藥物充填灌漿在大壩裂縫及白蟻治理中的應(yīng)用

□李娜包明臣劉長(zhǎng)垠

（1南陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院；2河南中達(dá)置業(yè)集團(tuán)有限公司；3河南省水利宣傳中心）

藥物充填灌漿在大壩裂縫及白蟻治理中的應(yīng)用

□李娜1包明臣2劉長(zhǎng)垠3

（1南陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院；2河南中達(dá)置業(yè)集團(tuán)有限公司；3河南省水利宣傳中心）

劉山水庫(kù)大壩裂縫及存在白蟻的險(xiǎn)情，嚴(yán)重影響大壩工程安全，直接威脅著下游所保護(hù)的重要設(shè)施及百姓生命安全。采用藥物充填灌漿，孔口封閉，全孔灌注法，對(duì)壩體裂縫及白蟻進(jìn)行處理。在灌漿壓力的作用下，漿液不僅沿著裂縫流動(dòng)，而且會(huì)沿著裂縫兩側(cè)某些小主應(yīng)力不足的地方滲透進(jìn)去，且產(chǎn)生互相交錯(cuò)的細(xì)小裂縫，使?jié){液和壩體膠結(jié)緊密，從而達(dá)到處理壩坡裂縫的目的。另一方面，漿液中加入的毒殺白蟻專(zhuān)用藥劑，不僅可以滅殺蟻道和巢腔內(nèi)的白蟻，還可以毒化壩體土壤，防止白蟻孳生筑巢。在汛期來(lái)臨之際，采用藥物充填灌漿的方案，施工工期短，對(duì)大壩綜合利用的干擾少；即能保證大壩安全度汛，對(duì)裂縫治理效果好同時(shí)能兼顧白蟻治理。但藥物灌漿在灌漿施工過(guò)程中應(yīng)采取相應(yīng)的防范措施，設(shè)立醒目的警示標(biāo)志，避免造成施工過(guò)程中人員中毒事件的發(fā)生，同時(shí)防止污染水源。目前，工程完工后已度過(guò)兩個(gè)汛期，治理效果良好。

藥物；充填灌漿；大壩裂縫；白蟻治理

1 大壩工程概況

劉山水庫(kù)位于鄧州市彭橋鄉(xiāng)境內(nèi)，是長(zhǎng)江流域唐白河水系排子河支流冢子河上游一座中型水庫(kù)，控制流域面積22.30 km2，壩址以上干流長(zhǎng)度7.50 km。是一座以防洪灌溉為主的中型水庫(kù)，工程等別為三等，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 a一遇。

水庫(kù)大壩系均質(zhì)土壩。壩頂高程為170.80 m，壩頂長(zhǎng)520 m，寬4.50 m，上游為干砌塊石護(hù)坡自上而下坡比1∶2、1∶2.50，變坡點(diǎn)高程168 m；下游為草皮護(hù)坡邊坡自上而下坡比1∶2、1∶3.16，壩坡在高程167.20 m處設(shè)有3.40 m寬戧臺(tái)一道。主河槽段壩體設(shè)有棱體排水，棱體排水頂部高程為156.50 m，排水體頂寬1.10 m，上游邊坡1∶1.50,下游邊坡1∶1.50,底部高程154.30 m。

2 工程地質(zhì)

工程區(qū)位于壟崗狀地貌單元上，地形西高東低，地面高程123.30～145.10 m，崗壟兩側(cè)的坡度為5～20°，坡度較緩。壩體填筑材料為粉質(zhì)粘土，褐黃、棕紅色，硬-堅(jiān)硬，以粉粘粒為主，含鐵錳質(zhì)結(jié)核及灰白色泥質(zhì)斑點(diǎn)，切面光滑細(xì)膩，裂隙發(fā)育，具弱膨脹性，由于膨脹土含有較多的蒙脫石、伊利石強(qiáng)親水性粘土礦物，具有吸水量大、高塑性、快速崩解性、以及劇烈的膨脹性與收縮性等特征。

3 大壩裂縫及白蟻情況

3.1 大壩裂縫及成因分析

3.1.1 裂縫基本情況

2014年5月13日，在劉山水庫(kù)管理所發(fā)現(xiàn)壩體存在裂縫，開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)壩體存在縱向裂縫2條，橫向裂縫3條，裂縫從高程163.80 m開(kāi)始向下延伸，縫長(zhǎng)約2 m左右，2.70～2.90 m深度處裂縫基本消失?？p寬1～3 cm，縫間距50～80 cm。裂縫無(wú)充填，連通性好，裂縫處土體呈硬塑狀態(tài)，裂縫傾角80～90°，裂面粗糙。

5月17日，為了進(jìn)一步探明大壩裂縫情況，查明大壩產(chǎn)生裂縫原因，在樁號(hào)0+280、0+360，高程167.20 m處又分別開(kāi)挖兩個(gè)探坑。開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)兩處壩體均存在縱、橫向裂縫多條，裂縫情況同樁號(hào)0+246處壩體基本相同。

3.1.2 裂縫處壩體物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)坑探取樣，土體含水量范圍值18.47%～23.40%，干密度范圍值1.46～1.58 g/cm3，平均值15.04×10-1g/cm3，壩體質(zhì)量較差，壩體自由膨脹率為53%～59%，平均值55.90%，屬弱膨脹土。線縮率：橫向4.19%～7.44%，豎向3.90%～6.80%，收縮系數(shù)0.27～0.46，平均值0.34。

3.1.3 裂縫成因分析

①根據(jù)歷史資料，在1975年8月8日洪水中，大壩背水坡主河槽段及臺(tái)地段兩處發(fā)生滑坡，主要原因是大壩碾壓不實(shí)，填筑質(zhì)量差，滑坡后處理不徹底，壩體填筑質(zhì)量仍然較差。②2007年，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，在壩軸線部位設(shè)置了一排連續(xù)的相互搭接水泥土攪拌樁，樁底深入到壩基粉質(zhì)粘土中，使大壩浸潤(rùn)線高程降低，又加上近期降雨較少，現(xiàn)狀大壩浸潤(rùn)線管水位163.14 m，壩體土液性指數(shù)在-0.09～-0.03之間，土體呈堅(jiān)硬狀態(tài)，且屬弱膨脹土，在大壩浸潤(rùn)線以上，隨著含水量降低，土體收縮，壩體形成了網(wǎng)格狀裂縫，由脹縮效應(yīng)引起的張力應(yīng)變形成的陡傾角裂隙，裂面粗糙，裂縫深度多在3 m范圍內(nèi)。

3.2 大壩白蟻

白蟻對(duì)大壩的本質(zhì)性威脅是它們?cè)诖髩蝺?nèi)構(gòu)筑巨大的蟻巢（直徑可達(dá)1 m以上）和數(shù)量眾多的副巢及四通八達(dá)的蟻道。蟻巢一般修筑在壩背水坡距壩面2 m以下、常水位浸潤(rùn)線以上。白蟻除在背水坡以植物根莖為食外，還會(huì)通過(guò)地下蟻道，穿過(guò)土壩到迎水坡取食枯枝落葉和浪渣。當(dāng)汛期水位上升時(shí)，水流便有可能進(jìn)入隱藏在土壩內(nèi)的蟻道和巢腔內(nèi)，造成散浸、管涌、沉陷、滑坡等重大險(xiǎn)情，嚴(yán)重的直至釀成垮壩的災(zāi)難。

2013年4-5月，在劉山水庫(kù)溢洪道左岸高程170 m，樁號(hào)0+019、0+046、0+083處先后發(fā)現(xiàn)白蟻三窩。2014年3月初，在距大壩下游坡腳165 m左右發(fā)現(xiàn)白蟻一窩，4月中旬在輸水干渠0+330樁號(hào)處、5月15日在樁號(hào)0+315處大壩背水坡靠近坡腳處又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)白蟻巢穴各一處。

4 充填灌漿設(shè)計(jì)

4.1 灌漿孔布置

在高程167.20 m至高程160.46 m之間大壩背水坡上，沿平行于壩軸線方向進(jìn)行藥物充填灌漿，受資金限制，灌漿范圍確定為1975年8月發(fā)生滑坡段樁號(hào)0+235～0+295、0+315～0+ 385。共設(shè)灌漿孔17排，每排間距1.50 m。灌漿分兩序施工,一序孔間距4 m，二序孔間距4 m，終孔間距2 m。根據(jù)裂縫情況及白蟻筑巢特點(diǎn)，灌漿向下深入壩體內(nèi)4～3 m。在每排灌漿軸線上布置檢查孔，檢查孔設(shè)于一序孔旁，孔距12 m。

4.2 灌漿設(shè)計(jì)壓力值確定原則

灌漿設(shè)計(jì)壓力值以不使壩體產(chǎn)生過(guò)大的變形。一般灌漿管上端孔口壓力應(yīng)〈50 kPa，在保證壩體安全的前提下，通過(guò)試驗(yàn)確定。施灌時(shí)灌漿壓力應(yīng)逐步由小到大，不得突然增加，灌漿過(guò)程中，應(yīng)維持壓力穩(wěn)定,波動(dòng)范圍不得超過(guò)5%。灌漿時(shí)應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，對(duì)照壩體變形，合理控制灌漿壓力。

4.3 灌漿施工

施工機(jī)械及灌漿材料：灌漿采用水泥粘土漿，水泥摻入量為15%，水泥為42.50MPa普通硅酸鹽水泥，細(xì)度要求通過(guò)7.50×10-2mm方孔標(biāo)準(zhǔn)篩的篩余量≤2%；土料符合以下要求：選擇具有失水性快，體積收縮小的中等粘土料，粘粒含量20%～45%，粉粒含量40%～70%，塑性指數(shù)10%～25%，有機(jī)質(zhì)含量＜2%。結(jié)合治理白蟻在制漿時(shí)加入毒殺白蟻的專(zhuān)用藥劑，泥漿含藥量應(yīng)〉0.20 kg/m3。

灌漿鉆孔及分段：工程屬淺孔灌漿，通常不用下套管，也可不分段。灌漿孔孔位偏差≤10 cm，鉆孔偏斜率≤2%。宜采用干法成孔，灌漿孔孔徑宜為50～76 mm。灌漿開(kāi)始先用稀漿，經(jīng)過(guò)3-5 min后再加大泥漿稠度，漿液的容重應(yīng)按技術(shù)要求控制。灌漿中應(yīng)對(duì)第一序孔輪灌，第一序孔結(jié)束后，灌第二序孔，采用少灌多復(fù)的方法。每孔灌漿次數(shù)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定，一般5～10次，且兩次灌漿間隔時(shí)間≥5 d。

灌漿結(jié)束：當(dāng)漿液升至灌漿孔孔口時(shí)，經(jīng)連續(xù)復(fù)灌3次不再吃漿時(shí)，即可終止灌漿。灌漿結(jié)束后對(duì)壩體與山坡結(jié)合部隔離治理。在距壩體2 m外山坡處開(kāi)挖寬0.70 m、深0.80 m隔離槽。開(kāi)挖好先對(duì)隔離槽內(nèi)壁噴灑濃度0.20%的藥物，后用0.20%毒粘土回填夯實(shí)。最后對(duì)距壩體200 m范圍地面噴灑0.20%藥液。（在施工過(guò)程中若遇鉆桿掉孔現(xiàn)象，說(shuō)明此處有蟻巢，須挖開(kāi)蟻巢，噴打濃度為0.20%的藥物，碾壓夯實(shí)，然后在此巢周?chē)用苤卫?。?/p>

封孔方法：每孔灌完后，待灌漿孔周?chē)酀{不再流動(dòng)時(shí)，將孔內(nèi)漿液取出，掃孔到底，分層填入直徑2～3 cm的干粘土泥球，每層厚度0.50 m，然后搗實(shí)?；蛳蚩變?nèi)灌注容重為16 kN/m3的稠漿至密實(shí)為止。

特殊情況的處理：灌漿過(guò)程中出現(xiàn)冒漿，應(yīng)立即停止灌漿，查明冒漿原因，采取相應(yīng)的處理方法。例如：在第六排一序孔5#孔灌漿時(shí)，出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)此處壩坡有一處小生物洞穴，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，先在冒漿洞口壓砂封堵后，再繼續(xù)灌漿，并加強(qiáng)觀察。灌漿初期出現(xiàn)串漿，如對(duì)壩體安全無(wú)影響，可堵塞串漿孔，然后繼續(xù)灌漿。灌漿后期相鄰孔串漿，可減少1次灌漿量。

質(zhì)量檢查：分為中間檢查和最終檢查，中間檢查內(nèi)容包括按設(shè)計(jì)要求檢查布孔，造孔，工藝流程，漿液性能，綜合控制情況，各孔終止灌漿達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，灌漿中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理情況；最終檢查對(duì)資料進(jìn)行分析，對(duì)灌漿孔進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)灌漿結(jié)束1 a以后，配合鉆孔，探井取樣測(cè)定。檢查標(biāo)準(zhǔn)為注水試驗(yàn)k＜1×10-5cm/s。因漿液中含有毒殺白蟻的專(zhuān)用藥劑，在灌漿施工過(guò)程中應(yīng)采取相應(yīng)的防范措施，避免造成施工過(guò)程中人員中毒事件的發(fā)生，防止污染水源。

TV6973

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1673-8853（2017）06-0060-02

2017-4-21

編輯：劉長(zhǎng)垠

李娜（1976-），女，工程師，主要從事水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)。