試論劈裂灌漿施工技術在水庫加固中的應用

林越青

（揭陽市水利水電設計院 廣東 揭陽 522031）

一、前言

劈裂灌漿技術是20世紀70年代未開始推廣使用的堤壩防滲技術，能形成垂直連續的防滲帷幕，劈裂灌漿施工技術工作機理、防滲效果和施工工藝均已達到了當前水庫防滲工程的要求，在堤壩防滲領域應用廣泛。

二、水庫概況

該位于揭陽市普寧縣，是一座具有灌溉、供水、防洪、攔沙等綜合功能的小型水庫，壩址以上流域面積27.8km2，多年平均徑流量838萬m3，原設計總庫容137.5萬m3，興利庫容117萬m3，調洪庫容18.5萬m3。水庫樞紐由大壩、溢洪道、放水設施三部分組成。其中大壩為粘土斜墻土石混合壩，最大壩高51m，壩頂軸線長165m，壩頂寬4m，上游壩坡平均坡比1：3.5；下游坡比平均坡比1：1.83。2002年由水利主管部門核定大壩為三類壩，該水庫堤壩需進行除險加固。

三、滲漏現象及原因分析

1 998 年實測壩體干密度最小值為1.36g/cm3，最大值 1.76g/cm3，平均值 1.56g/cm3，合格率僅9.7%，壓實度0.9%。在深度22.5～28.0m標貫擊數N63.5=4.6擊；深度4.5～7.8m，標貫擊數N63.5=2～3擊，這兩處土層處于軟塑狀態，土質疏松，質量較差。從地勘資料分析，壩體填土不均是壩后滲漏發展及壩體險情的原因之一，1994年的處理范圍較小，未從根本上解決問題。

四、壩體劈裂灌漿設計

1.壩體劈裂灌漿

根據該水庫滲漏原因分析，選用劈裂灌漿作為壩體防滲的技術措施，與壩基帷幕灌漿同時實施。劈裂灌漿是以水力劈裂理論為基礎，根據壩體小主應力面沿壩軸線分布的規律布設灌漿孔，利用灌注泥漿較大的孔口壓力，有效地將孔壁土體沿縱向劈開，并灌注漿液，沿壩體軸線形成一道近似豎直連續的漿體防滲帷幕。兩側與漿脈連通的所有裂縫、洞穴、砂層等隱患均被泥漿充填擠密壓實，同時通過漿壩互壓、泥漿析水固結和壩身土濕陷密實等作用，使漿液影響范圍內的土體得到壓密，內部應力得以調整，恢復壩身應力平衡，促使壩身應力變形穩定，從而使壩身達到防滲加固的目的。

該水庫劈裂灌漿布設主、付兩排孔，主排孔沿大壩軸線全壩段布設，長度165m；付排孔在主排孔上游1.5m處的左右兩壩肩，分別長35m，50m。設計孔深至基巖面，設計孔距5m，分兩序孔進行施工。設計總進尺1950m，鉆孔數51眼。灌漿土料選用重、粉質壤土。要求粘粒含量20%～3O%、粉粒含量30%～50%砂粒含量1O%～25%；塑性指數10%～16%；有機質含量小于2%；可溶鹽含量小于8%。漿液容重自初灌到終灌按先稀后稠的原則，一般為12～16kN/m3，粘度 3O～7OS，粘度不宜過高，否則送漿困難。當土料粘粒含量過低時，可加入一定量的膨脹劑。灌漿壓力是劈裂灌漿施工中的重要控制指標，一般分為起劈壓力、最大允許壓力和正常灌漿壓力。劈裂灌漿應在保證大壩安全(控制孔口壓力小于壩體自重)的前提下，要求最大控制孔口壓力要使劈開的裂縫達到設計灌漿帷幕厚度。

2.確定灌漿壓力

土壩劈裂灌漿壓力可按下列公式初步計算，并經試驗確定。

P—劈裂灌漿壓力，kPa或KN/m2；

y—為壩體土的重力密度，kN/m3；

H—為劈裂點以上的壩高，m；

σt—為壩體土的抗拉強度，由試驗確定，KN/m2；)，

y1—為灌注漿液的重力密度，kN/m3；

h—為注漿管高度,m。

五、劈裂灌漿工程施工

1.灌漿設備。主要需造孔機、泥漿攪拌機、泥漿泵、水泵和配套的動力機組及注漿管、輸漿管、壓力表、比重儀、運土設備等。

2.灌漿工藝流程

(1)布孔及造孔。根據設計及實驗確定的孔距，沿壩軸線量距，定位布孔，縱向偏差小于5cm，上下游偏差小于3cm；造孔采用機械錘擊摩擦桿擠壓成孔，或采用液壓式錐探機將鉆桿壓入預定深度，以保證灌漿孔與注漿孔(鉆桿兼注漿管)的良好阻塞，確保孔底先劈裂。鉆孔偏斜度不大于孔深的2%。

(2)制漿及灌漿。制漿、灌漿應同步進行。采用攪拌機濕法制漿，制漿應經過攪拌、篩漿、拌漿等工序，除去大顆粒砂石及雜質，以確保漿液連續均勻供應。同時應測定泥漿密度和粘度，若不符合要求應調整水土比；灌漿采用孔底注漿，全孔灌注的方法，灌漿應按先稀后稠的原則，即開始用稀漿(容重1.2t/m3)，待壩體劈裂后用濃漿(容重1.4t/m3)。按照實驗確定的灌漿序次、復灌次數和間隔時問進行復灌。

(3)控制灌漿孔最先劈裂點。若灌漿孔阻塞不當或不阻塞，則最先劈裂部位一般多在壩高的中上部，這樣就會造成漿脈中上部寬下部窄的現象。為使漿脈厚度上下均勻，應采用“全孔阻塞，孔底劈裂”的工藝。

（4）終孔標準及封孔。終孔標準為:

①每孔達到設計要求的復灌次數；

②連續兩次達到設計要求的孔口壓力，并穩定在10min以上，每分鐘吃漿量小0.03/m3；

③在設計壓力下開灌15min內，連續三次壩頂縱向裂縫大范圍冒漿。只要達到上述兩點要求，即可終灌。封孔是在注漿孔內連續注入容重大于1.6t/m3。的稠漿直至漿面不再下降為止，并在孔口用于土封堵搗實。

3.對裂縫及冒漿的處理

因壩體填土土料不一，疏密不均，在灌漿施工過程中，由于漿壩互壓及濕陷密實作用，某些壩段可能產生不均勻變形，出現弱應力破壞，使壩體內部土體產生應力調整平衡，從而出現橫向或斜向裂縫、冒漿、串漿等現象，對此應加以控制及處理。

(1)裂縫處理。在灌漿期間壩頂出現縱向峰，若因壩體填土碾壓質量差，泥漿析水引起堤身土濕化變形的濕陷縫，可繼續灌漿不做處理；若為劈裂縫則應加強觀測，當裂縫發展到1～2cm寬時，可沿裂縫開挖填土夯實，形成阻漿蓋；或適當降低孔口壓力，采取少灌多復的辦法，但宜控制最大裂縫不超過3cm。

(2)冒漿處理。因壩體存在有裂縫、洞穴等隱患，灌漿期間壩坡、壩頂等常出現冒漿。對壩坡冒漿可采取在原灌漿孔內用濃漿停灌間歇的辦法處理，還可結合堆砂反濾封堵冒漿口；灌漿初期的壩頂冒漿，可采取降低灌漿壓力和輸漿量或在冒漿處做阻漿蓋阻止冒漿；灌漿后期的壩頂冒漿可不處理；灌漿中出現串漿時，應加強觀測、分析，在確認對堤防安全無影響時，可采取對灌漿孔口和串漿孔同時灌漿，或在灌漿孔口加木塞，然后繼續灌漿。

六、劈裂灌漿效果觀測

工程完工后，2005年6月水庫管理處進行了大壩壩體浸潤線、壩后滲漏量、大壩位移等項目的觀測，結果如下：

浸潤線觀測所繪制的曲線與設計線對比，符合設計要求，當蓄水位達到851m高程時，0+130測流斷面浸潤線中的1—4孔觀測成果顯示與設計基本吻合，0+090測流斷面浸潤線5—8孔斷面觀測成果比設計浸潤線還低，表明防滲效果明顯。

滲漏觀測：經過防滲處理，壩后滲漏量在相同蓄水位情況下，有了明顯減少：如庫水位842m高程時，2000年滲漏量為14L/s，2005年工程加固后為6.4L/s，滲漏量比加固前減少了54.28%；2000年庫水位847m高程時，滲漏量為15L/s，2005年工程加固后為8.8L/s，加固后滲漏量減少41.33%。

當蓄水位達到851m高程時，滲水量穩定在12L/s，850m以上高水位持續時間達到56天，并未導致滲水量增加，說明施工達到了設計預期效果。

[1]陳杰東.土壩劈裂灌漿施工技術[J].西部探礦工程，2007，11.

[2]沈文華，王志.劈裂灌漿施工技術在黑松林水庫壩體加固中的應用[J].水利水電技術，2005，11.