灌漿施工技術在土壩加固處理中的應用

□李向揚（深圳市廣匯源水利建筑工程有限公司）

貝墩水是浰江一級支流，由優勝水和長塘水匯合而成，發源于下車鎮翰婆坳，流經長塘、優勝、貝墩、彭寨、東水等鄉鎮。流域集水面積707km2，河流長度86.3km，平均坡降2.4‰。流域中上游多為高山峻嶺，河流湍急，兩岸坡陡，基巖裸露，山多地少，草木茂盛，植被良好，水頭流失較少。

老園水庫于1970年10月動工興建，1972年年底建成運行，是以發電為主，結合防洪、灌溉于一體的綜合性中型水利樞紐工程，灌溉面積800hm2，多年平均發電量1470萬kWh，是和平縣的骨干水庫和骨干電站，在山區經濟發展中起到了極為重要的作用。

土壩壩體填土為粘（粉）土質砂（礫）和局部砂質粉土，土質松散。砂礫含量高、粘粒含量低，孔隙比大，干密度低，屬中～強透水性。基巖為流紋巖，強風化帶巖芯破碎，節理發育，屬中等透水性；弱風化帶節理較發育，微風化帶節理不甚發育，屬弱～微透水性。

1.施工特點

本工程灌漿施工方法有3種，土壩采用充填灌漿、劈裂灌漿、帷幕灌漿。灌漿工程施工工序較多、進場施工設備較多，要做好施工協調和調度工作，精心組織，確保工期實現。

土壩的灌漿施工包括砂礫石層基礎帷幕灌漿、壩體充填灌漿和壩體劈裂灌漿。充填灌漿適用于處理性質和范圍都已確定的局部隱患；劈裂灌漿適用于處理范圍較大，而且問題的性質和部位又都不能完全確定的隱患。

劈裂灌漿孔軸線為現狀土壩軸線及現狀土壩軸線下游2m雙排布置，樁號0+006.0～0+120.0壩段，劈裂灌孔孔距為5m，孔底端至強風化流紋巖層1m。采用3序施工，孔口壓力暫定為0.15～0.5MPa。

充填灌漿布置在壩高＜8m左右兩岸壩頭，采用雙排充填灌漿，灌漿孔至強風化流紋巖層1m，梅花形布置，排距2.0m,孔距2.5m。右岸壩頭充填灌漿范圍由樁號0-010.0～0+006.0，左岸壩頭充填灌漿范圍由樁號0+120.0～0+133.0。

帷幕灌漿布置在現狀土壩軸線樁號0-010.0～0+133范圍壩段，孔距為2m，孔深由強風化流紋巖層至透水率＜5lu線以下2m。

2.施工準備

2.1 確定觀測點位置，埋設好必需的觀測標點，沿壩軸線方向每隔10m設一組觀測標點，每組分別在壩頂上、下游壩肩處各設一個觀測標點，標點用樁或混凝土樁。

2.2 準備觀測和試驗儀器以及觀測記錄表和成果表。

2.3 準備機械設備和布置好制漿、灌漿機械及土料堆放，灌漿機械施工流程如圖1。

圖1 灌漿機械施工流程圖

2.4 施工前做好灌漿試驗，選好有代表性壩段，按灌漿設計進行布孔、制漿、灌注。觀測灌漿壓力，吃漿量及泥漿容重，壩體位移和裂縫，試驗孔≥3個。試驗結束后分析資料，總結經驗，修改參數，完善和熟練灌漿工藝，作為全面施工的依據。

2.5 對所用土料及漿液進行試驗。土料試驗包括顆粒分析有機質含量及可容鹽含量等，漿液試驗包括容重、粘度、穩定性、膠體率及失水量等。

3.灌漿造孔

3.1 首先按設計要求布孔，然后按設計要求3序造孔，分兩序跳躍式造孔。

3.2 造孔鉛直偏斜控制在孔深的1.5%。采用泥漿護壁。

3.3 做好造孔的記錄和描述。如有發現特殊情況時，做好詳細記錄并分析處理。

4.漿液制作

砂礫石層帷幕灌漿材料主要是水泥和粘土，土壩壩體灌漿所用漿液為土料。

4.1 砂礫石層帷幕灌漿常用的灌漿材料為水泥粘土漿。水泥粘土漿中水泥和粘土的比例為，水泥:粘土＝1:1～1:4（重量比），漿液濃度范圍為，干料:水＝1:1～1:3（重量比）。

4.2 各類漿液必須攪拌均勻，測定漿液密度和黏滯度等參數，并作好記錄。

4.3 灌漿用的水泥必須符合規定的質量標準，不得使用受潮結塊的水泥。水泥不應存放過久，出廠期超過3個月的水泥不應使用。

4.4 土料應先在泥漿池內浸泡數小時后攪拌成漿,制漿土料物理性質指標如下：攪拌機把土料及水混合、攪拌成漿，通過過濾篩和沉淀清除大顆粒和雜物，灌漿前再通過35孔/cm2的過濾篩。

4.5 漿液各項指標按設計要求進行控制，灌漿過程中漿液容重和輸漿量按每小時測定1次，漿液的穩定性和自由析水率10d測1次，并做好記錄，如漿料發生變化，及時進行調整。

5.灌漿施工：充填灌漿和劈裂灌漿

充填灌漿適用于處理性質和范圍都已確定的局部隱患；劈裂灌漿適用于處理范圍較大，而且問題的性質和部位又都不能完全確定的隱患。

名稱 技術塑性指數 8%～15%粘粒含量 20%～30%粉粒含量 30%～50%砂粒含量 10%～30%

充填灌漿和劈裂灌漿施工過程的主要區別為灌漿壓力。充填式灌漿是利用漿液自重進行防滲堵漏來提高壩體的防滲能力及整體性。劈裂灌漿則是利用一定的灌漿壓力，將壩體劈裂灌漿以提高壩體的防滲能力及整體性。

在施工前要選定有代表性的壩段進行試驗，根據勘探資料和試驗數據合理調整劈裂灌漿的施工參數。本工程灌漿依據施工設計圖執行《土壩壩體灌漿技術規范》，每一個工序嚴格按規范控制。

5.1 按鉆孔順序分序進行灌注

5.2 采用孔底注漿全孔灌注的方法進行灌注。把注漿管放置離孔底0.5～1.0m處，然后用織布和粘土把注漿孔上段0.5～1m外，周圍密封，即可往孔內注漿，經過幾次灌漿，基本不吃漿或孔口壓力達到或接近設計灌漿壓力時，立即停灌，并將灌漿管提升3～4m，再繼續灌至設計要求，如此進行反復灌注。直至該孔達到設計要求為止。

5.3 灌漿開始時，先采用稀漿灌注，經過3～5min后再加大泥漿稠度，若孔口壓力下降和注漿管出現負壓（壓力表讀數為0以下）時，立即進行再加大漿液稠度。漿液的容重按技術要求嚴格控制。

5.4 在灌漿中，先對第1序孔輪灌。采用“少灌多復”的方法待第1序孔灌漿結束后，再進行第2序孔。

5.5 每次最大灌漿量應按設計要求控制，一般以1m3/m為宜，每孔灌漿次數應通過試驗確定，根據施工經驗，一般為6～10次。

5.6 如難以定向劈裂，則采用加密孔距，減少灌漿壓力和1次灌漿量（1次灌漿量＜1m3/m），實行輪灌，增加復灌次數或相鄰兩孔或幾孔同時灌注方法進行，這樣有利于沿鉆孔布置方向定向劈裂。

5.7 作好灌漿記錄，并繪制圖表。

6.灌漿施工：帷幕灌漿

帷幕灌漿主要是用漿液灌入土層的裂隙、空隙，形成阻水幕，以減少滲流量或揚壓力的灌漿。

6.1 灌漿方式:本標段工程的帷幕灌漿采用循環式灌漿。循環式灌漿是指漿液通過注漿管注入到孔段內，部分漿液滲入到巖體裂隙中，部分漿液通過回漿管返回，保持孔段內的漿液呈循環流動狀態的灌漿方式。這種方式一方面使漿液保持流動狀態，可防止水泥沉淀，灌漿效果好；另一方面可以根據進漿和回漿液相對密度的差值，判定巖層吸收水泥的情況，如圖2。

圖2 循環式灌漿圖

6.2 灌漿方法:本標段工程的帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿法。自上而下分段灌漿法是從上向下逐段進行鉆孔，逐段安裝灌漿塞進行灌漿，直至孔底的灌漿方法。

6.3 水灰比控制：帷幕灌漿采用普通硅酸鹽水泥，漿液濃度,應由稀到濃，逐級改變。漿液的水灰比〔重量比〕采用5:1；3:1；2：1；1.5:1；1:1；0.8:l；0.6:1 七個級別。起始水灰比一律采用 0.8:1，不取決于是巖石的單位吸水率ω的大小。

6.4 孔口第一段至第三段灌漿壓力分別為1MPa、1.5MPa，以下各段為1.5MPa至終孔。

6.5 從第4段開始，灌漿壓力應盡快升至設計規定值，若遇到吸漿量大等原因，不能立即升到設計壓力時，應遵循表吸漿量控制灌漿壓力。

6.6 灌漿時，當灌漿壓力保持不變，吸漿量均勻減少時；或吸漿量不變，壓力均勻上升時，灌漿應繼續進行，不得改變水灰比。

7.灌漿綜合控制

綜合控制包括：灌漿壓力控制，灌漿量控制，裂縫開展寬度控制，橫向水平位移控制。綜合控制施行于灌漿過程的始終。

7.1 每孔每次平均灌漿量，以孔深計每米孔深控制在0.8m3以下，每孔灌漿次數應要6次以上。灌漿過程可按實際土質情況而定。

7.2 兩次灌漿間隔時間一般不應＜5d，實際間隔時間要根據壩體和漿液固結時間而定。

7.3 孔口壓力，應控制在設計最大允許灌漿壓力以內，孔口壓力≤0.5MPa。

7.4 灌漿時，壩頂上、下游兩壩肩處橫向水平位移的允許量應根據試驗確定，一般控制在3cm以內，要求在停灌后能基本復原。

7.5 應盡量推遲和限制壩面出現裂縫，裂縫限制寬度應根據灌漿試驗確定，一般控制在2cm以內，要求在停灌后壩體裂縫能基本閉合。

7.6 灌漿形成的每道泥墻≥15cm。

8.灌漿結束標準及封孔

8.1 當漿液升至孔口，經連續復灌3次不再吃漿時，即可終止灌漿。

8.2 當每孔灌完后，可以將漿管拔出，并注滿容重＞1.5t/m3的稠漿。如果漿面下降，可繼續注稠漿，直至漿面升至壩頂不再下降為止。

9.結語

老園水庫經過壩體灌漿加固，壩體的整體性、穩定性和防滲能力明顯提高。原壩體基礎滲漏、壩體開裂沉陷等問題得到有效的解決，達到理想的效果和施工效益。