高聚物注浆在水库大坝除险防渗工程中的应用

高聚物注浆在水库大坝除险防渗工程中的应用

韩东

茂名市鉴江流域水利水电建筑安装工程有限公司525000

摘要：高聚物注浆是一种新型防渗加固技术，具有密度小、无干缩、早强、韧性好、耐久、环保、易控、对坝体扰动小等优点，所以在水库大坝除险防渗中应用渐广，因此本文对高聚物注浆技术及应用进行了分析。

关键词：高聚物注浆；水库大坝除险防渗；应用

在水库大坝除险防渗工程中，通常使用的注浆材料是黏土、水泥等材料，这些材料弹性或韧性小，需要一定的养护时间，在大坝特殊地段（如岸坡段、弯曲段、岸基突起处等）内部应力分布复杂，常规注浆材料防渗效果往往不佳。高聚物是由小分子化合物聚合成的高分子化合物，其力学性能优于常规注浆材料，具有密度小、无干缩、不用养护、韧性好等优点[1]。高聚物材料有很多，例如水玻璃、丙烯酰胺、脲醛树脂、糠醛树脂、木质素、聚氨酯、聚乙烯醇、环氧树脂等，目前应用最好的高聚物是非水反应类聚氨酯，它膨胀性强（可膨胀20倍以上）、防渗性好、耐久性优良等特点使其一枝独秀[2]。由于高聚物注浆具有这些优势，本文对高聚物注浆在水库大坝除险防渗工程中的应用进行了分析。

1高聚物注浆技术及特点

与常规注浆材料分为充填注浆和劈裂注浆的方法类似，高聚物注浆技术也分为充填注浆和劈裂注浆，具体情况如下：

1.1孔模充填注浆

孔模充填注浆是利用非水反应聚氨酯的两种组分反应后体积迅速膨胀，填充孔模并固化的技术。高聚物与孔模周围土体能紧密结合，设计孔模交叉搭接就能形成连续的防渗帷幕，提高水库大坝的防渗性能。其注浆方法是：（1）在需要防渗加固的大坝坝段内压入特制成孔钻具，这些钻具在坝段内形成超薄注浆孔模；（2）向孔模内注入高聚物注浆材料（双组分非水反应聚氨酯材料），注浆材料反应后形成连续的防渗帷幕。

1.2定向劈裂注浆

定向劈裂注浆是在大坝坝段轴线上预制劈裂孔，注入高聚物注浆材料，反应产生的膨胀力使预制孔沿预设方向劈裂，同时浆液注入扩展的裂隙中，形成连续的高聚物防渗墙。可见，定向劈裂注浆与孔模充填注浆的差别关键是“劈裂”，如同常规注浆材料的充填注浆和劈裂注浆那样。其注浆方法是：（1）通过探测大坝渗漏点确定注浆范围；（2）在需要防渗处理的坝段顶部沿坝轴线布置定向劈裂注浆孔；（3）利用静压设备将特制定向劈裂探头压入土中预定深度；（4）放置封孔注浆管和劈裂注浆管，然后进行封孔注浆和劈裂注浆。

2高聚物注浆在水库大坝除险防渗工程中的应用

2.1高聚物充填注浆技术应用

有一水库大坝为黏土均质坝，坝体存在严重渗漏，尤其是坝体后坡和马道处存在长期渗漏点。为了治理大坝渗漏，提出套井回填、常规材料充填灌浆、高聚物充填注浆三个方案。经过分析对比，方案一防渗效果好，但用泥量大，探井风险大，工期较长，耐久性一般，造价约20万；方案二工艺简单，施工方便，用泥量少，但耐久性差，造价约12万；方案三工期短，防渗效果好，耐久性佳，但该技术新、专业性强，造价约14万。综合防渗效果、造价、耐久性，方案三是最佳方案，虽然属于新技术，对专业性要求高，但却是水利部推荐技术，应用前景良好，所以最终选择了方案三。

高聚物充填注浆技术有两种工艺类型，一种是土工布袋联接法，另一种是气袋联接法[3]。前者将土工布制成布袋置入联接孔中，向布袋内注入高聚物注浆材料，当两组分反应并充满布袋后即封闭联接孔，从而形成超薄型连续的高聚物防渗墙；后者是将衬胶气袋置入联接孔中，气袋充气后封闭联接孔上部，然后向槽孔内注入高聚物注浆材料，注浆结束，气袋放气，取出气袋。两种工艺方法的设备差别不大，主要包括三椎头成槽板、静压成槽机、高聚物注浆设备、提升注浆控制设备等。

首先，施工槽孔。利用静压成槽机将三椎头成槽板压入土中，到达预定深度再把三椎头成槽板拔出来，这样就形成了前序槽孔。然后把三椎头成槽板中的侧椎头对准已施工的前序槽孔边孔（联接孔），利用静压成槽机压入三椎头成槽板，拔出后套接后序槽孔，连续操作就形成连续的槽孔。其次，封堵联接孔。采用筒形的土工布袋或气袋封堵联接孔。采用土工布袋时，将注浆管插入土工布袋内，再用铁丝绑扎布袋端口，然后放到联接孔底部，注浆后布袋胀满联接孔，联接孔就被封堵了。采用气袋时，将气袋套在钢管上，气袋外面再套上与气袋同样长度的塑料袋，然后将它们放进联接孔。气袋充气后胀满联接孔，等槽孔注浆后放气并回收气袋。第三，槽孔注浆。将注浆管插入注浆孔（即三椎头成槽板中间椎头压成的孔）底部（距底0.5m），然后启动注浆设备注入双组分注浆材料，同时利用提升设备以一定速度提升注浆管，即边注边升。当浆液灌满槽孔，就形成薄片状高聚物防渗体。依序灌注其他注浆孔，形成连续的高聚物防渗墙。完成所有槽孔注浆后，应及时对防渗墙顶部未注浆的槽孔部分进行封孔。

高聚物防渗墙的质量检测可采用现场开挖检查以及视电阻率法、电流密度法测定。后面两种方法属于无损检测，距离防渗墙0.2～0.3m处钻孔，放置电极。视电阻率法在防渗墙下游钻单孔测试，电流密度法在防渗墙两侧钻双孔测试。

2.2高聚物劈裂注浆技术应用

有一水库大坝为均质土坝，经安全鉴定为三类坝。原方案采用常规材料充填灌浆，在新坝轴线两侧各0.75m处设双排孔灌浆。但在施工过程中，发现灌浆后坝脚处仍有渗水，据分析基岩碎石较多，常规水泥黏土材料灌浆效果不好，经过多方论证改用高聚物定向劈裂注浆。该技术原理是采用静压或冲击成槽方法，将双翼型成槽板压入坝体中，形成定向劈裂槽，再利用封闭注浆技术封堵槽顶，然后通过导管向槽孔内注浆，高聚物反应的膨胀力使土体沿槽板劈开，于是形成连续的超薄型高聚物防渗墙[4]。根据修复需要，调整高聚物反应的技术参数，例如反应时间、反应物密度、反应膨胀率、强度等，可以获得所需的修复效果。

施工设备采用液压静力触探车，该设备宽2.4m，方便上坝作业。注浆孔沿坝轴线布置，劈裂方向与坝轴线呈10°～15°夹角。施工时，采用静压方法将定向劈裂成槽板压入土体中成槽。在槽内分别放置封槽注浆管（短管）及劈裂注浆管（长管）。在封槽注浆管下部绑扎土工布袋。注浆时，先通过封槽注浆管注入少量浆液，布袋膨胀封闭注浆孔；再通过劈裂注浆管在预订深度注浆，利用高聚物注浆材料反应产生的膨胀力引导土体劈裂，形成超薄高聚物片体。当高聚物薄片交叉搭接或连续搭接后，形成连续的超薄型高聚物防渗墙。通常，注浆15min反应物强度可达到最终强度的90%以上，通过预设劈裂扩展形成中间厚、周围薄的片体，实测片体厚度大约0.5～2.5cm。

3结语

非水反应类聚氨酯高聚物注浆技术具有非常好的应用前景，然而基于水库大坝除险防渗工程的应用研究较少，标准化工作也相对迟缓，目前仅见河南省制定的地方标准，这些情况一定程度上制约了该项新技术的应用，因此仍需加强施工技术与工艺的总结，尽快形成标准化，以利新技术的推广应用。

参考文献：

[1]石明生，王复明，刘恒，等.堤坝高聚物定向劈裂注浆试验与有限元模拟[J].水利学报，2016，47（8）：1087-1092.

[2]王复明，徐建国，杨柳，等.堤坝高聚物防渗墙静力荷载试验与数值分析[J].建筑科学与工程学报，2015，32（2）：27-34.

[3]应建伟，陈若男，刘宜峰.高聚物防渗墙在多宝寺山塘坝体防渗治漏中的应用[J].小水电，2013（2）：72-77.

[4]杨辉，许露予.高聚物注浆技术在某水库中的应用[J].河南水利与南水北调，2015（24）：10-11.