惠來縣古杭中水庫土石壩除險加固施工技術分析

摘要：惠來縣古杭中水庫建設于上世紀50～70年代，受當時技術標準、施工技術所限，抗洪標準低、缺陷隱患多，所以決定進行除險加固處理。本文對古杭中水庫土壩壩體及壩基應用劈裂灌漿、充填灌漿的施工技術進行了闡述。

關鍵詞：劈裂灌漿；充填灌漿；施工技術；土石壩；古杭中水庫

1 工程概況

古杭中水庫位于揭陽市惠來縣東南部的前詹鎮雞冠山南麓，距縣城25km，屬于銘湖水系。水庫以灌溉為主，兼及防洪、發電用途，是一座綜合性的中型水庫，其集水面積達12.2km2，總庫容有1788×104m3。水庫始建于1956年，由古杭水庫與古杭下水庫改建而成。由于工程建設年代跨度大，采用的標準低，存在先天不足，主要問題是壩體質量差，碾壓不實，遇臺風暴雨就會出現滲漏、管涌、牛皮脹等現象，嚴重危及大壩安全。另外，還存在著壩后排水設施不完善、壩坡不穩定、溢洪道破損、輸水涵管破壞等問題。鑒于此，水庫管理所決定對水庫進行除險加固改造，工程包括壩體及壩基防滲處理、壩頂改造、上游壩坡改造、下游壩坡改造、溢洪道及泄洪閘改造、輸水涵管加固、防汛公路建設等。工程于2010年5月開工，2011年3月完工，并于2013年1月通過驗收。壩體防滲加固采用了劈裂灌漿技術，共處理2364.6m；壩基充填灌漿675.4m。壩體及壩基防滲加固工程2010年9月開工，于當年12月10日完工，只用了3個月時間，28個單元工程合格率達100%。

2 壩體劈裂灌漿施工技術

2.1 劈裂灌漿技術原理

劈裂灌漿防滲體厚度5～20cm，尤其適合填筑質量差或存在大量隱患的土壩及淺層砂性土、黏性土的壩基[1]。施工時沿壩體軸線小應力面鉆孔，在灌漿壓力作用下劈開壩體，并形成沿壩軸線分布的垂直連續防滲帷幕。在提高壩體滲透穩定性的同時，受到反復劈裂-回彈作用及漿壩互壓、析水濕陷固結作用，使壩軸線兩側一定范圍內的土體得到密實[2]。漿液的滲透、充填還可以使壩體裂縫、孔穴、松散土層得到密實、加固，因此劈裂灌漿技術處理土石壩病險簡易高效、經濟實用。

2.2 劈裂灌漿工藝流程

放樣布孔→分序造孔→送料、供料、制漿→灌漿（每孔分5～10次）→終灌→封孔→工作面處理→結束。

2.3劈裂灌漿施工

2.3.1壩頂鉆孔

施工軸線在土壩加固改建后的壩體軸線上，采用單排兩序孔，終孔距為3m，第一序孔距為6m，第二序孔設在第一序孔的中間位置。鉆孔深度要鉆至土壩素填土的下限。鉆孔有干鉆和泥漿循環鉆進兩種方法，干鉆用得多，但濕鉆成孔快，并且泥漿還能發揮護壁作用。鉆孔時要求孔位偏差不超過50mm，孔斜不大于2%。

2.3.2泥漿制備

土料取自經試驗合格的土料場，顆粒級配合理，漿液穩定性高。采用攪拌機濕法制漿，土料經浸泡、過篩后入攪拌機攪拌，漿液經過篩后入儲漿罐備用。漿液采用水泥黏土漿，其中水泥含量為15%。泥漿密度控制在1.3～1.6g/cm3，并安排專人用比重計進行調節控制。初灌采用1.3～1.4g/cm3的稀漿，壩體劈開后改用1.5～1.6 g/cm3的濃漿。制好當漿液應在6h內用完。

2.3.3劈裂灌漿施工

本工程采用孔底注漿全孔灌注法施工，并遵循“稀漿開路，濃漿灌注；分序施灌，先稀后稠；少灌多復，控制漿量”的原則。施工過程中，主要控制灌漿壓力、灌漿量、壩體變形、復灌次數等參數。灌漿壓力分起始劈裂壓力、單孔最大灌注壓力和屈服應力，受壩高、壓實質量、鉆孔深度等因素影響，本工程采用0.15～0.50MPa的孔口壓力。灌漿量以灌注時不吃漿、壩頂3次冒漿停灌為準，控制每次灌注量不超過5m3為度。變形控制主要是壩體橫向水平位移和豎向沉陷，灌漿期間每天觀測2次，非灌期間每5天觀測1次。復灌次數要達到5～10次。復灌間隔根據灌漿量調整，當灌漿量較大時，間隔較長時間；否則，間隔較短時間。實際復灌時間在3～20d。

2.4劈裂灌漿效果

古杭中水庫壩體經劈裂灌漿處理，原壩體滲漏、管涌、牛皮脹現象消失，下游坡水位比灌漿前下降明顯?，F場取樣檢測3組，滲透系數達到1.15×10-7cm/s～0.96×10-7cm/s，達到設計要求。

3 壩基充填灌漿施工技術

3.1 充填灌漿機理

充填灌漿主要是利用泥漿自重壓力，將泥漿注入壩體或壩基內充填已有的裂縫、孔穴等隱患，達到加固壩體或壩基的目的。為了提高灌漿效率和效果，通常在灌漿時施加一定壓力。

3.2 充填灌漿工藝流程

布孔→鉆孔→安裝灌漿導管→供水、進料、制漿→接管灌漿→復灌每孔不少于5次→終灌→封孔→工作面清理→結束。

3.3 充填灌漿施工

3.3.1 灌漿孔布置

施工軸線設在大壩加固改建以后的軸線上，采用單排兩序孔，終孔距為3.0m，孔深鉆至主河床段強風化層±3m。先對壩基充填帷幕灌漿，然后再進行劈裂灌漿，并且劈裂灌漿與充填帷幕灌漿搭接2m。

3.3.2 灌漿材料

漿液采用純水泥配制，水泥為32.5MPa的普通硅酸鹽水泥，漿液比重為1.6～1.75。

3.3.3 灌漿設備

主要設備包括地質鉆機、灌漿泵、攪拌機、壓力表、流量計等。

3.3.4 鉆孔及保護

按施工圖布孔，對壩體填筑部分采用錘擊干鉆法鉆孔，至壩基強風化層改用回轉式干法鉆孔。為防止塌孔，禁止使用清水循環鉆進法施工[3]。鉆孔時要求孔位與設計位置偏差不超過10cm，孔斜不大于孔深的2%。

3.3.5 安裝導漿管

成孔后立即安裝導漿管。導漿管外徑與鉆頭直徑相近，可避免反漿或冒漿。

3.3.6 清孔

灌漿前及復灌前清孔可使漿液順利到達每一處裂縫、孔穴等隱患位置。清孔方法是采用比導漿管內經小的鍍鋅鋼管，然后采用稀泥漿或風水聯合清洗。洗至回水清晰為止。清洗時控制壓力和時間兩個參數。

3.3.7 漿液制備

制漿要求同劈裂灌漿。漿液攪拌完畢必須過濾，同時控制使用時間不超過4h。

3.3.8 灌漿施工

充填灌漿施工采用自下而上分段施工方法，并遵循“先稀后濃，漸次加濃；分序施灌，少灌多復”的原則。施工時先進行第1序孔的鉆孔與灌漿，然后再進行第2序孔的鉆孔和灌漿。每一孔復灌次數不少于5次，每次間隔時間不少于3d。控制灌漿壓力不超過0.2MPa，開始時采用較小的灌漿壓力，隨著壩體或壩基密實度提高及裂縫、孔穴等缺陷被填充，逐步提高孔口壓力至設計壓力。當稀漿量大，孔口壓力為負時采用濃漿灌注。灌漿量按設計值進行控制，一般不應超過設計值。在進行灌漿施工時準確記錄每孔灌漿壓力、瞬時最大應力值、灌漿量、灌漿持續時間等數據，并及時統計。

3.3.9 終灌及封孔

當復灌次數已在5次以上，總灌漿量達到設計灌漿量，并且不吃漿時終止灌漿。封孔時回填濃漿，至孔口液面不再下降時為止，然后用黏土粉分層回填搗實。

3.4 原型觀測

選擇主河床最大斷面作為監測斷面進行施工觀測。

4 結語

劈裂灌漿和充填灌漿都是水庫土壩防滲加固處理常用技術。與防滲墻技術相比，灌漿技術施工簡便、造價低而工效高，實施后可以有效解決土壩滲漏問題，提高土壩質量標準。然而灌漿屬于隱蔽性工程，要求施工單位注重細節的控制，并做好原始記錄，以利工程質量的評判。

參考文獻：

[1] 龐瓊，王士軍，谷艷昌，等.土石壩垂直防滲加固措施綜述[J].水利水運工程學報，2014（4）：28-37.

[2] 林文平.劈裂灌漿施工技術在羅坑徑水庫壩體防滲加固中的應用[J].水利天地，2012（7）：36-37.

[3] 周華清.充填灌漿在堤圍除險加固工程中的運用[J].黑龍江科技信息，2012（21）：248，73.