灌漿施工技術在小型水庫除險加固工程中的應用

韓珊珊

【摘 要】文章介紹了灌漿施工技術在小型水庫除險加固工程中的應用，著重介紹了充填灌漿、劈裂灌漿、帷幕灌漿、固結灌漿等幾種灌漿技術，提出采用灌漿技術的適用條件并分析技術的優缺點，通過對灌漿效果進行對比提出一些建議，供大家參考。

【關鍵詞】小型水庫；除險加固；灌漿技術

【中圖分類號】TV697.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）02-0061-03

1 灌漿的必要性

我國大部分的水庫修建于20世紀50～60年代，受到歷史條件、施工技術、水庫設計及運行管理等因素的制約，工程存在老化、人為破壞、自然侵蝕等現象，為了水庫能繼續安全運行，需要對水庫存的問題及隱患進行排查、修補、加固。盡管新技術、新材料不斷涌現和發展，但在基礎處理及大壩防滲、補強等工程中，水泥灌漿仍然在技術上、經濟上保持著最為重要的地位。

2 常見的幾種灌漿技術

2.1 充填灌漿

充填灌漿：對存在空隙的地層（主要為土體）進行低壓灌注。以滲透理論、充填理論為基礎，強調采用漿液自重或低壓（如<0.5 kgf/cm2，供漿壓力）進行灌注，以不產生新的裂縫為原則。

某水庫主壩上游壩坡雖然不存在滑坡的危險，但主壩填土壓實度為0.90，不能滿足規范要求；壩外坡坡腳反濾體已受破壞，排水失效，壩體有滲漏現象。上游壩面干砌塊石護坡修建于1980年，經過多年的運行，護坡損壞已相當嚴重，原水泥砂漿勾縫大部分已經開裂脫落，正在逐漸失去其保護壩體抵御風浪的功能。為消除工程隱患，本次除險加固擬進行防滲處理，同時對壩面護坡進行全面改建，以保護大壩的安全。壩體防滲設計：根據本壩的實際情況，加固設計方案考慮2個方案。方案一為在壩體進行充填灌漿防滲；方案二為在壩前設置砼截水槽，壩內坡正常蓄水位以下鋪設土工膜與壩前截水槽相接防滲。經過方案對比，決定采用方案一。充填灌漿防滲包括壩基礎防滲和壩體防滲，通過機械灌漿，在壩基、壩體內形成一道密實的防滲帷幕，從而提高壩的防滲能力，達到防滲的目的，以保證壩的安全。灌漿材料采用為水泥黏土漿液，水泥摻量為20%。該水庫主壩最大壩高為17.60 m，根據地質勘測資料分析，灌漿深度至少到巖層以下3 m。一般帷幕延伸至水庫正常水位與相對不透水巖層范圍線兩岸相交處，由于左岸均為較厚的山體，隔水性能好，故帷幕灌漿范圍為向兩側壩肩各延長5 m，灌漿長度為566 m。灌漿孔中心線距壩頂上游側2.0 m，灌漿孔分2排布置，排距為1.5 m，孔距為2 m，共設置了376個灌漿孔。實踐證明，經過充填灌漿處理后的大壩的防滲效果良好。

2.2 劈裂灌漿

劈裂灌漿：采用大于臨界水力壓力的壓力值對土層先劈裂后再進行灌漿。即在充填灌漿的基礎上適當加大壓力，有計劃、有控制性地劈裂壩體，然后對裂縫及與漿脈相通的洞穴和裂隙進行灌漿。

某水庫1987年10月對壩坡裂縫進行開挖及回填夯實處理，并對大壩進行加厚加固。經過多年運行且缺少維修資金，水庫設施已經老化。因此，必須對壩體進行黏土水泥劈裂灌漿，沿壩軸線方向按梅花狀布置，采用這樣的灌漿方法能使灌入的漿液比較集中，從而形成一條較好的防滲帶，以達到止水和降低滲潤線的目的。灌漿孔為2排，排距為1.00 m，孔距為2.00 m，孔徑為100 mm，根據各孔所在位置，孔深超過壩基底1.00 m深為準，灌漿孔為110個。經過對水庫工程進行除險加固處理后，使水庫工程由現在的三類工程進入二類工程，保證了水庫工程的安全運行，確保時六灌區約80萬m2（1 200畝）農田灌溉用水需要，恢復灌溉農田面積約14.67萬m2（220畝）。大大提高了時六灌區系統的灌溉供水能力，保護了水庫下游防洪人口，耕地面積約53.33萬m2（800畝），真正發揮其應有的經濟效益。

土壩中采用劈裂灌漿進行防滲，主要是考慮了大壩特定的應力分布條件，并不是在所有土體中都能定向劈裂。劈裂灌漿施工如果控制不好，容易對大壩造成破壞。堤壩劈裂灌漿是一項專業性非常強的作業，要想保證灌漿的質量，不但需要一個好的灌漿設計隊伍，還必須有一支具有豐富灌漿經驗的高素質專業施工隊伍，它必須具有對灌漿施工過程進行全面監測的手段及能力，出現問題時能及時地采用正確的處理措施，將隱患消滅在萌芽之中。如果做不好，劈裂灌漿就會變成破壞灌漿。

2.3 帷幕灌漿

帷幕灌漿：為了提高地基的防滲能力，對巖層中存在的裂隙等，用水泥漿液進行壓力封堵。某水庫水庫壩址以上集雨面積為1.23 km2，主河流長度為1.60 km，比降為3.09%，多年平均降雨量為1 811 mm，多年平均徑流量為154萬m3。庫區為山區地形，山嶺起伏，森林茂密，植被良好。主壩為水力沖填壩，干密度低，下游壩坡的抗滑穩定安全不滿足規范要求，大壩內坡護坡質量差。壩外坡在78 m水位運行時，局部存在滲漏現象；輸水涵管也有漏水現象；大壩滲流安全性評為C級防滲處理。地質鉆探資料表明，壩基主要為全風花崗巖至強風化花崗巖，全風化層厚度為5～15 m。全風化花崗巖，土狀，滲透系數為K=9.0×10-5 cm/s，屬弱透水性，但局部有小構造破碎帶存在，巖石破碎，透水性較強。本次加固設計擬對壩基進行帷幕灌漿防滲處理，壩體進行充填灌漿處理。灌漿孔沿壩軸線布置，采用單排布孔，孔距為1.5 m，孔徑為75 mm。灌漿分2段灌漿，壩基以下3 m為帷幕灌漿，灌注材料為純水泥漿；巖土分界線以上至壩頂為充填灌漿，灌注材料為含20%水泥的黏土漿。灌漿效果要求達到滲透系數小于1.0×10-6 cm/s，灌漿壓力通過現場灌注試驗確定。施工結束后，采用鉆孔方式檢查灌漿效果，灌漿效果較好。

2.4 固結灌漿

固結灌漿：該種灌漿方式是為了提高地基或圍巖的完整性，增強地基或圍巖的整體性能，如提高地基承載力、提高圍巖防滲能力、提高邊坡穩定性等，而對破碎巖層進行的有壓力的灌漿。

1993年5月，某水庫工程內坡出現漏水，同年7月雖然壩體進行水泥固結灌漿處理，但是水庫工程到現在還沒有徹底除險，還存在不少問題，嚴重威脅水庫的安全運行。大壩內坡舊涵管頂高程459.00 m處有一圓形陷坑，崩坑直徑為2.0 m，深0.8 m，其四周12 m的范圍內出現多次崩塌縫，漏水嚴重。大壩壩體在高水位時，下游壩坡高程455.05 m處以上壩面有水滲漏，嚴重威脅大壩的安全運行。根據水庫工程的現狀，對壩體進行灌漿，對壩身內坡陷坑處及內坡壩面邊坡損壞段和排洪道等設施進行除險加固處理。對壩體進行水泥漿固結灌漿，沿壩軸線方面按梅花狀布置。采用這樣的灌漿方法能使灌入的漿液比較集中，從而形成一條較好的防滲帶，以達到止水和降低滲潤線的目的。灌漿孔為2排，排距為1.0 m，孔距為3.0 m，孔徑為100 mm，根據各孔所在位置，孔深超過壩基底1.0 m深為準，灌漿孔為101個。施工結束后，采用圍井布置方式檢查，灌漿效果良好。

3 適用的條件及優缺點分析

靜壓灌漿指的是進漿管不動，采用一定壓力的漿液灌注。固結灌漿、常規帷幕灌漿及充填灌漿均屬于靜壓灌漿。廣義地說，只要有壓力，進漿管不動則稱之為靜壓灌漿；狹義地講，主要是指基巖灌漿。靜壓灌漿適用于淤泥質土、粉質黏土、砂土、礫石、卵（碎石）石等松散地層。礫石等地質條件也可以進行靜壓灌漿，如遇上漂卵石地層，則要分析漂卵石塊徑大小。漂卵石塊徑太大了靜壓灌漿噴不開，攪不動，或攪動效果不好，造成膠結不好，達不到防滲要求。因此，相關規范要求在這些漂卵石地層里面采用靜壓灌漿進行防滲處理時要先進行試驗。目前，對大塊徑的漂卵石，特別是含泥的漂卵石，灌漿工藝還是存在很多問題，如高噴灌漿噴不開、靜壓灌漿也難灌好。充填灌漿方案的優、缺點分析：既不需降低水位，也不需圍堰就可以施工，但施工期較長。可以在壩體內形成鉛直而連續的防滲墻，堵住漏水通道，提高壩體的防滲能力，同時通過漿、土互壓和濕陷，使壩體、壩基內部應力重新分布，提高壩體、壩基的穩定性。能充分利用上游現有的干砌石。灌漿防滲的施工技術要求比較高，而且整個施工過程都必須對大壩的穩定性進行嚴密的監測；從施工質量來說，灌漿防滲的施工都是在壩體內進行，質量比較難把握，灌漿防滲的壽命短。

灌漿壓力需要控制好，使用的壓力也不可大于土體抗裂強度。充填灌漿是對土層進行防滲處理最早使用的方法，但大量的實踐證明，它的成墻性或封閉性很差，防滲效果不好，特別不適合對大面積的土層進行防滲；僅適用于處理性質和范圍都已確定的局部隱患。

4 建議

（1）為了查出巖石的透水率，壓水試驗是用高壓方式把水壓入鉆孔，根據巖體吸水量計算巖體裂隙發育情況和透水性的一種原位試驗。壓水試驗是用專門的止水設備把一定長度的鉆孔試驗段隔離出來，然后用固定的水頭向這一段鉆孔壓水，水通過孔壁周圍的裂隙向巖體內滲透，最終滲透的水量會趨于一個穩定值。

（2）灌漿壓力的控制：灌漿盡可能地采用比較高的壓力，但應控制在合理的范圍內。灌漿壓力的大小與孔深、巖層性質和灌漿段上有無重壓等因素有關，應通過試驗來確定，并在灌漿施工中進一步檢驗和調整。

（3）土壩中采用劈裂灌漿進行防滲，主要是考慮了大壩特定的應力分布條件，并不是在所有土體中都能定向劈裂。劈裂灌漿施工如果控制不好，容易對大壩造成破壞。這些防滲加固措施根據具體工程又可細分為不同的施工方法，豐富的防滲措施為處理復雜的大壩滲漏問題提供了基礎，也增加了技術選擇的難度。因此，只有將技術應用在最適合的范圍內，才能達到最佳效果。劈裂灌漿技術經濟、機理明確、工藝合理，在很多工程中得到了應用。但是，該技術在實踐中還存在一些問題，比如工程長、施工技術理論不完善等，因此還需要對其施工工藝流程進行探析。

參 考 文 獻

[1]張武功，于驍中，周家聰，等.陳村大壩105 m高程裂縫的斷裂力學研究[J].大壩與安全，1994（4）.

[2]石青春，馮樹榮.龍灘高碾壓混凝土重力壩的溫控防裂研究[R].長沙：中南勘測設計研究院，2003.

[3]馬訓義，黃麟芬.樂灘水電站混凝土工程的溫控設計[R].

南寧：廣西電力工業勘測設計研究院，2006.

[4]張發華.我國水電站大壩安全現狀[J].大壩與安全，1987

（1）.

[責任編輯：陳澤琦]