均質土壩劈裂灌漿的幾點經驗

彭學文

【摘要】土壩灌漿是加固土壩壩體的一項重要技術措施，70年代中期發展了劈裂灌漿新技術，由于該項技術在土壩壩體防滲加固中收到良好效果，得以廣泛推廣應用。在長期的工作中，積累了較多的土壩灌漿的經驗。在此我以甲方現場工程師參加的宜賓縣解放水庫除險加固工程為具體實例加以說明，本文主要對灌漿部份進行介紹和探討。

【關鍵詞】土壩灌漿；實例說明；探討

一、解放水庫的基本情況

解放水庫樞紐工程位于宜賓縣柏溪鎮解放村，集雨面積14.85km2（其中大壩控制流域面積1.75km2，外加引入許溪溝集雨面積13.1km2）。由于歷史原因，該水庫1978年出現外坡及坡腳漏水，后雖經內坡增設瀝青砼斜墻防滲、壩肩帷幕灌漿等處理，但壩體外坡中部散浸現象較為嚴重，從大壩下游壩面觀察滲漏更明顯。

1999年7月四川大學水利水電工程學院編制的解放水庫壩體《土工試驗報告》及《主壩滲流壩坡穩定計算分析報告》對解放水庫大壩，滲透穩定作出了透徹分析。鑒定意見如下：大壩浸潤線位置偏高，下游壩面長期處于散浸、濕潤狀態；瀝青砼防滲斜墻部分失效，下游壩坡各濕潤帶的滲水補給皆來源于庫水；滲水外泄位置偏高，乃因壩體材料屬黃色礫質土及硬塑重砂壤土和壩體碾壓不實；濕地橫坡水平成帶，系壩料分層和壓實層差異所引起。

二、灌漿方法的選用

土壩壩體灌漿是加固大壩的一項重要技術措施，在我區大壩灌漿防滲方法主要有低壓填充式灌漿法、高壓劈裂式帷幕灌漿法2種。劈裂式帷幕灌漿法對于加固壩身，防止壩身滲漏有很好的效果，比較適合施工土質差，碾壓不密實的土壩壩身防滲加固。鑒于解放水庫隱患，本次解放水庫大壩灌漿采用劈裂式帷幕灌漿，達到加固壩身，防止壩身滲漏的目的。

三、灌漿設計

（一）布孔

孔位布置和孔距大小與壩體結構、壩內裂隙分布、產狀、漿液性能好壞和灌漿壓力大小等有關，結合解放水庫病害情況，本著“先稀后密”的布孔原則，根據帷幕灌漿設計，沿平行壩軸線布孔兩排。沿軸線上游2.1m布一排孔，沿軸線下游2.3米布一排孔，形成雙排帷幕，排距2m。孔距為第Ⅰ序孔孔距20m，第Ⅱ序孔孔距為10m，第Ⅲ序孔孔距為5m。灌前將前排15號做為注水孔，灌后在兩排之間布檢查（注水）孔3個。孔深為深入基礎巖2m。

（二）灌漿材料選擇及漿液配比

本期工程灌純泥漿和粘土、水泥混合漿。在施工前期（前排1序孔和劈裂灌漿試驗孔）為加速泥漿硬化，漿液采用水泥、粘土混合漿，水泥含量約為10%。灌漿開始采用稀漿，比重為1.3（克/ cm3）左右，到一定階段后，采用稠漿，漿液比重在1.45-1.60（克/ cm3）之間。后因考慮解放水庫壩頂要過車、加入水泥灌漿形成的防滲帷幕其收縮比與原壩體土料的收縮比不一致，在大壩灌漿析水固結，壩體應力重新調整形成的過程中，容易產生收縮裂隙，不均勻濕陷裂隙以及壩頂過車的過程中，大壩抗整體變形能力差，經多方探討，最后停加水泥，采用純粘土漿灌注。

（三）孔口壓力的確定

取值代入后計算結果為Δρ=2.4kg/cm2，即劈裂灌漿孔底起劈孔口控制壓力。

四、灌漿施工

（一）灌漿機械的選擇

灌漿主要機械設備有：100型地質鉆機3臺，其中2臺用于造孔，1臺改裝后用于制漿，200/40型雙缸泥漿泵2臺，三相渾水泵3臺，潛水泵3臺，吊錘2個，摩擦護壁管、輸漿管若干。

（二）造孔

首先按設計要求布孔，然后按序進行造孔，造孔應保證鉛直，偏斜度不得大于1°。造孔應采用稀泥漿護壁循環鉆進，不得用清水循環鉆進。

灌漿造孔機械采用天津探礦機械廠100型地質鉆機，先用φ108mm鉆頭干鉆1-2m，導向后再用φ110mm摩擦護壁管用吊錘打至5-8m，然后用φ90mm鉆頭鉆至終孔，在鉆孔過程中嚴禁鉆頭、鉆桿等碰撞、摩擦護壁管。

（三）制漿

采用100型地質鉆機改裝后制漿，在大壩左肩與壩頂齊平的一個平臺地，挖一個泥漿池，用改裝后的鉆機制漿，制成漿液經2mm網篩過濾后流入泥漿池。制漿的土料塑性指數IP≥15.4，本次灌漿使用的土料經有關部門檢驗合格后確定使用。

（四）灌漿

灌漿采用孔底注漿全孔灌注的方法。在灌漿中，先對第Ⅰ序孔進行輪灌，采用“少灌多復”的方法，待第Ⅰ序孔灌漿結束后，再對第Ⅱ序孔進行灌漿。每次最大灌漿量按不超過0.5 m3/m，控制在前三次盡量灌到最大漿量，但壩頂又最好不劈裂，每孔灌漿5次，每次間隔5天；灌漿過程中，壩頂裂縫小于2cm，壩肩處橫向水平位移小于3cm。

在灌漿過程中，前三次灌注時，灌漿管每灌注一次向上提2-3m，第四、五次灌注時又將灌漿管下到孔底進行灌注。

五、灌漿過程中遇到的問題及分析處理辦法

（一）對個別孔口在達到設計壓力時而壩體未被劈裂的處理辦法

在施灌中，右壩段部分孔口壓力達到設計壓力值時壩體仍未劈裂，經現場技術人員研究同意后，提高孔口壓力，但重要壩段最高值不得超過3.0kg/cm2。在實際灌漿中僅前排25號孔最大壓力達3.5 kg/cm2，灌孔才大量吃漿和壩頂逐漸劈裂。

（二）有待探討的問題

在大壩灌漿施工過程中，出現一個現象，特別是前排孔，幾乎所有孔的壩頂劈開裂隙均朝一個方向（大壩右壩肩方向發展）這個現象在以前的劈裂灌漿施工中還未出現過，有待認真探討、研究。

六、灌漿效果與結論

在灌漿施工過程中，共計完成劈裂灌漿44孔，進尺1012.98m，灌漿（水泥粘土漿）1045 m3，均嚴格按照《土壩灌漿技術規范》進行施工。

灌漿后外壩高程470米以濕潤帶、散浸和積水的現象全部消失。灌漿后1號、2號、3號3個注水試驗檢查孔的單位吸水率分別為0.36呂容、0.31呂容、0.95呂容（均小于規范要求的5呂容）。從以上的直觀現象和單位吸水率的數據說明，劈裂灌漿在解放水庫除險加固工程中的效果很好，達到了土壩防滲的技術要求。

七、在劈裂灌漿實踐工作中的幾點經驗

（一）灌漿方案的選擇

在宜賓縣范圍內，小型土壩絕大部分是修建于20世紀50-70年代的均質土壩，其筑壩土料差，施工工序混亂，碾壓不實，所以在宜賓縣進行的土壩灌漿中，除了對土壩內外壩坡進行滅蟻灌漿是采用充填灌漿方法外，其余均采用劈裂灌漿。

（二）排距的確定

土壩灌漿排距，控制在1～2m灌漿效果較好，排與排之間既不容易串漿，而且施工也更方便[一般小（一）型、小（二）型的壩頂寬均為3m左右]。在鉆灌施工過程中，本著先前排后后排的原則進行鉆灌。

（三）孔距的確定

一般情況下最小孔距應由灌漿試驗確定，但根據我縣壩體劈裂灌漿的經驗，多數壩體（由粘土、粉質粘土組成）灌漿最小孔距應在5m左右適誼。

（四）摩擦護壁管下管深度與操作方法

摩擦護壁管的下管深度及其與壩體土料的接觸緊密程度，對大壩劈裂灌漿的質量好壞影響很大。若下管深度不夠，接觸緊密程度不好，容易造成壩頂過早劈裂或泥漿從護劈管外沿串出而劈不裂壩體。一般情況摩擦護壁管的下管深度不小于3m，根據壩體情況還可適當加深；具體方法為先用φ110mm開孔干鉆1m左右導向后，下φ110mm摩擦護壁管用吊錘打至預設深度。

（五）劈裂灌漿材料的選擇

根據我縣已劈裂灌漿50多座均質土壩的經驗，土壩劈裂灌漿如無特殊要求一般用純粘土泥漿，純粘土漿好于水泥粘土混合漿，更有利于與壩體土料結合，水泥粘土混合漿所灌的壩體，經多年高、低水位反復運行后，含水泥的粘土泥墻與原壩體土的濕陷沉降收縮不一致，容易拉裂含水泥的粘土泥墻形成新的過水通道，讓灌漿效果降低。

（六） 灌漿質量檢查

我縣均質土壩壩體灌漿均采用注水試驗方法進行質量檢查（讓試驗條件符合納斯別爾格公式計算滲透系K= 0.423 的要求）單位吸水率ω由ω= 直接計算。根據我縣眾多水庫灌漿的注水試驗資料，只要由ω= 算出的數據符合規范要求，則根據K= 0.423 計算出的滲透系數也符合規范要求。并可從灌漿時的吸漿量反證單位吸水率和滲透系數的關系，及灌漿時吸漿量大灌后注水試驗的單位吸水率和滲透系數就小，反之就大。