劈裂灌漿施工工藝在土石壩防滲加固工程中的應用

陳國偉

（廉江市水利水電安裝工程公司，廣東 廉江 524400）

1 劈裂灌漿技術施工工藝

總體來說，劈裂灌漿技術經濟、機理明確、工藝合理、施工簡單，在工程中獲得了廣泛應用，但在實踐中，還存在一些問題，如工期長、施工技術理論不完善等，所以需要對其施工工藝流程進行探析。

1.1 施工準備

壩體劈裂灌漿是針對有缺陷壩體進行的一種處理措施。因此，施工前應對被灌壩體進行資料搜集，全面掌握有關的技術資料，包括施工期和運行期兩個階段。施工期階段：摸清壩體的水文地質條件、筑壩土料的物理力學性質、施工季節、每層鋪土厚度、干密度合格率、合龍龍口位置等情況。運行期階段：自水庫蓄水以來歷年壩體沉陷、水平位移、測壓管水位與庫水位的關系、浸潤線出逸點高程、孔隙水壓力的變化過程、壩體壩基漏水位置及漏量與庫水位的變化關系等，當發現有不正常現象時，可進行少量鉆探、井探或電測法查明土壩隱患位置。

在充分調查了解情況后，進行綜合分析研究，根據壩體缺陷的性質、部位、施工技術等方面論證灌漿處理的必要性和灌漿方法的可行性。

1.2 布孔

劈裂灌漿一般采用壩頂單排布孔，對較高的土壩或隱患較多的土壩，可以采用雙排或三排布孔；對于土壩表面已見裂縫和洞穴以及土壩岸坡段應多排梅花型布孔，也可沿裂縫布孔；對于彎曲壩段，應采用梅花形布孔，適當加密孔距。

1.3 漿液選擇

壩體劈裂灌漿對泥漿的一般要求是：可灌性好，穩定性高，析水固結快，形成漿體防滲性能強，變形模量與壩體土相近。泥漿的性能指標一般有密度（1.3～1.6 g/cm3）、黏度（20～100 s）、穩定性（0.05～0.1 g/cm3）、失水量（制漿土料的性質、制漿時黏土顆粒的分散程度、泥漿容重的大小、外加壓力、外加劑等）、膠體率（90%以上）和靜切力（制漿土料的性質、黏土顆粒分散的程度、泥漿的密度大小、結構性能的強弱、外加劑的性能）等。可以看出，這些指標之間往往是矛盾的，所以，在選擇漿液時，應統一考慮泥漿各種性能的相互關系，不能過分強調某一方面，宜通過實驗來選擇合適的漿液。

1.4 鉆孔

對劈裂灌漿鉆孔施工，主要有以下幾方面的要求：孔位和孔斜滿足設計要求，要求孔位偏差≤±3 cm，孔斜不超過1%。孔徑大小和鉆孔深度要滿足設計要求。根據灌漿方法選擇合理的孔徑，鉆孔深度應大于隱患深度2～3 m，或直達壩體覆蓋層，若多排布孔且副排孔處無隱患時，副排孔孔深約為相應主排孔孔深的1/3。選用安全而有效的鉆孔方法。鉆孔究竟是干鉆還是泥漿護壁，不能簡單規定，需要依據實際情況選擇，在保證大壩安全的前提下，選用有利于施工和能夠保證效果的鉆孔方法。一般根據鉆孔深度選擇鉆孔機具。鉆孔深度小于25 m時，可用錘擊打管機，其設備有三腳架、鉆桿、錐形鉆頭、錘箍和100～200 kg重的穿心吊錘等。鉆孔深度超過25 m，可用鉆機，常用的鉆機型號有 XJ100－A型鉆機、DPP－100型汽車鉆機以及XJ300型鉆機。

1.5 灌漿方法

因地制宜地選擇合適的灌漿方法，大壩壩體的灌漿方法從“孔口注漿，全孔灌注”的充填式灌漿方法進化到“孔底注漿，全孔灌注”的白氏劈裂法后，在實踐中又衍生出了“全孔護壁，孔底注漿”的章氏法和“循環劈裂式充填灌漿”等方法。各類方法都在其適應的壩型和工況下經過了實踐的驗證，取得了較好的效果，需要根據實際情況進行選擇。由長江科學院提出的用于高心墻壩的分段灌漿法，該法針對高薄心墻壩（超過50 m），要求心墻中用干法鉆孔，孔深達壩的一半時，下入套管并進行端部阻塞，阻塞長度一般不小于 2 m，變換鉆孔孔徑，用干法繼續鉆孔至設計要求部位。下灌漿管至距孔底 0.5～1.0 m，并用阻漿塞在上段套管中阻漿，防止漿液滲入上段，在確保壩體穩定的前提下，控制起始劈裂點位于壩體底部，提高孔口灌漿壓力，保證灌漿效果。完成一次灌漿后，間隙3～5 d，將灌漿管上提1～2 m，進行第二次灌漿。下段經過5～10次復灌循環后，上撥上段套管并留2～3 m的井口管，并在井口管中設置阻漿塞進行上段的灌漿。上段灌漿的孔口壓力應進行合理控制，以保證壩體內劈外不劈。灌漿時灌漿管均下到距本段孔底1～2 m處，完成一次灌漿后，間隙3～5 d，將灌漿管上提1～2 m，進行第二漿灌注，分序分段，孔底注漿，控制漿量，少灌多復。此方法能夠保障鉆孔底次灌漿。經過5～10次復灌循環后可停止本孔的灌漿。灌漿原則是：稀漿開路，濃部有足夠的吃漿量，這是全孔灌漿的難點，值得借鑒和推廣。

1.6 灌漿質量控制

（1）對初灌和復灌不起壓的鉆孔，孔口灌漿壓力應盡量小些，一般控制在0.05 MPa以內。灌漿壓力因孔而異，鉆孔深度越深，控制壓力越大。并且隨著灌漿次數的增加，壩體密實度的提高，灌漿控制壓力也將進一步增大。

（2）通過單孔控制的深度、距離和漿體密度計算每孔每次平均灌漿量。第一序孔灌漿量占總灌漿量的60%以上，灌漿次數為8～10次，第二、三序孔一般為5～8次。由于壩體質量不均勻，且初灌、復灌吃漿量不同，故不能按平均吃漿量進行控制，初灌可控制最大灌漿量為平均吃漿量的2倍。最小灌漿量則根據壓力變化及壩頂冒漿情況而定。

（3）劈裂灌漿在孔內下3～5 m深的護壁套管，以控制壩頂裂縫的發展和保護孔口。一旦壩頂出現裂縫，其寬度應控制在1～3 cm范圍內，長度不超過20 m，每次停灌后24 h內能回彈閉合為宜，不能完全回彈閉合的應做阻漿蓋。

（4）為安全起見，灌漿最好在水庫低水位時進行。庫水位最好低于壩體主要缺陷部位。在浸潤線以下灌漿，應采用較稠泥漿或摻少量速凝劑，每次復灌間隔時間，應視壩體內已灌漿液的固結情況而定，一般浸潤線以下不少于10 d，浸潤線以上則不少于5 d。

1.7 終灌標準及封孔

土壩劈裂灌漿的終灌標準，通常以直觀上的飽、滿、實為度，規定壩頂連續3次冒漿或連續二次超過控制壓力、位移和裂縫寬度時，即可認為達到終灌標準，對于只需灌注某一深度范圍的壩體，可在注漿管上部設護壁管或阻漿蓋，終灌標準可以用單孔總灌漿量和灌漿壓力控制。灌漿結束后，將注漿管拔出，注滿稠漿，如果漿面下降，可繼續灌注稠漿直至漿面升至壩頂不再下降為止。土壩灌漿后，會出現壩頂凹凸不平和表面裂縫的現象，壩頂高程也有所降低，需要在壩頂進行鋪土碾壓或者夯實整平。

1.8 施工問題的處理

對病險土石壩采用劈裂灌漿處理，在施工過程中常會出現裂縫、冒漿、串漿塌坑和隆起等問題。這些問題需要妥善合理地處理。

1.8.1 裂縫

灌漿中出現的裂縫分為縱向縫和橫向縫，一般出現在壩頂處。當壩頂出現縱向縫后，應分析發生的原因，如果是濕陷縫，可以繼續灌漿，如果是劈裂縫，應加強觀測，當裂縫發展到控制寬度時，應立即停灌，待裂縫基本閉合后再灌漿；當壩頂出現橫向裂縫時，應立即停灌檢查，如果裂縫深度較淺，可以開挖后用黏土回填夯實接著繼續灌漿，如果裂縫較深，可用稠漿灌注裂縫進行封堵；當彎曲段出現裂縫時，應立即停灌，并在壩頂上游壩肩處沿裂縫布孔，按照多孔輪灌的方法灌注稠漿封堵裂縫，待處理好后再加密孔距，減少灌漿壓力和每次灌漿量的方法進行輪灌或幾孔同時灌注。

1.8.2 冒漿

壩頂和壩坡冒漿，應立即停灌，挖開冒漿出口，用黏性土料回填夯實，鉆孔周圍冒漿，可采用壓砂處理，再繼續灌漿；白蟻洞穴冒漿，應先在冒漿口壓砂堵塞洞口，再續灌；水下壩坡或土壩與其他建筑物接觸帶冒漿，可采用稠漿間歇灌注進行處理。

1.8.3 串漿

當第一序孔灌漿時發現臨近孔串漿，應加強觀測和分析，如果確認對壩體安全無影響，灌漿孔和串漿孔可以同時灌注，如不宜同時灌注，可用木塞堵住串漿孔，然后繼續灌漿；如果在灌漿后期相鄰孔串漿，說明已形成連續的泥墻，可減少每次灌漿量；如果漿液串入測壓管或浸潤線管，在灌漿結束后再補設測壓管或浸潤線管。

2 結束語

以上主要結合相關研究資料及個人實際工作經驗，總結出了土石壩防滲加固工程中劈裂灌漿施工工藝的相關要點，為劈裂灌漿技術的實際應用提供借鑒。但實際工程中還需根據實際情況來調整和選擇相關工藝。

1 陳功民.水利工程中堤壩灌漿防滲加固技術[J].河南科技，2010（10）

2 姚立軍.劈裂灌漿技術在土質堤壩工程中的運用探討[J].水利與建筑工程學報，2009（02）