陸渾灌區干渠填方壩灌漿機理和效果的初步分析研究

□劉社教 □趙麗娟 □張玲玲（河南省陸渾水庫管理局）

1 概述

陸渾灌區是河南省大型灌區之一，早在1966年10月，河南省有關水利部門就開始了陸渾灌區的勘探、測量、規劃和論證工作。從1970年2月25日總干渠全線動工，至2001年10月西干渠基本竣工（2002年10月11日通水），累計完成干渠工程345km，至今尚有32 km渠道待建。

2 填方壩基本情況

在長達377 km的陸渾干渠上累計建有填方壩400余座，長度達30 km，約占全渠長的8.70%。

2.1 填方壩數量多

陸渾灌區填方壩數量多是有其客觀原因的。早在20世紀60年代，省有關設計人員限于當時的條件對一些過溝工程均采用填方壩工程而非渡槽工程，主要還是從節約“三材”的目的來考慮的。再者就是填方壩施工相對容易，有利于趕進度。這兩種原因造成陸渾灌區填方壩數量多。

2.2 填方壩質量差

陸渾灌區填方壩工程多建于20世紀七八十年代。填方壩工程采取了“大兵團”作戰模式施工，存在削坡清基不徹底，溝坡處理不完全，填土厚度大，碾壓遍數少，施工機械缺乏等問題，一部分填方壩質量很差。進入90年代，大多填方壩尚能按規范施工，質量才有改善，對一些填土大于8萬m3的土壩采用專業隊施工，質量方有保證?？偟膩碚f陸渾灌區填方壩工程質量欠佳，從已有填方壩試驗成果來看，干土重一般低于設計標準1.60 t/m3。

2.3 填方壩管理難度大

填方壩管理采取專管與群管相結合的辦法，每次通水需投入大量的人力物力晝夜巡查看渠。填方壩滲漏水問題輕則造成水量損失，有的會導致渠內外脫坡、滑坡，更有甚者就是潰壩。這類事例過去在陸渾灌區屢見不鮮，直接影響陸渾灌區工程效益的發揮。

3 陸渾灌區的灌漿情況

填方壩滲漏水問題由來已久，從陸渾灌區建設運用以來，滲漏水問題一直困擾著陸渾灌區，直接影響到填方壩的安全，對此陸渾灌區曾采用多種加固辦法，具體有：填方壩的加高培厚、渠道護砌、塑膜防滲、灌漿、植物護坡、涵洞加固、增設排水溝、灌水濕陷等等。而灌漿是唯一一種能加固改善壩體內部土壤結構形式，因而在陸渾灌區得到廣泛應用，已收到一定效果。

灌漿做為一種工程措施在國內外早有報道，并有一段歷史。陸渾灌區的灌漿工作始于80年代，經歷了學習、引進、推廣和提高過程，真正在陸渾灌區渠道的應用也就是最近一二十年的事。至今它仍是陸渾灌區新舊填方壩防滲堵漏的一種主要加固措施。

在每次通水中應對填方壩運行中發現的問題做好詳細記錄和描述。包括洇水、滲水、滴水、漏水的部位、時間、范圍程度和發展變化情況。這是做好填方壩灌漿設計的基本依據和前提條件，在實踐中一是用工程觀測資料分析隱患，二是探測隱患儀器的應用。這兩種方法各有優缺點，互為補充。只有對填方壩工程情況、隱患部位和性質的準確掌握，才是設計能否符合實際的關鍵。

在灌漿設計方面基本分三種情況：①低于5 m的填方壩一般設計打孔深6 m，其中1 m深入到老土地層；②5-10 m的填方壩可依地形打入老土地基1 m以下，就是6-11m；③大于10 m的填方壩一般打孔深在11 m，這些僅是陸渾干渠灌渠的基本情況，一些壩可能會有出入，應根據實際情況具體掌握。

孔位布置基本已成格式，一般是在填方壩左側或右側中心布孔一排，一序孔間距5 m，二序孔2.50 m。

4 灌漿機理

只有明晰灌漿機理，才能對填方壩做出科學有效的施工。

4.1 灌漿與壩的疏松有關

充填式灌漿和劈裂式灌漿在陸渾灌區上均有應用，現在基本上完全采用劈裂式灌漿，在長期的灌漿實踐中，我們發現劈裂式灌漿與壩的土壤性質有關。當土壤顆粒較粗或干重較小時，土壤的孔隙就大，劈裂式灌漿的漿液以充填孔隙或說滲透形式存在。當灌漿的速度大于孔內漿液的擴散速度，灌漿壓力就增大，表現在灌漿壓力表指針迅速上升。如果是致密的土壤，灌漿一開始壓力表指針就急劇上升。椐此可判斷壩體土壤的局部情況而采用相應稠度的漿液。

4.2 劈裂機理與缺陷

填方壩灌漿又不同于基礎灌漿好多，基礎灌漿是在一個較大范圍甚或大小主應力差別不是太明顯。而填方壩則不同，大小主應力相差較大。事實上陸渾灌區的填方壩長寬相差較多，當實灌裂時，漿液在壩內某點灌漿管出口給壩體三維壓力，而在壩的橫斷面壓力漿液施加給壩體有滲透力和側向推力。雖然這一刻主要是側向推力，壩體兩側在擠壓力的作用下，因壩體土壤本身在彈性和側推力的疊加作用下，壩體內部就在一定范圍內劈開一條縫。特別是陸渾灌渠上填土質量較差的壩。劈開縫的壓力相對就較小，這也可從實際灌漿中得到驗證。從陸渾灌區已灌過的幾十座填方壩的灌漿資料來看，填方壩瞬時劈開壓力就有大有小，這從另一方面也驗證了填方壩體質量。

如5 m高的填方壩，一般打孔深在6 m，其中1 m是打入地基原老土（原狀上），因老土在陸渾灌區區域相對來說比較致密，可灌性差。在灌漿的一定壓力下，多是填方壩（擾動土）劈裂，地基很少劈裂，即便劈裂，影響范圍也有限，這就造成灌漿后填土與老土之間存在一個接觸帶，漏水常從這里滲出。建議以后再建壩時，應預留對應灌漿孔位置1 m左右的深槽。一是置換老土表面部分浮土，二是增加滲徑，減少滲漏。

4.3 漿壩互壓的理論與實踐

灌漿結束后，由于施灌的壓力取消及以后泥漿的濃縮固結，泥漿壓力減小，壩體則回彈壓縮泥漿。陸渾灌渠總干渠填方壩大多存在二次以上的灌漿或多次灌漿，這也說明當灌漿容量不足，尤其是壩體質量欠佳時，在通水中漿液未達到壩體而滲水，有可能體積回縮，影響到漿脈的充填區，甚或影響到漿脈，如灌漿容量欠佳，如漿脈不均勻，厚度較薄，就易引起滲漏水。這就是陸渾灌渠總干渠填方壩存在多次灌漿效果較差的一個原因。另一方面，如灌漿壩體質量較差，灌漿時帷幕厚度就單薄，就易產生滲漏水，也就是說經過一次灌漿不能很好解決問題。

5 灌漿效果

一座壩灌完漿后，究竟灌漿效果如何應有一個評價，這個評價很重要，應理論結合實際，經得起通水的實際考驗。

5.1 施工隊伍

陸渾灌渠填方壩施工一般由其下屬單位自行組織施工，灌漿隊為臨設機構，灌漿隊技術負責人多為一般技術工人，由于灌漿隊技術相對薄弱這一實際，在灌漿中土料場的選擇，漿液配比上難免存在缺陷。灌漿工作有待加強。

5.2 作好記錄分析和修正

由于技術條件的限制，在灌漿前、灌漿中和灌漿后都無填方壩任何部位的觀測資料。因此在每座壩的灌漿中做好分析記錄的工作，就顯得尤為重要。它也可為以后判斷填方壩的滲漏提供理論數據和可靠信息，可見做好灌漿工作的記錄和分析是很重要的基礎工作。固結后的漿體厚度可按下式計算δcp=。式中δcp—固結后的漿體帷幕平均厚度（m），Gs—灌進壩體的干土總重(T)，Zcp—漿體帷幕平均深度（m）。L—灌漿試驗壩段的長度（m），γd'—漿體固結后的干容量（t/m3）。上式中干土重Gs可按下式計算，其中△s為土粒的重，取2.70 t/m3,γ1為泥漿容重，在工作上一般在1.30～1.60 t/m3，取 1.50 t/m3。γw 為水的容重 1 t/m3，則這就是說每灌1 m3的泥漿其中有干土0.79 t。如某灌漿孔深10 m，也就是說漿體帷幕深度Zcp也為10 m。灌漿試驗的長度L在這里取二序孔的孔距，一般為2.50 m。漿體固結后的干容重γd'一般不低于1.60 t/m3，取γd=1.60 t/m3。那么固結后的漿體厚度， 如這個灌漿孔這次累計灌漿量5m3，則形成的灌漿帷幕厚度，就是0.02×

5=0.10 m=10 cm，當然這厚度與施灌壩的好壞有關系，在實際工作中應靈活掌握，適度調整，以滿足帷幕灌漿層的厚度。

5.3 采取少灌多復的辦法。

多年的灌漿實踐，發現陸渾灌渠填方壩容量較差，可灌性較好。瞬時孔口灌漿灌漿壓力一般不超過3 kg/cm3，正常灌漿壓力僅為0.50 kg/cm3。說明壩體內部情況欠佳，應采取少灌多復的辦法，尤其是初灌時，應量少時短，使漿液在壩體內有一個修透擴散過程，如灌漿壓力過低，吃漿量偏大，可適當增加漿液的稠度。采取少灌多復的辦法，可使灌漿帷幕厚度的形成較均勻穩固。從真正意義上做到防滲堵漏的目的。再者就是壩頂劈裂縫縫寬近5cm以上10cm以下的，應立即停止灌漿，間隔數天后再行復灌。

6 結語

雖然劈裂灌漿已在陸渾灌區經歷了一二十年的時間，但陸渾灌渠上的填方壩數量眾多，各有特點，基本上是一座壩一種情況。灌漿工作應有針對性和目的性，必要時漿液的稠度需隨時調整，也可摻一些添加劑，掌握好帷幕灌漿層的厚度，如壩體較差，施灌容易，有時僅達理論值的0.70左右。這一厚度應比理論計算偏少，這些都是需要關注的事。