試論劈裂灌漿施工技術(shù)在水庫加固中的應(yīng)用

林越青

（揭陽市水利水電設(shè)計院 廣東 揭陽 522031）

一、前言

劈裂灌漿技術(shù)是20世紀(jì)70年代未開始推廣使用的堤壩防滲技術(shù)，能形成垂直連續(xù)的防滲帷幕，劈裂灌漿施工技術(shù)工作機(jī)理、防滲效果和施工工藝均已達(dá)到了當(dāng)前水庫防滲工程的要求，在堤壩防滲領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

二、水庫概況

該位于揭陽市普寧縣，是一座具有灌溉、供水、防洪、攔沙等綜合功能的小型水庫，壩址以上流域面積27.8km2，多年平均徑流量838萬m3，原設(shè)計總庫容137.5萬m3，興利庫容117萬m3，調(diào)洪庫容18.5萬m3。水庫樞紐由大壩、溢洪道、放水設(shè)施三部分組成。其中大壩為粘土斜墻土石混合壩，最大壩高51m，壩頂軸線長165m，壩頂寬4m，上游壩坡平均坡比1：3.5；下游坡比平均坡比1：1.83。2002年由水利主管部門核定大壩為三類壩，該水庫堤壩需進(jìn)行除險加固。

三、滲漏現(xiàn)象及原因分析

1 998 年實測壩體干密度最小值為1.36g/cm3，最大值 1.76g/cm3，平均值 1.56g/cm3，合格率僅9.7%，壓實度0.9%。在深度22.5～28.0m標(biāo)貫擊數(shù)N63.5=4.6擊；深度4.5～7.8m，標(biāo)貫擊數(shù)N63.5=2～3擊，這兩處土層處于軟塑狀態(tài)，土質(zhì)疏松，質(zhì)量較差。從地勘資料分析，壩體填土不均是壩后滲漏發(fā)展及壩體險情的原因之一，1994年的處理范圍較小，未從根本上解決問題。

四、壩體劈裂灌漿設(shè)計

1.壩體劈裂灌漿

根據(jù)該水庫滲漏原因分析，選用劈裂灌漿作為壩體防滲的技術(shù)措施，與壩基帷幕灌漿同時實施。劈裂灌漿是以水力劈裂理論為基礎(chǔ)，根據(jù)壩體小主應(yīng)力面沿壩軸線分布的規(guī)律布設(shè)灌漿孔，利用灌注泥漿較大的孔口壓力，有效地將孔壁土體沿縱向劈開，并灌注漿液，沿壩體軸線形成一道近似豎直連續(xù)的漿體防滲帷幕。兩側(cè)與漿脈連通的所有裂縫、洞穴、砂層等隱患均被泥漿充填擠密壓實，同時通過漿壩互壓、泥漿析水固結(jié)和壩身土濕陷密實等作用，使?jié){液影響范圍內(nèi)的土體得到壓密，內(nèi)部應(yīng)力得以調(diào)整，恢復(fù)壩身應(yīng)力平衡，促使壩身應(yīng)力變形穩(wěn)定，從而使壩身達(dá)到防滲加固的目的。

該水庫劈裂灌漿布設(shè)主、付兩排孔，主排孔沿大壩軸線全壩段布設(shè)，長度165m；付排孔在主排孔上游1.5m處的左右兩壩肩，分別長35m，50m。設(shè)計孔深至基巖面，設(shè)計孔距5m，分兩序孔進(jìn)行施工。設(shè)計總進(jìn)尺1950m，鉆孔數(shù)51眼。灌漿土料選用重、粉質(zhì)壤土。要求粘粒含量20%～3O%、粉粒含量30%～50%砂粒含量1O%～25%；塑性指數(shù)10%～16%；有機(jī)質(zhì)含量小于2%；可溶鹽含量小于8%。漿液容重自初灌到終灌按先稀后稠的原則，一般為12～16kN/m3，粘度 3O～7OS，粘度不宜過高，否則送漿困難。當(dāng)土料粘粒含量過低時，可加入一定量的膨脹劑。灌漿壓力是劈裂灌漿施工中的重要控制指標(biāo)，一般分為起劈壓力、最大允許壓力和正常灌漿壓力。劈裂灌漿應(yīng)在保證大壩安全(控制孔口壓力小于壩體自重)的前提下，要求最大控制孔口壓力要使劈開的裂縫達(dá)到設(shè)計灌漿帷幕厚度。

2.確定灌漿壓力

土壩劈裂灌漿壓力可按下列公式初步計算，并經(jīng)試驗確定。

P—劈裂灌漿壓力，kPa或KN/m2；

y—為壩體土的重力密度，kN/m3；

H—為劈裂點以上的壩高，m；

σt—為壩體土的抗拉強(qiáng)度，由試驗確定，KN/m2；)，

y1—為灌注漿液的重力密度，kN/m3；

h—為注漿管高度,m。

五、劈裂灌漿工程施工

1.灌漿設(shè)備。主要需造孔機(jī)、泥漿攪拌機(jī)、泥漿泵、水泵和配套的動力機(jī)組及注漿管、輸漿管、壓力表、比重儀、運(yùn)土設(shè)備等。

2.灌漿工藝流程

(1)布孔及造孔。根據(jù)設(shè)計及實驗確定的孔距，沿壩軸線量距，定位布孔，縱向偏差小于5cm，上下游偏差小于3cm；造孔采用機(jī)械錘擊摩擦桿擠壓成孔，或采用液壓式錐探機(jī)將鉆桿壓入預(yù)定深度，以保證灌漿孔與注漿孔(鉆桿兼注漿管)的良好阻塞，確?？椎紫扰?。鉆孔偏斜度不大于孔深的2%。

(2)制漿及灌漿。制漿、灌漿應(yīng)同步進(jìn)行。采用攪拌機(jī)濕法制漿，制漿應(yīng)經(jīng)過攪拌、篩漿、拌漿等工序，除去大顆粒砂石及雜質(zhì)，以確保漿液連續(xù)均勻供應(yīng)。同時應(yīng)測定泥漿密度和粘度，若不符合要求應(yīng)調(diào)整水土比；灌漿采用孔底注漿，全孔灌注的方法，灌漿應(yīng)按先稀后稠的原則，即開始用稀漿(容重1.2t/m3)，待壩體劈裂后用濃漿(容重1.4t/m3)。按照實驗確定的灌漿序次、復(fù)灌次數(shù)和間隔時問進(jìn)行復(fù)灌。

(3)控制灌漿孔最先劈裂點。若灌漿孔阻塞不當(dāng)或不阻塞，則最先劈裂部位一般多在壩高的中上部，這樣就會造成漿脈中上部寬下部窄的現(xiàn)象。為使?jié){脈厚度上下均勻，應(yīng)采用“全孔阻塞，孔底劈裂”的工藝。

（4）終孔標(biāo)準(zhǔn)及封孔。終孔標(biāo)準(zhǔn)為:

①每孔達(dá)到設(shè)計要求的復(fù)灌次數(shù)；

②連續(xù)兩次達(dá)到設(shè)計要求的孔口壓力，并穩(wěn)定在10min以上，每分鐘吃漿量小0.03/m3；

③在設(shè)計壓力下開灌15min內(nèi)，連續(xù)三次壩頂縱向裂縫大范圍冒漿。只要達(dá)到上述兩點要求，即可終灌。封孔是在注漿孔內(nèi)連續(xù)注入容重大于1.6t/m3。的稠漿直至漿面不再下降為止，并在孔口用于土封堵?lián)v實。

3.對裂縫及冒漿的處理

因壩體填土土料不一，疏密不均，在灌漿施工過程中，由于漿壩互壓及濕陷密實作用，某些壩段可能產(chǎn)生不均勻變形，出現(xiàn)弱應(yīng)力破壞，使壩體內(nèi)部土體產(chǎn)生應(yīng)力調(diào)整平衡，從而出現(xiàn)橫向或斜向裂縫、冒漿、串漿等現(xiàn)象，對此應(yīng)加以控制及處理。

(1)裂縫處理。在灌漿期間壩頂出現(xiàn)縱向峰，若因壩體填土碾壓質(zhì)量差，泥漿析水引起堤身土濕化變形的濕陷縫，可繼續(xù)灌漿不做處理；若為劈裂縫則應(yīng)加強(qiáng)觀測，當(dāng)裂縫發(fā)展到1～2cm寬時，可沿裂縫開挖填土夯實，形成阻漿蓋；或適當(dāng)降低孔口壓力，采取少灌多復(fù)的辦法，但宜控制最大裂縫不超過3cm。

(2)冒漿處理。因壩體存在有裂縫、洞穴等隱患，灌漿期間壩坡、壩頂?shù)瘸３霈F(xiàn)冒漿。對壩坡冒漿可采取在原灌漿孔內(nèi)用濃漿停灌間歇的辦法處理，還可結(jié)合堆砂反濾封堵冒漿口；灌漿初期的壩頂冒漿，可采取降低灌漿壓力和輸漿量或在冒漿處做阻漿蓋阻止冒漿；灌漿后期的壩頂冒漿可不處理；灌漿中出現(xiàn)串漿時，應(yīng)加強(qiáng)觀測、分析，在確認(rèn)對堤防安全無影響時，可采取對灌漿孔口和串漿孔同時灌漿，或在灌漿孔口加木塞，然后繼續(xù)灌漿。

六、劈裂灌漿效果觀測

工程完工后，2005年6月水庫管理處進(jìn)行了大壩壩體浸潤線、壩后滲漏量、大壩位移等項目的觀測，結(jié)果如下：

浸潤線觀測所繪制的曲線與設(shè)計線對比，符合設(shè)計要求，當(dāng)蓄水位達(dá)到851m高程時，0+130測流斷面浸潤線中的1—4孔觀測成果顯示與設(shè)計基本吻合，0+090測流斷面浸潤線5—8孔斷面觀測成果比設(shè)計浸潤線還低，表明防滲效果明顯。

滲漏觀測：經(jīng)過防滲處理，壩后滲漏量在相同蓄水位情況下，有了明顯減少：如庫水位842m高程時，2000年滲漏量為14L/s，2005年工程加固后為6.4L/s，滲漏量比加固前減少了54.28%；2000年庫水位847m高程時，滲漏量為15L/s，2005年工程加固后為8.8L/s，加固后滲漏量減少41.33%。

當(dāng)蓄水位達(dá)到851m高程時，滲水量穩(wěn)定在12L/s，850m以上高水位持續(xù)時間達(dá)到56天，并未導(dǎo)致滲水量增加，說明施工達(dá)到了設(shè)計預(yù)期效果。

[1]陳杰東.土壩劈裂灌漿施工技術(shù)[J].西部探礦工程，2007，11.

[2]沈文華，王志.劈裂灌漿施工技術(shù)在黑松林水庫壩體加固中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2005，11.