劈裂灌漿技術在水利工程中的應用

【摘 要】劈裂灌漿技術是我國首創的土石壩除險加固技術，主要用于解決病險土石壩的滲流問題，自20世紀70年代開創以來，已取得了巨大的經濟和社會效益。龍林水庫在使用劈裂灌漿后不久，在壩頂挖槽檢查劈裂灌漿的效果，被劈裂壩體粘土充填均勻密實，又經過十年運行觀測，原來漏水點得到封堵，大壩下游面也沒有發現新的漏水點，壩體劈裂灌漿達到了預期的效果。說明了該項技術在水利工程中應用的可行性及其良好的效果。

【關鍵詞】土壩；劈裂灌漿；施工

1工程概況

龍林水庫位于大姚縣金碧鎮龍林村，屬金沙江水系龍川江一級支流蜻蛉河支流。水庫始建于1957年，1990年擴建為?。ㄒ唬┬退畮?，是一座以農業灌溉為主兼顧防洪的?、逍退こ?。壩址以上控制徑流面積10.40km2，經復核水庫總庫容為108萬m3，灌溉面積為2250畝，保護耕地0.25萬畝。水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水隧洞組成。大壩為粘土心墻壩，最大壩高25.50m，壩頂長185.00m，溢洪道布置于大壩右壩肩，輸水隧洞布置于大壩左岸山體內。1993年8月竣工，當年投入運行后就發現大壩有滲透現象，下游壩坡浸濕面積達700m2。

2 滲漏原因分析及危害性

2.1 滲漏原因分析

2.1.1 由于當地缺乏優質土料，建壩心墻所用的土料中局部夾有含角礫、碎石土，壩殼料采用風化砂質泥巖碴料填筑。并且，限于無大型施工機械碾壓設備，土料壓實不規范，施工質量差，整個壩體鋪土厚薄不均，碾壓遍數不均，含水量控制不嚴，土料碾壓密實度不能達到設計要求，從而造成壩體有架空和漏水通道存在。

壩體心墻土質不符合要求及密實度較差是造成壩體滲漏的主要原因之一。

2.1.2 壩基基礎土層為碎石土，呈半膠結態，塊徑一般20～60 cm，最大塊徑100cm，屬中等透水層～強透水層，施工時未進行基礎防滲處理，壩基基礎也普遍存在分散性滲漏。

2.2 危害性分析

2.2.1 壩體滲漏：庫內水體透過壩身滲流而造成水量流失。同時，影響土質壩體的穩定，危害大壩安全。輕則壩體出現局部集中滲漏、管涌，嚴重的就會出現潰壩。

2.2.2 接觸面滲漏：大壩建在中強透水土層上，違背設計原則。庫水會透過壩基土體和壩基與壩體接觸面滲流而造成水量流失。滲漏水嚴重的話，水庫會失去正常蓄水功能。

3 灌漿施工

為確保水庫灌漿防滲處理以后能恢復水庫正常蓄水的功能，依據設計要求，壩體土采用劈裂灌漿工藝，壩基碎石土采用水泥灌漿防滲帷幕工藝，本文介紹壩體劈裂灌漿施工部分。

3.1 灌漿材料選擇

由于當地無法找到優質粘土，將海涂泥送實驗室對其進行各項性能指標的測試：其容量為1.35～1.55 g／cm3 ，粘度20～70s，穩定性0.1～0.15 g／cm 3 ，膠體率>70％，失水量10～30 cm／30 min，含砂量<10％。粘土各物理力學指標基本符合規范的要求。

3.2 劈裂灌漿工藝流程

工藝流程詳見圖1

圖1 工藝流程示意圖

3.3 鉆孔

本工程劈裂灌漿范圍為樁號0+003～0+196 m，共計193.0 m，孔距為2.0 m，共布孔98個，要求分二序施工，先完成I序孔后，才能對Ⅱ序孔進行施工，灌漿深度以鉆穿壩身控制。

3.3.1 放樣布孔

按設計圖紙對各序灌漿孔進行精確孔位放樣，并分別做出明顯標記。單號為I序孔，雙號為Ⅱ序孔。

3.3.2 鉆機就位

根據放好的孔位，擺穩鉆機，校正平臺及立軸，確保平臺水平，立軸豎直?？孜黄?lt;3 cm。

3.3.3 造孔

劈裂灌漿造孔采用回轉式鉆機，造孔采用套管取土法或濕鉆法，嚴禁沖水鉆進。護壁套管采用單管，套管尺寸為φ108 mm。

3.4 泥漿制備

3.4.1 泥漿制備時，泥漿質量必須符合SD266-88《土壩壩體灌漿技術規范》的規定。

3.4.2 泥漿池的容量必須滿足一天用的容積，劈灌施工時，不允許邊拌制泥漿邊使用，必須保證泥漿有4 h以上的沉砂過程。

3.4.3 劈灌開始時，泥漿容重為1．3～1．4 g／cm3，劈開后應為1．5～1．6 g／cm 3，為此要分設泥漿池，才能滿足劈灌的技術要求。

3.4.4 沉砂池與泥漿池需及時清理。劈灌時，當泥漿池中存漿不多時，若發現池底沉砂混入漿中，應立即停灌處理。

3.4.5 泥漿性能控制：初灌時，泥漿容重應為1．3～1．4g／cm3 ，劈開后，泥漿性能的驗收標準為：容重≥1．45 g／cm3 ，粘度=20～70s，穩定性<0．15 g／cm3。

3.5 灌漿

灌漿段以上土體用套管保護。在河槽段第1、2次劈灌，套管保護長度約為土體厚度的70％；第3、4次復灌約40％；第5次及以后，套管保護長度約2．5 m左右。注漿管須保持在離孔底1m左右，第5次及以后可向上提至約1／2壩高。

每次單孔灌漿量控制：在河槽段以每米段長0．5～1．0 m3控制，在岸坡段以每米段長≤0．2 m3?？刂啤?/p>

3.6 劈灌壓力控制

灌漿孔壓力由 ，式估算，式中：γ為土體密度，取1．9 t／m3 ；h為計算點以上壩高； 為土的單軸抗拉強度，取0．03 MPa； 為粘土漿密度，取1．45 t／m ； 為泥漿柱高。

3.7 劈裂重復次數與間隔時間

重復灌漿次數≥7次，每次間隔時問為5 d。其它技術要求按《土壩壩體灌漿技術規范》的要求執行。

3.8 劈裂灌漿結束標準

當漿液升至孔口，經連續復灌3次不再吃漿，即可終止灌漿。

3.9 封孔

封孔采用1．50 g／cm3密度的稠漿，漿面下降須及時補灌，直至不再下降為止。

3.10 灌漿記錄

3.10.1 原始記錄應包括開灌時間、劈灌壓力及時問。

3.10.2劈開后每5 min錄一次孔口壓力、泥漿比重、灌人漿量(換算成干土重)。每15min記錄一次泥漿粘度。

3.10.3 原始記錄還應記錄壩頂裂縫出現時間、范圍、冒漿地點、停機灌孔間的互通孔段等。Ⅱ序孔劈灌時，需在灌漿前、灌漿過程中及灌漿后觀測臨近孔的漿面變化并加以記錄，以了解各孔劈通及聯幕情況。

3.11 灌漿監視及注意事項

為確保土壩壩體灌漿質量和安全，應在壩頂灌漿軸線鉆孔上下游的兩側布置觀測樁，以對劈裂灌漿過程中壩頂出現裂縫、冒漿、串漿等情況進行有效控制，一般設樁間距為20 m。灌漿過程中，應一邊灌漿一邊監視，以隨時掌握壩體變化情況；正常施工期間，一般每天觀測2次；非灌漿期間，應每5天觀測1次。

灌漿裂縫的控制標準為：當壩頂鉆孔之間出現橫向裂縫并有泥漿滲出，以縫寬小于3．0 cm進行控制，同時，為嚴格控制好劈裂質量，應注意如下事項。

3.11.1 劈灌時，受灌孔附近不得有鉆機、枕木及其他堆積重物，要嚴格按照技術要求進行施工。為確保劈裂灌漿施工質量，結合規范，本水庫限制縫寬控制在3．0 cm以內，停灌后壩體裂縫基本閉合后再進行。

3.11.2 劈裂灌漿施工應盡量安排在白天進行，以提高壩頂監測樁測量的準確度，如遇臺風或強降雨天氣，灌漿施工應該停止。

3.11.3 劈裂灌漿過程中，當壩頂出現橫向劈裂縫并有漿液從裂縫中滲出時，要馬上停灌施工。

3.12 質量檢查與處理效果

灌漿結束3個月，通過壩頂挖槽檢查劈裂灌漿的效果，被劈裂壩體粘土充填均勻密實，在一條基本均勻灌縫兩邊，局部呈樹根狀分布，壩體縫隙得到有效充填，各孔劈通及聯幕情況良好。經過一個雨汛期和灌漿結束1年后，按照要求對大壩防滲灌漿部分進行分項驗收，在查看灌漿記錄、成果資料、壩頂挖槽檢驗劈通及聯幕照片以及實地檢查大壩下游面是否有滲漏水部位后，結果沒有發現有滲漏的部位。

該水庫自1997年6月開始灌漿施工，至1998年1月大壩防滲灌漿結束，10年后，對大壩下游壩坡、壩腳和原先滲漏的部位進行觀測，沒有發現滲漏水部位。實踐表明，所采用的劈裂灌漿工藝方法以及壓力值選取是合適的，劈裂灌漿防滲堵漏達到了預期效果。