要由技术人员、监理人员签字确认,严禁擅自进行。造孔采取磨盘钻孔法,孔深≥15m。通常先钻进约5m,此时可用测斜仪进行测试,若发现孔斜率超出标准,先纠正。造孔时做好充填,确保泥浆正常循环,不断反出至终孔,该流程结束。

3.2.2下喷射管

下喷射管前,要先检查喷嘴是否通畅,且方向要对准。将喷射管放置设计深度后,按照对应的方向喷射,确保不偏移,以提升防渗质量。为避免喷嘴阻塞,可低压送水、气、浆及下管施工并加大防护。未能下到要求孔深处,重新安置。

3.2.3喷射灌浆

选择1800双嘴喷头,将喷管下至设计深度,按照要求进行喷射（时间控制在3min内）。当浆液冒出后按照既定的提升、旋转速度来转动,同时将其提升到设计高度,停止喷射。在设计桩顶高程时提出喷管[6]。

3.2.4清洗充填

喷射完毕清洗管路,以免残留过多的渣滓,阻塞管道。高喷灌浆至设计顶部高程后,将喷头提出后注射水泥浆,保障浆液高度。遵照“随沉随补”的原则,直到浆液不下沉。若工程所在地形较平坦,可开挖出深度为35cm左右的沟槽,并利用浆液填补。3.2.5灌浆施工（1）喷射施工。按从上至下的方式不间断地进行灌浆,若无法一次性完成灌浆、提升,可分次进行。（2）长桩高压喷射施工。由于该工程项目中地基地质参数较为复杂,可能导致固结体均匀性差,继而会影响最终的承载效果。因此必须重视此施工环节,在较深的土层喷射时,可适当延长时间,亦或是提升速度变慢[7]。（3）复喷施工。确保喷射技术参数恒定,若对相同土层多次喷射,能增加固结体长度、直径,以实现增强其强度的目标。

3.3加固施工技术要点

3.3.1开挖施工要点

施工技术人员提前做好充分的考虑,制定预案方案。施工过程中也始终保持着严谨认真的态度,按照标准技术方案来操作。开挖施工过程中严格遵照相关指标要求,且选择最佳的开挖地段,从高至低实施。当开挖过程中出现淤泥,技术人员要及时处理加以重视,以防止淤泥过度堆积后影响加固质量。（1）降低地下水位是开挖重要环节,经大量研究证实,要将地下水位和开挖面间的举例控制在0.5m内；（2）开挖过程要分层进行,按照具体步骤实施提升质量；（3）按照国家具体规定落实土方填筑,在清理好场地基础上合理控制土方料的质量。

3.3.2地基施工要点

施工技术人员要提前分析可能影响地基施工的不利因素,采取对策逐步消除。在此环节中常使用到“固结灌浆”法,准备水泥等施工材料后,采取梅花式灌浆。技术人员提前控制好灌浆的各排距、孔距,约3m即可,且施工过程中做好压水试验、爆破实验等,验证最终的加固效果。此外,要明确水泥的质量也会影响到加固效果。购买材料时要避免因顾及到经济效益而忽视质量问题。

3.3.3混凝土施工要点

水闸加固施工技术会影响水利工程质量,在此过程中也常使用到混凝土材料。技术人员要确保材料满足施工标准,配置比例合理,且搅拌混凝土时确保混合均匀,以发挥出其加固效果,保障水利工程质量。

4.水利工程中水闸加固施工质量控制

4.1冒浆处理

当旋喷施工时,灌浆管管壁中可能有少部分的土壤颗粒随着浆液冒出地面。此时注意观察冒浆具体情况,并结合所搜集的地层资料信息分析,适当对旋喷的参数加以调整。若冒出浆液量远远低于灌浆量的1/5,此时可看作是正常情况。若超出此范围则及时找出原因,并采取措施。通常在不变更注浆量的情况下,若发现注浆压力降低,此时可检查各部位的泄露情况,必要时可将注浆管拔出,检查密封性。若不冒浆或断断续续冒出,由于该工程土质较松软,可看作正常情况,复喷即可。若周围有空洞、通道,仍然持续性灌浆,待冒浆后拔管。当有大量浆液冒出时,可采取以下措施来减少浆量。（1）加大喷射压力。（2）缩小喷嘴孔径。（3）加快提升、旋转速度。4.2防缩工艺将浆液和土壤颗粒混合均匀后,由于浆液会析水,此时固结体顶部可能有“凹穴”,不同地层特征,凹陷深度也有所差异。通常情况下,固结体喷射长度10m,凹穴深度约0.3~1.0m。深度较小时,可选择用单管旋喷法处理,若深度较深,则选择用二重管,亦或是三重管旋喷。此问题的出现可能危及到加固效果,例如使地基无法完全贴合建筑基础,亦或是有“脱空”现象,为此要及时处理。具体可利用超高旋喷的方式,当浆液凝固前,回灌冒浆并振实,或二次灌浆[8]。

4.3提高桩身强度工艺

单管分喷、多重管施工具体步骤包括两步,分别为（1）高压切割；（2）中压灌浆；切割完毕后注浆孔内常存留许多泥浆,此时利用中压灌浆法,能提升固结体的强度。此方法能切实提高桩身强度,但不足之处在于施工时间较长,且细节较多,整个过程中需要对相关技术参数严格控制。例如在高压切割过程中,要确保桩径、灌浆量、泥土置换率等参数都合理；此外完成上述过程后要做好补浆工作。这是由于水泥可能存在收缩离析现象,为防止桩身断裂,在注浆后的2h内及时补浆。

4.4强化监理、定期检查

首先,施工团队要制定出合理的监督检查机制；确保各细节的落实；其次,将监理工作渗透到工程施工的各个环节中,对施工时间、施工步骤、施工水平全方位进行监督管理,确保工程按质按量完成。最后,做好定期检查。水闸加固施工团队要在施工期间、施工后做好定期检查工作,所有检查人员均具备较高专业素质和丰富实践经验,及时排查水闸加固施工存在的问题并解决。

5.小结

综上所述,本次以中山市中顺大围东河水利枢纽水闸防渗加固工程为例,分析高压喷射灌浆的加固原理、技术优势。随后重点阐述利用该技术加固的要求、施工流程（钻孔、下喷射管、喷射灌浆、清洗充填）、技术要点等等。相信按照施工规范下实施相关技术操作,必定会提升施工质量并达到预期加固效果。

参考文献：

[1]卢亚霞,孙旭曙.水利工程中土体加固的快硬型浆液模型试验研究[J].水电能源科学,2021,39(08):161-164.[2]李莹,刘淑敏,唐棋滨,等.水利工程中河道软基超大深基坑降水质量控制技术[J].施工技术,2021,50(02):31-34.

[3]张磊,邵洪泽,张立锋,等.导流明渠在水利工程中的应用[J].施工技术,2021,50(02):50-52+80.

[4]吕嘉俊.水利工程施工管理特点及施工质量控制策略[J].建材与装饰,2020(20):289+292.

[5]杨泽中.水利工程施工管理特点及质量控制策略研究——评《水利工程管理与施工技术》[J].水利水电技术,2020,51(05):193.

[6]王少伟,苏怀智,付启民.病险水闸除险加固效果评价的点值与非点值权重[J].水电能源科学,2018,36(09):123-126.

[7]万小明,李海枫,张建华,等.国内大孔口水闸结构关键技术问题研究[J].水利水电技术,2018,49(08):136-141.

[8]王少伟,郑春锋,苏怀智,等.基于云模型的病险水闸除险加固效果综合评价[J].长江科学院院报,2019,36(08):61-66+80.

作者:林健超 单位:中山市堤围管理中心