劈裂灌漿技術在水庫除險加固中的應用

摘要：隨著我國中小型水庫病險加固工程的實施，人們對水庫的防滲加固技術提高了重視。為了能夠有效地提高壩體的穩定性，文章結合云浮市東風水庫加固工程，闡述了劈裂灌漿技術在水庫除險加固中的應用，對劈裂灌漿技術的推廣具有積極的意義。

關鍵詞：水庫加固;劈裂灌漿;施工技術

在水利工程建設中，土石壩在眾多的壩體工程中運用最廣，在土石壩快速發展的過程中，時有發生一些安全事故，給人們的生命財產安全造成嚴重威脅，因此我們必須對這個問題進行深入思考。劈裂灌漿是一種利用水力劈裂原理有控制地劈裂壩體，并灌入黏土泥漿，形成防滲泥墻，同時也使泥墻連通的其他裂縫、洞穴、軟弱夾層等壩體隱患在漿液的充填和擠壓下變得密實，使壩體達到防滲和加固目的的一種施工方法。

1 工程概況

東風水庫位于云安縣石城鎮，距云浮市區37公里，壩址以上集雨面積33.6平方公里，主河全長13.3公里，河流平均坡降為0.01，水庫總庫容為1401萬立方米，是一座以灌溉、防洪、發電和養殖等綜合效益相結合的中型水庫。水庫于1970年10月開始籌建，1971年10月正式動工興建，1973年主體工程投入運行，現樞紐工程由大壩、泄洪洞、輸水涵管和電站等組成。最大壩高43.3米，壩頂高程為17O.5m，壩頂長180米，主壩為輾壓式均質土壩。大壩填筑受當時施工條件所限，施工碾壓不均勻，壩體滲漏較大，經過30幾年的運行，現水庫只能控制水位160.0米運行。2005年肇慶市水利勘測設計院勘測報告顯示壩體填筑土屬中等透水性土層，當水位達到162.0（正常蓄水位）時后壩坡就出現大面積濕斑，壩坡面出現不均勻沉陷，經穩定復核計算前壩坡不能滿足現行規范要求，大壩需要進行除險加固。

2" 壩體劈裂灌漿原理

土壩壩體劈裂灌漿技術是依據土壩壩體應力分布規律建立的。土壩壩體應力分析研究成果表明：壩體小主應力面基本沿壩軸線分布這一規律，在壩軸線附近沿小主應力面布置灌漿孔，灌注泥漿時，泥漿便能沿這個弱應力面將壩體劈開裂縫。在泥漿自重和漿、壩互壓作用下，灌入壩體的泥漿反復充填，劈開壩體并逐漸排水固化，在壩體內形成一道近乎垂直連續的防滲墻體。解決了土壩壩體的滲透穩定問題。不僅如此，土壩壩體劈裂灌漿時，灌入壩體中泥漿在壩體內充填擠壓，與劈裂縫貫通的原有裂縫和孔洞在灌漿中得到充填，補充壩體部分土區的小主應力不足，恢復壩體的應力平衡，提高了壩體的整體性。另外，泥漿在排水固結時，析出的水擴散、濕陷、密實壩體，改善土壩內部應力狀況，加固了壩體，提高了壩體的整體性，解決了壩體的變形穩定問題。

3" 水庫除險加固劈裂灌漿技術

土壩壩體劈裂灌漿可解決病險土壩的變形穩定和滲漏穩定問題。在土壩壩體除險加固中具有投資小、見效快、設備和技術簡單、操作方便等優點，已經被廣泛運用。但在具體操作中應把握基本技術參數和施工工藝，保證灌漿的質量，才能達到預期的效果。

3.1 灌漿孔布置

（1）孔位布置。應按河槽段、岸坡段、彎曲段和其它特殊壩段的不同位置情況進行布孔，在河槽段，一般沿壩軸線（或稍偏上游）布孔，必要時在灌漿軸線上下游布置副排孔，鉆孔排數應根據壩體隱患的范圍和程度確定;在岸坡段、彎曲段和其它特殊壩段，由于壩體內部應力復雜，灌漿初期一般采用多排梅花形布孔，并采用“少灌多復” 的辦法，調整壩體應力，灌漿后期，沿壩軸線布孔，形成連續的帷幕。

（2）孔深及孔距?？咨顟笥陔[患深度2-3m，如布置雙排孔或多排孔時，副排孔處如無隱患，孔深可為主排孔深的1/3;孔距在河槽段孔深>15m 時，可采用5-10m;孔深<15m 時，可采用3-5m，可通過現場灌漿試驗確定。岸坡段、彎曲壩段布孔應適當縮小孔距，或通過試驗確定。

（3）孔序。為使漿液在壩體中有充分的析水固結時間，應分序灌漿。根據施灌壩段的長短來確定序數，如果壩段過長且灌漿機組少，一般分為兩序，如壩段較短則可分為三序或四序。

3.2 灌漿材料選擇

漿液土料基本上是采用與壩料的物理力學指標基本接近的土料，但由于各類壩型和填筑壩料的不同，對原材料的要求也不一樣。通過大量工程實踐，目前我縣采用的灌漿材料為粘土水泥漿液，一是膠結快，后期強度高;二是一次性灌入量大，減少復灌次數，三是可縮短工期。

3.3 灌漿壓力計算

灌漿壓力計算。一般確定灌漿的最大孔口壓力是指注灌漿管上端壓力表的壓力值，根據工程實踐一般灌漿孔口壓力為0.01-0.05MPa。最大允許孔口壓力可按公式估算，公式為

△p = y H ±γh。

式中：△p-灌漿孔壓力;Y-壩體土的密度;H-計算點以上壩高;γ-灌漿密度;h- 全孔灌漿時，注漿管高度。

鑒于灌漿壓力的大小不僅與灌漿范圍大小、水文工程地質條件等因素有關，而且還與地層的附加荷載及灌漿深度有關，所以不能用一個公式準確地表達出來，應根據不同情況通過經驗和灌漿試驗確定。為了簡化計算，方便施工，根據有關資料、施工實踐、灌漿壓力，可根據不同的深度確定見下表：

表1 "灌漿壓力值

孔深（m）

﹤10

10-15

15-20

﹥20

灌漿壓力（MPa）

0.15

0.15-0.2

0.2-0.3

0.35

3.4 鉆孔灌漿

3.4.1 壩體灌漿

（1）灌漿槽段：先灌河槽段，后灌岸坡和彎曲段;

（2）灌漿孔序：先灌副排一序孔，插灌二序孔。

壩體劈裂灌漿的施工采用孔底注漿全孔灌注法，灌漿采用“稀漿開始，濃漿灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多復，控制漿量” 的原則。用全孔底灌注法可由孔底反向全孔使孔內泥漿處于半循環狀態，有利于提高灌漿質量，注漿孔距鉆孔底部0.5-1.0m，孔口壓力保持在設計要求的壓力指標上，灌漿開始，先用稀漿灌3-5min，然后加大泥漿稠度至設計要求。每次灌漿后，要提一提注漿管，以免孔底堵塞和孔口冒漿，灌1-2 次后，可提高1-2m。

3.4.2 壩體與基巖接觸帶灌漿

壩體與凹凸不平的基巖面直接相連，壩體回填時基巖和壩體接合不十分緊密，在高水位作用下局部出現接觸滲漏，造成集中滲流和接觸沖刷。經反復試驗，采取以下方法：

（1）鉆孔鉆到距基巖面0.5-1.0m 時，用擊入法將套管下至基巖面，由于基巖面凹凸不平，套管不可能與基巖面完全接觸，但在擊入過程中套管可以與壩體緊密接合，保證漿液沿壩體與基巖接觸面流動。

（2）在漿液沿接觸面流動且局部壩體質量較差時，部分漿液將進入壩體，造成壩體的劈裂、冒漿和隆起變化。針對這種情況，對壩體隆起變化不大，或雖產生裂縫，但未冒漿，可在低壓下結束灌漿，待凝結后在規定壓力下進行復灌;對壩體隆起變化較大，或發生冒漿，應立即停灌，待初凝后進行復灌。這樣既可把壩體與基巖接觸面及壩體裂隙灌好，又保證了大壩的安全，效果良好。

3.4.3 基巖表層風化破碎帶灌漿

基巖表層風化嚴重，巖石破碎，且被較多的粘土、碎石等松散物充填，鉆孔不易沖洗干凈，灌漿在壩頂上進行，灌漿壓力的增加受到限制，漿液不易被灌入。為了保證灌漿質量，一是縮小段長。將一個灌段5.0m分為1.5m、1.5m、2.0m 三段進行灌漿，段長越小，裂隙的差異性越小，壓力越集中，越易被灌好;二是逐級提高壓力，在保證大壩安全的前提下，增加漿液的擴散范圍，在較高的壓力下結束灌漿。

4 劈裂灌漿的質量控制

有效地控制劈裂灌漿施工，是確保工程質量達到設計要求的關鍵。在水庫加固施工過程中，要施工步驟、操作要求、問題處理（裂縫、冒漿、串漿、隆起等）、施工技術措施以及管理制度等五個方面加以控制。采用“先稀后稠、少灌多復”的原則。一是每個灌漿孔都要經過多次復灌，前兩次應避免壩頂裂縫，后幾次復灌時，壩頂裂縫寬度控制在3cm 以內;二是孔口壓力控制在設計最大允許灌漿壓力之內;三是每孔必須達到終孔后，方能起管，直至漿面不再下沉為止，最后加填夯實。

5 結束語

綜上所述，劈裂灌漿簡便易行，速度快，質量可靠，防滲效果好，經濟適用，是土壩防滲加固的有效方法之一。通過不斷改進施工技術，劈裂灌漿將對土壩除險加固具有很大意義。東風水庫大壩壩體通過劈裂灌漿，達到漿壩互壓作用和壩體濕化變形，補充了壩體小主應力，調整了壩體內部的應力不平衡狀態，增加了壩體穩定性，提高了壩體防滲效果。

參考文獻：

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