簡析曲江區羅坑水庫大壩防

摘要：劈裂灌漿在土質重力壩加固工程中得到了廣泛應用，壩身防滲效果明顯。特別是對韶關市曲江區羅坑水庫壩頂路面至排水棱體高差大于15米的壩段進行劈裂灌漿處理后，羅坑水庫大壩加固完成蓄水多年后，對滲流量、浸潤線的觀測，較加固以前有明顯改變，達到了預期的效果。

關鍵詞：劈裂灌漿;壩體加固;防滲施工

1、工程概況

韶關市曲江區羅坑水庫于1974年9月開始勘測，1975年11月動工興建，至1979年11月建成蓄水，整個水庫工程于1982年5月竣工。該工程是一座以防洪、灌溉為主，結合發電、血防等綜合利用的中型水庫工程。由于歷史條件的限制，工程上馬倉促，工程質量差，水庫運行至今隱患重重。羅坑水庫正常水位283.0m，相應庫容3461萬m³，總庫容超過1000萬m³，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000）》和《防洪標準（GB50201-94）》中的有關規定，本水庫工程規模屬于中型，工程等別為三等，永久性主要建筑物為3級，設計洪水標準為100年一遇（p=1%），校核洪水標準為2000年一遇（p=0.05%）;溢洪道消能防沖設計洪水標準為30年一遇（p=3.33%）;施工導流建筑物按5級，設計洪水標準5年一遇。該工程于2008年8月開始進行招標投標，2008年10開始進行水庫除險加固處理施工。其中最核心的問題即是對水庫大壩壩身進行劈裂灌漿處理、對壩基進行帷幕灌漿處理等防滲施工。

從韶關市曲江區羅坑水庫施工期布設先導孔所探明的地質勘查資料得知，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，這將使水庫存在安全隱患。經過加固方案的論證比較，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。

2、劈裂灌漿的加固原理及特點

大壩壩體劈裂灌漿的理論基礎是水力劈裂原理，即向土體內的孔內壓水或灌漿時，作用在孔壁上的徑向壓力引起孔的擴張，使孔壁土體受劈裂擠應力，而當這些應力超過土體的抗拉強度時，就會在土體內產生一些裂縫，這種裂縫的產生過程稱之為水力劈裂。水利上的堤壩是人工堆筑成的長條形土料建筑物，為梯形斷面，由于受多種自然因素的影響，常出現一些不穩定現象。如果向不穩定的堤段造孔并向堤體孔內壓注漿液，加上漿液自重因素，使堤體沿軸線方向形成一道或數道粘土帷幕，則可達到消險固堤的作用。這種施工過程我們稱之為劈裂灌漿。

土壩壩體劈裂式灌漿的任務之一，就是在允許的范圍內盡量增大灌漿壓力，使原來較為疏松的土體在某個范圍之內得到一定程度的壓實;停灌以后，由于孔口壓力的取消和泥漿的濃縮固結，泥漿壓力逐漸減小，壩體則回彈壓縮泥漿。實際操作中，通過多次復灌可充分發揮漿、壩互壓作用，對提高壩體的密實度并保證灌漿質量是有效的。此外，通過實踐總結出來的經驗，劈裂式灌漿對解決以下六種隱患有較明顯效果：壩體碾壓不實、密實度普遍較差的松堆土壩;壩體內有滲漏通道、軟弱層、壩體浸潤線過高、壩坡發生濕潤區或“牛皮脹”或滲透破壞（管涌、流土）現象;壩體由于不均勻沉陷而產生的裂縫（不包括滑坡裂縫）;分期施工的土壩，分層和接頭有軟弱帶和透水層;壩體和其他建筑物（如放水涵管、閘墻等）接合不好、存在空隙和接觸沖刷;壩體內存在生物洞穴和腐爛樹根等隱患。

3、劈裂灌漿的基本情況

土壩劈裂灌漿需依據如下順序進行：在軸線旁亦或是順著土壩軸線安設一兩排甚至是更多排灌漿孔，穿進土壩滲漏區域;依據一步步加密的原則，逐孔實施重復多次灌漿;為了確保灌漿能進入且在土體內劈出裂縫一道，要嚴格控制灌漿壓力;一般來說，此裂縫是順著壩線方向伸展開來的，最后將各個孔引起劈裂形成的裂縫能相互銜接好，最終產生一道薄墻。在灌入漿液的過程中，有些漿液會滲入到土體孔隙內部，致其兩旁土體受壓縮應力的影響，有利于壓實、擠密兩旁土體;待灌漿完畢后，在壩的自重應力與回彈應力的作用之下，灌入的漿液會固結、析水，最終產生一道以擠密帶、滲入體為輔助、縫中漿石為主體的阻水帷幕，以實現防滲止水的目標。

4、劈裂式灌漿的施工技術

4.1布孔、安裝鉆機。根據前期灌漿試驗確定灌漿孔的間排距，灌漿孔一般沿壩軸線進行布置，采用精密儀器進行布孔時孔位誤差不能超過10cm;鉆機的安裝時保持滑車、立軸、孔位三點一線，用水平尺校正機場水平，確保鉆孔鉛直。

4.2灌漿段長劃分及止水。灌漿段長一般控制在 5～8m，。壩土采用套管止水，即預留 30cm 未鉆土體，下置套管用吊錘扎下，在壩體的回彈作用下止水。

4.3造孔及洗孔。灌漿孔應采用小口徑鉆孔鉆進的鉛直孔，開孔孔徑在150mm左右，壩終孔孔徑 75mm。為保證鉆孔垂直和孔斜不超出設計要求，鉆進時采用長且直的鉆具。為提高鉆進效率，生產孔可采用清水鉆進，灌漿孔段在造孔結束后，進行鉆孔沖洗，應沖洗至回水變清。

4.4制漿

灌漿料采用泥漿攪拌灌機。主要特點是高速連續攪拌，自動篩漿，漿液存入攪漿筒內防沉，灌漿泵和儲漿筒直接相連，制出的泥漿質量高，能控制很高的含砂量。

將土料、水泥按1：10的比例，連續均勻地從攪漿筒的一端進料口加入，土料從攪漿筒內經過持續高速攪打后，由于泥漿的旋轉離心作用，經過另一端排漿口排至轉篩內，篩選過的細漿便流入拌漿筒內，以防漿液沉淀。

泥漿濃度的控制：

本工程根據實際情況，采用濕法制漿，濕法制漿就是用天然料場中的濕土（應經鉆探取樣土工試驗后認為宜用來灌漿的合格土料），及相應比例的水泥混合，直接倒入攪拌機中攪拌制漿。此時，泥漿濃度用以下公式進行控制：

g=k*gk=1/（1+）+1/（（1+）-1）

式中：g―欲配泥漿的加水量（KG）

g―為用來拌漿的濕土量及水泥量（KG）

k―加水系數

―水土比

― 濕土的含水量。

先確定要采用的水土比（1：）之后，測出濕土的含水量，算出加水系數k值，即可算出加水量。加水量由水表控制。

實際施工中，攪灌機、灌漿泵都是定量的，先確定灌漿1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.6g/cm3計算出每相對應的加水量、加土量。

泥漿濃度的調配：

在灌漿過程中，常根據不同的情況改變泥漿的濃度，以利于灌漿工作的進行及保證灌漿的質量，泥漿由濃變稀要加水，由稀變濃要加土。此時，可用以下公式算出加水量和加干土量。

1立米濃泥漿變稀的加水量G為;

G=1/（1+E/D）*（E/D-1）

1立米稀漿變濃的加干土量G=（E-J）/（1+E/D）

式中：E、J分別為濃、稀漿的水土比。

泥漿濃度的選用：

在壩體灌漿中，泥漿密度控制在1.3～1.6G/cm3之間。密度在1.4g/cm3以上的泥漿為濃漿，以下為稀漿。原則上，開始用稀漿3～5min以后，然后用濃。

泥漿的流動性除與其濃度有關外，還與灌漿壓力大小有關。本工程采用壓力0.1～0.35MPA，灌漿壓力較小，為了縮短灌漿間隔時間，摻入水泥10%（為干料重的10%）。

4.5灌漿

4.5.1灌漿施工

主壩劈裂灌漿采用全孔孔底灌注法，可使孔內漿由孔底反向全孔，處于半循環狀態。劈裂灌漿是孔底先被劈裂裂縫向上發展，從而達到加固壩體的作用。充填灌漿是由孔底向上發展，對全孔孔壁土體裂隙、隱患進行充填，從而加固壩體。

主壩劈裂灌漿施工均采取從壩中間向兩岸展開，本工程從溢洪道左壩段展開。灌漿孔分Ⅱ序，先進行Ⅰ序灌漿孔的鉆孔及灌漿施工，接著進行Ⅱ序灌漿孔的鉆孔及灌漿施工。

灌漿采用“先稀后濃，逐漸加稠，分序施灌，少灌多復”的方法。要求每孔每次平均灌漿量控制在0.5～1.0m3每米，每孔復灌次數不少于5次，復灌間隔時間不少于5天。

4.5.2灌漿量的控制

對劈裂灌漿每孔每次灌漿量及總灌漿量準確記錄，每次灌漿量不得超過設計允許值，以便控制灌漿質量。每孔每次平均灌漿量以孔深計，每米孔深按規范控制。

4.5.3 灌漿壓力的控制

灌漿壓力是保證灌漿質量的重要因素，在同一孔中頭幾次使用較小的灌漿壓力，以后隨復灌次數增加待壩體逐漸得到密實，孔口壓力逐漸升高達設計壓力。

在灌漿過程中定時嚴格記錄灌漿壓力值，當表壓力讀數大于設計的最大壓力值時，應立即調節出漿量或停灌，達到設計最大壓力值時按設計要求持續一定的時間。當壓力穩定回升兩次或超過設計壓力最高值時，做好換孔準備。在灌漿過程中隨時觀測壓力表變化，并注意記錄瞬時最大壓力，對照壩體位移和接縫張開度合理控制灌漿壓力。同時作好每孔、每次、灌漿延續時間灌漿量的記錄并把灌漿記錄進行統計。

4.6灌漿結束標準及封孔

根據《土壩壩體灌漿技術規范》SD266-88標準執行土壩壩體灌漿標準，每孔復灌達5次以上，總吃漿量與設計吃漿量相符，灌漿至不再吃漿時，可以認為已經灌飽、灌滿、灌實即可終止灌漿。

封孔時邊撥管和按設計要求回填稠漿，如果漿面下降可繼續注入稠漿，直至漿面升至孔口不再下降為止，并在終孔時用粘土對灌漿孔進行封堵。

5、結論

運用流固耦合分析方法進行模擬，用劈裂灌漿防滲加固技術來改進壩體的穩定性，是堤壩加固領域的一種非常有效的加固方法，多年來該技術在中小型水庫土壩防滲加固中得到廣泛應用。劈裂式灌漿技術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，已經被廣泛的運用。但在具體操作中應注意施工工藝，保證灌漿的質量，才能達到預期的效果。