劈裂式灌漿技術在中小型水庫除險加固工程中的應用

【摘要】近年來，隨著中小型水庫工程的建設不斷的增多，居民對于水庫工程的質量有了更高的要求，做好除險加固工作意義重大。為了更好的保證壩體的穩定性，一般在除險加固工程中采用劈裂式灌漿技術，其加固效果十分明顯。本文將結合工程實例，分析劈裂式灌漿技術在中小型水庫除險加固工程中的應用。

【關鍵詞】劈裂式；灌漿技術；中小型水庫；除險加固；應用

引言

在水利工程施工中，土石壩的壩體工程數量較多，但是其常常會出現安全事故，嚴重威脅著居民的生命及財產安全。為了改善這一問題，則必須做好水庫工程的除險加固工作，加強劈裂式灌漿技術的應用，下面將具體分析。

1、中小型水庫的除險加固工程中劈裂式灌漿的原理

在中小型水庫工程中，除險加固工程中常常采用土壩壩體的劈裂式灌漿技術，其主要是通過研究土壩壩體的分布規律而建立的。土壩壩體的小主應力面一般沿壩體的軸線分布，因此在壩軸線的附近位置沿小主應力面進行灌漿孔的布置，在進行泥漿的灌注過程中，泥漿能顧沿著若應力面將壩體劈開裂縫。在泥漿的自重以及漿、壩的共同作用之下，灌入壩體的泥漿不斷的充填，劈開壩體后逐漸排水固化，在壩體的內部形成了一道近似垂直的連續防滲墻體，其能夠很好的解決土壩壩體的滲透和穩定問題。此外，土壩壩體進行劈裂式灌漿的過程中，灌入壩體內的泥漿通過充填和擠壓，和劈裂縫連接的原有裂縫及控制在灌漿的過程中得以充填，能夠將其壩體部分土區主應力的不足，恢復壩體應力的平衡性，加強壩體的整體穩定性。此外，在泥漿排水固結的過程中，另外，泥漿在排水固結時，析出的水擴散、濕陷、密實壩體，優化了壩體內部的應力狀況，濕陷壩體的加固，使得壩體整體性提高，有效的解決壩體變形穩定的問題。

2、結合工程實例分析劈裂式灌漿技術在中小型水庫除險加固工程中的應用

2.1 工程概況

本工程是結合防洪、供水等綜合利用的中型水庫，水庫集雨面積14.04km2，總庫容1169萬m3。水庫始建于1958年，由于當時施工生產工具相對比較落后，基本依靠人工運輸、人工夯實為主，在施工質量方面難以保證，運行幾十年后，水庫存在各方面的安全隱患。為確保水庫安全運行，發揮水庫的效益，促進當地經濟社會的可持續發展，于2010年1月16日進行除險加固工程建設，并于2012年2月通過完工驗收。除險加固的設計洪水標準為100年一遇，設計洪水位31.98m，相應庫容1079萬m3；校核洪水標準為1000年一遇，校核洪水位32.48m，總庫容為1169萬m3；正常蓄水位30.44m，相應庫容840萬m3；死水位18.74m，相應庫容9萬m3；灌溉面積560hm3。

2.2 壩體填筑土料情況

根據該水庫壩址的地質勘察報告顯示，壩體填筑土層屬素填土，多呈褐紅色、淺黃色，土質為較均一的第四系風化殘積土，主要由粘性土組成，含有粗礫砂，混少量強風化巖碎屑物，分布不均，土質壓實狀況稍差，壩體填筑土料干密度在1.25-1.50g/cm3之間，平均值為1.38g/cm3；孔隙比為0.769-1.120，數值波動變化較大，整體指標較差，說明壩體土的填筑質量不理想，不能滿足相關規范要求。壩體填筑土總體滲透系數k為1.61×10-5-3.0×10-4cm/s，現場注水試驗認為屬中等—弱透水性；局部填筑土滲透系數k值為2.55×10-3cm/s，屬中強透水性，不滿足規范對均質土壩壩體填土滲透的要求，需要對大壩進行防滲處理。

2.3 壩體防滲方案選擇

（1）方案比較

大壩壩體的防滲處理方法很多，針對該水庫的特點，認為采取劈裂式灌漿或混凝土防滲墻的方式進行防滲處理比較合適，現對這2種方案進行比較（具體見表1、表2）。

（2）壩體防滲方案選擇

①工程地質條件：該水庫壩體填土為含砂低液限粘土，間含粘土質砂，含少量礫石，局部含強風化巖塊，壓實度一般。大壩工程地質條件適合劈裂式灌漿術和混凝土防滲墻技術要求。

②施工條件：劈裂式灌漿處理大壩滲漏的施工方法已相當成熟，該技術具有機理明確、工藝合理、效果好、工期短、經濟效益顯著等優點，完全適合于大壩防滲處理。混凝土防滲墻施工不僅施工方便，而且墻體施工通過導管直接灌注，安全連續、穩定可靠，可見2種方案均適合滲漏處理。

③壩高情況：體壩最大壩高僅為19.8m，屬于低壩，且為中等滲透性，適合于采用劈裂式灌漿。而混凝土防滲墻由于墻厚較大，更適用合于中壩、高壩及強透水性的壩。

④工程造價：采用劈裂式灌漿工程造價估算為48.6萬元，采用混凝土防滲墻工程造價估算為142.3萬元。經比較，劈裂式灌漿方案比混凝土防滲墻節約投資93.7萬元，且更適合于低壩。因此，選擇采用劈裂式灌漿方案。

2.4 劈裂式灌漿設計與應用

在該水庫除險加固中，灌漿孔沿壩線布置，距壩軸線1m上游側單排布孔，分二序孔施工，孔距分序加密，兩序灌漿時間間隔不少于5d。灌漿每米孔深每次平均灌漿量深控制在0.75m3左右，每孔灌漿次數應大于5次，最大允許灌漿壓力根據現場試驗確定，注漿深入粉質粘土2m。灌漿范圍從直線段樁號“0+000.00-0+045.00”、“0+369.00-0+390.00”段灌漿孔終孔距離均為2m，樁號“0+045.00-0+369.00”段灌漿孔終孔距離均為4.5m，灌漿前先進行灌漿試驗，以進一步調整孔距和確定有關參數。劈裂灌漿材料采用水泥粘土漿，水泥含量約占15%，泥漿容重應達到1.3-1.6t/m。灌漿開始先用稀漿，經過3-5min后再加大泥漿稠度，灌漿過程中應嚴格控制灌漿壓力、灌漿量。灌漿壓力是一個重要的控制指標，直接影響灌漿效果的好壞，設計灌漿壓力可按《土壩灌漿技術規范》中的附錄A進行計算：P=γH+σ1-γ·h。

設計灌漿壓力如果達不到要求，可采取現場試驗確定灌漿壓力。壩體劈裂灌漿縱剖面，見圖1、壩體劈裂灌漿孔位平面布置，見圖2。

2.5 劈裂式灌漿的效果

灌漿后，經沿灌漿軸線鉆孔檢查，可見填土空隙被漿液充填，并沿壩線方同形成一道寬5-20cm的漿脈（帷幕）。據現場開挖和鉆孔注水試驗成果，塑性混凝土墻厚滿足設計要求，墻體連續完整，搭接良好，滲透系數為1.35×10-8-4.21×10-8cm/s，滿足設計要求（相對滲透系數≤1×10-7cm/s）。水庫經運行2年后，灌漿前壩后坡有大面積濕潤，壩體滲漏現象消失，灌漿效果良好。

結束語

綜上所述，在中小型水庫工程除險加固工程中，劈裂式灌漿技術能大大提高壩體防滲能力，增強壩體穩定性。現在隨著這項技術不斷改進發展，已經獲得了業內人士的廣泛關注，特別是在中小型水庫堤壩防滲加固上的廣泛應用，取得的效果更好。本文對劈裂灌漿技術所進行的分析和研討，希望能夠為水利工程事業的發展提供有益的參考。

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