劈裂灌漿施工技術在羅坑徑水庫壩體防滲加固中的應用

□林文平

一、工程概況

羅坑徑水庫位于廣東省博羅縣麻陂鎮境內，距麻陂鎮7km，為小(1)型水庫，工程樞紐由主壩、副壩、溢洪道、灌溉涵管等組成。主壩為均質土壩，其中最大壩高21.5m，壩頂長110m，水庫的任務以灌溉為主兼顧防洪、城鎮供水。

從施工期布設先導孔所探明的地質勘查資料得知，主壩壩體填筑土多為含礫粘土，干密度在1.29～1.48g/cm3之間，孔隙比在0.847～1.136 之間，數值波動變化較大，說明壩體的填筑質量不穩定，絕大部分填筑土粘性較差，結構較為松散，因此壩體的滲透系數較大，經水庫管理單位觀測檢查，在高水位時，發現壩背坡表面濕潤、有滲水，個別部位出現“牛皮漲”現象，當水庫水位稍高時，壩的滲透量加快，給水庫帶來安全隱患。經過加固方案的論證比較，決定主壩壩身及壩基采用壩體劈裂灌注粘土漿進行防滲處理的加固方法，以期達到壩體防滲的要求，確保水庫大壩的安全運行。

二、劈裂灌漿技術的機理

劈裂灌漿技術是一項處理病險堤壩的常用技術。其基本施工工藝是：沿壩軸線小應力面布設灌漿孔，通過較高的灌漿壓力劈開壩體，由防滲漿液沿壩軸線構成垂直連續的防滲帷幕，以解決壩體滲透穩定問題，同時在反復劈裂—回彈過程中的漿壩互壓和析水濕陷固結，使灌漿軸線兩側一定范圍內壩體土的密實度也得到提高。由于采用較高的灌漿壓力，漿液具有劈裂、穿透、充填、滲透等作用，凡是橫穿壩體的洞穴、裂縫、松散土層都被充填滲透、擠壓密實，形成以漿脈為主體，并有一定寬度的防滲帶，從而達到防滲加固的目的。

三、灌漿施工

在本工程施工中，主要是圍繞以下五方面技術要點來進行實施，包括:灌漿布孔、施工設備選擇、灌漿壓力確定、漿液選擇與制作、灌漿過程控制以及特殊情況的處理。

(一)灌漿布孔及設備選擇

沿主壩軸線全線布孔，布置范圍：0+000～0+100樁號，最終孔距5m。為掌握壩體及地基的地質情況，沿布孔線每隔40m布設一個先導孔，以確定灌漿孔底壩基巖和相對不透水層頂線高程。灌漿分三序進行，第一序孔距為20m，第二序孔距為10m，第三序孔距加密為5m?？咨钽@至壩基下3m的相對不透水層(見圖1、圖2)。灌漿設備采用XL-100型鉆機1臺，WJG-80型攪漿機1臺，YSB-250/120型灌漿泵2臺，經緯儀1臺，DS3水準儀1臺，1000L儲漿罐2個。

(二)灌壓力的確定

灌漿壓力分為起始劈裂壓力、單孔灌漿最大壓力和屈服壓力，是在灌漿施工必須確定和嚴格控制的壓力。灌漿壓力受壩高、壩坡、壩體土料特性、壓實質量、鉆孔深度以及實施灌漿的材料等因素影響。根據設計的要求和本工程已進行的先導孔作劈裂灌注試驗，來確定起始劈裂壓力、單孔灌漿最大壓力、屈服壓力和初步估算注漿量，以指導工程的全過程灌漿施工。

本工程通過試灌實測起始劈裂壓力為0.13～0.19MPa，確定單孔灌漿最大壓力為0.23MPa，單孔灌漿最大壓力是灌漿時一定要控制不能超過的壓力。依據已有的經驗和施工圖估算，一般壩體防滲帷幕厚度呈“上下薄，中間厚，兩端薄”的狀態，故擬定漿體厚度為5～10cm。

(三)灌漿材料的選擇與制作

劈裂灌漿制漿材料原則上使用純粘土漿，粘粒含量要適宜，相關的指標應符合規范及設計的要求。本工程的取土料場經試驗，其顆粒級配較合理，有機質可溶鹽含量低，含砂量少，穩定性好，膠體率較高，適于作劈裂灌漿制漿材料。

采用攪漿機濕法制漿，隨時測定泥漿的濃度，漿液稠度由專門人員用比重計進行控制。泥漿濃度在灌漿初始時用稀漿，密度為1.2～1.3kg/cm3,待壩體被劈裂開后改用濃漿，正常灌注漿時濃度可達1.5～1.6 kg/cm3,封孔時濃度可達1.7 kg/cm3以上。土料經浸泡、過篩，送入攪漿機攪拌，制出漿液后再經過兩次孔目為5mm的篩子過濾后，貯入儲漿罐備用。

(四)灌漿過程的控制

灌漿采用孔底注漿全孔灌注法，施灌時按照：稀漿開路、濃漿灌注、分序施灌、先疏后密、少灌多復、控制漿量的原則進行，實施時將注漿管下到離鉆孔底部0.5～1.0m處。其工藝流程按：開挖溝槽→鉆孔→制漿→灌漿→終灌→封孔。具體的施灌方法及工藝依據《土壩壩體灌漿技術規范》執行，在此就不一一闡述。現主要介紹在施工過程中應注意控制的要點：壓力、灌漿量、壩體的變形控制、復灌次數及間隔時間。

1、嚴格控制灌漿壓力。灌漿壓力根據上述試驗初定的大小按每階段控制，使用準確可靠的壓力儀表和儀表旁的排漿閥控制孔口壓力，不得隨意施壓。每孔每次均有專人負責觀測記錄，從起始灌注至終灌均須按照預定的方案進行，通過逐步提高壓力的方式，增加灌漿壓力，并按“內劈外不劈”的原則加以把握，嚴禁一次劈裂很長的情況出現。

2、灌漿量的控制。在灌漿過程中盡量推遲壩頂出現裂縫的時間，采用控制灌漿泵流量等措施控制好每次的灌入量，否則壩體裂縫會逐漸擴大，同時壩體會產生壓縮和位移。制定好停灌標準，當灌注時不吃漿、壩頂連續冒漿3次或孔口壓力達到0.23MPa時，立即停灌，再提升注漿管3.5m，繼續進行灌注，如此反復，直至達到實際要求為止。每次灌漿量控制在5m3以內。

3、壩體的變形控制。本工程重點控制壩體的橫向水平位移與豎向沉陷，在壩軸線方向每隔20m設置一組木樁觀測標點，每組分壩頂、上下游壩肩、背水坡各一個觀測標點，利用經緯儀、水準儀等測量儀器在灌漿期間，每天觀測2次，非灌漿期間，每5天觀測1次，觀測壩體的橫向、豎向的位移情況，同時觀測局部位置的沉陷等其他情況，做好觀測記錄，以判斷壩體的位移是否在規范的范圍內，以便制定對策。

4、復灌次數及間隔時間。按規范每孔必須復灌至少5次以上，第一序孔吸漿量較大，復灌次數也相應多些。按現場的實測，基本每孔復灌6～8次。第二序孔主要起到均勻帷幕的作用，復灌次數可少些，一般為4～5次。第三序孔主要是起到加密、充實帷幕的作用，復灌次數3次。在靠近壩肩兩邊段，因鉆孔深度較淺，三個序段的復灌次數也相應減少?？傊?，依據現場的實際吸漿量、壩體的變化情況，可適當調整復灌次數。

復灌的間隔時間，采用的控制原則是“灌漿量大，間隔時間長；灌漿量小，間隔時間短”。待前一次灌入的泥漿基本固結后，再進行復灌。本工程的復灌時間最短3天，最長22天。

四、灌漿的效果

羅坑徑水庫主壩壩體經劈裂灌漿加固后，原壩體濕潤、滲水及牛皮漲的現象被解除；在正常蓄水位的條件下，檢查壩后埋設的測壓管，其下游坡水位比灌漿前明顯降低；經檢查孔注水試驗，其指標均能滿足設計與規范的要求；測量壩橫斷面面積均比灌漿前略有縮小，說明壩體干密度有一定的提高。

五、結語

在小型水庫土壩壩體防滲加固中，劈裂灌漿技術具有造價低、質量好、易于操作的特點，經過實施可以解決土壩滲漏的問題，提高壩體的密實度，增強水庫大壩的質量標準，使得水庫能正常蓄水，安全運行。實踐證明，劈裂灌漿技術是一項很有應用價值的工程技術，是可行的，值得推廣。