土石壩灌漿壓力的選取及灌漿技術

張華

（安徽省定遠縣爐橋電灌站，安徽 定遠233280）

近年來新型灌漿材料的研發和應用，讓灌漿技術在水利工程的防滲處理中得到了更為廣泛的運用。為了提高注漿效果和防止材料浪費，在灌漿之前要做好調查與設計，例如要確定灌漿位置、計算漿液用量、確定配合比例等。完成上述準備工作后，施工人員還要熟練掌握灌漿施工的技術要點，尤其是裂隙沖洗、壓水試驗等方面，必須要按照相關的規定進行作業，才能確保取得理想的灌漿效果。

1 土石壩灌漿壓力的計算方法

準確計算灌漿壓力，對降低操作難度和提高加固、防滲效果有積極幫助。但是目前建筑行業內還沒有形成關于灌漿壓力計算的統一方法。例如歐洲是基于滲透半徑來確定灌漿壓力，計算公式為：

上式中，Rmax為漿液的最大滲透半徑，Pmax為最大灌漿壓力，t為裂隙寬度，C 為漿液的粘聚力。根據公式可知，漿液滲透半徑越大，則地面灌漿時需要提供更大的壓力，才能保證漿液完全充填到壩體的裂隙中。

我國建筑行業而采用了基于灌漿深度的計算公式：

P=P0+mh

上式中，P 為最大灌漿壓力，P0為施工段地表允許灌漿壓力，m 為灌漿深度每加深1m 后增加的壓力，h 為灌漿深度。根據該公式，按照灌漿位置距離地表的高度，以及施工地段的巖土結構特性，可以確定出最佳的灌漿壓力。

2 土石壩灌漿技術

2.1 工程概況

某水庫總庫容1835.4 萬m3，具有防洪、灌溉、供水等功能。壩頂長度為313.6m，寬度為5.2m，高程110.4m。大壩分為攔河壩和溢洪道、輸水隧洞等幾部分。水庫建成時間為2004 年，從2017 年開始發現有局部滲漏，需要進行防滲處理。

2.2 灌漿判定

經過現場勘查，導致水庫大壩出現滲漏的原因是壩體石塊與混凝土之間出現裂縫。之前使用表面封堵法雖然短期內取得了一定的防滲效果，但是一段時間后滲漏問題又重新出現。為了徹底治理大壩滲漏問題，需要采用灌漿技術，從大壩表面打孔直到裂隙處，然后將注漿管由外向內伸入，在一定壓力下進行灌漿。使漿液充滿裂隙，在泥漿硬結之后起到封堵裂隙和加固壩體的雙重效果。

2.3 灌漿技術流程

2.3.1 材料

灌漿材料的選擇將會對大壩裂隙的封堵效果產生直接影響。漿液的基本組成材料有：（1）水泥。選用P.O42.5 型號水泥，并且檢查確認水泥沒有出現結塊的情況。（2）水。可以從水庫中就地取水，但是需要在現場布置過濾池，保證水中沒有雜質。（3）摻合料。為了改善漿液性能和降低成本，加入粉煤灰、膨潤土等材料。各類材料的選擇要求也要參考相關標準。（4）外加劑。本次工程中使用的外加劑主要有3 類，分別是減水劑、早強劑和防滲劑。

2.3.2 漿液

在保證基本材料質量過關且符合使用標準的情況下，配制灌注所用的漿液。設計多組配比，然后通過制作試件的方式，檢查強度、粘結力等各項性能是否達標。根據試件性能確定最佳配比，然后將物料按照比例放入到攪拌機中。設定攪拌時間為60s，攪拌結束后檢查泥漿是否拌勻，并通過篩網進行過濾，確保泥漿中沒有固結的大顆粒。漿液現用現配，最長存放時間不得超過6h，放置2h 以上的漿液，在重新使用前要進行復拌，避免漿液出現分層的情況。如果是低溫天氣下施工，還要注意做好設備及管路的保暖，保證灌漿順暢。

2.3.3 鉆孔

使用回轉式鉆機進行鉆孔。按照施工圖紙找到需要鉆孔的位置，進行表面處理，營造良好的鉆孔條件。試鉆一段30cm 左右的先導孔，然后正式鉆進，直到設計深度。檢查成孔效果，有孔壁開裂、坍塌的，或者是偏斜超過2°的，一律不得使用。需要封堵鉆孔后另選就近位置重新開孔。成孔之后，如果鉆孔內出現滲水、積水，應當在灌漿前將積水完全排干。同時，清洗鉆孔，將孔內雜質清理干凈。

2.3.4 裂隙沖洗和壓水試驗

裂隙之間存在碎石或其他雜物，會影響漿液的灌注效果，裂隙末端不能完全充填漿液，滲漏問題不能徹底解決。因此，在灌漿前要進行裂隙沖洗作業。在灌漿機中加入清水進行沖洗，將沖洗壓力調整為設計灌漿壓力的80%左右。在具體沖洗時，可以先使用低壓，然后再逐漸提升壓力。但是注意最大沖洗壓力不要超過1MPa。觀察回水，為干凈的清水后停止沖洗。在沖洗結束后的12h 內完成灌漿，超時后應當進行第二次沖洗，然后再灌漿。壓水試驗也是灌漿前不可或缺的一道工序。采用“五點法”實驗，分別記錄在0.3、0.6、1.0、0.6、0.3MPa 時的流量情況。每個壓力值下持續20min，無漏水情況則說明試驗合格，可以進行灌漿。

2.3.5 灌漿操作方法

將制備好的漿液加入到灌漿設備中，同時將灌漿噴嘴、導管，沿著已經開好的鉆孔放入，直到距離孔底20cm 處。調節灌漿機的參數，灌漿壓力為0.8MPa。漿液在壓力作用下沿著裂縫擴散。根據噴頭型式的不同，漿液的擴散型式有輻射型（左）和橫向型（右）兩種，如圖1 所示。灌漿過程中，地面操作人員密切關注設備壓力表的示數變化。當壓力增加但是灌漿機內漿液不再減少時，說明裂隙已經被完全充滿。此時調節灌漿機的壓力，以0.5MPa 壓力繼續運行，同時收回導管。在這一過程中，導管內的漿液可以充填到鉆孔內，完成對鉆孔的封堵。

圖1 兩種漿液擴散型式

2.3.6 灌漿結束及封孔

按照一邊回撤導管一邊灌注漿液的方式，完成第一次封孔。然后將設備移動至下一鉆孔，按照上述流程繼續完成各個鉆孔的灌漿，保證大壩的所有裂隙都能夠被徹底封堵。同時，在所有鉆孔的灌漿工作結束后，再從第一個鉆孔開始，進行二次注漿。鉆孔內的漿液經過自然沉淀和初凝收縮后，會有一定程度的下降，這時通過二次注漿，讓漿液與孔口齊平。

3 大壩灌漿

3.1 壩身灌漿

可供選擇的壩身灌漿方案有兩種：其一是普通的挖槽灌注混凝土。槽內澆筑混凝土后，形成較為堅硬的墻體，既可以承壓，又能夠防水。但是工程量較大、成本較高，并且現場施工對壩體結構的擾動較大。其二是高壓擺噴灌漿造墻，通過擺動噴射，讓泥漿與土體、石塊相結合，形成堅硬的墻體。這種方案利用了既有的土體、石塊，從而減少了混凝土的用量，成本較低。同時不需要大范圍的開挖，對既有壩體的破壞較小。高壓擺噴灌漿造墻如圖2 所示。在墻體參數方面，長度可以根據裂隙的長度來確定，通常超出裂隙長度約1.5m。墻體寬度為30cm。

圖2 高壓擺噴灌漿造墻

3.2 壩基灌漿

該水庫壩址巖層為單一的二長片麻巖，中粗粒結構，片麻構造相當明顯，屬沉積變質巖。在二長片麻巖中尚有部分基性侵入巖侵入。壩址區規模較大的斷層有位于左岸坡腳的斷層F2和分布于右岸南山頭的F6～F10。因此在壩基灌漿時，也需要使用高壓擺噴方式。為了減輕施工壓力和控制施工成本，可以將相鄰兩處裂隙帶連為一體。并選取裂隙帶中間位置進行鉆孔，這樣就可以從同一鉆孔內同時向兩條裂隙帶進行注漿，簡化操作步驟，且保證了灌漿封堵效果，具體的注漿漿液注及其擴散形式如下圖3。完成壩基灌漿后，14d 后采取超聲波檢測的方法，檢查裂隙的充填效果。同時監測壩基有無滲漏問題。

圖3 注漿漿液柱形擴散形式

4 結論

土石壩是我國水利工程的主要形式，由于施工質量問題，或是因為使用年限較長，壩體、壩基等部位有較大概率出現裂縫。大壩滲漏除了會影響水利工程的應用價值外，還有可能引發潰堤等嚴重安全事故，做好裂縫處理十分重要。利用灌漿技術可以對裂縫進行封堵，施工人員一方面要熟悉灌漿流程，另一方面又要從漿液的制備、灌漿的方式以及壓水試驗等方面，采取必要的技術管控措施，才能保證土石壩的穩定、安全。