劈裂灌漿在淤地壩除險加固中的應用

張鈞鋒

（寶雞市渭河攔河閘工程管理中心，陜西 寶雞721006）

陜西淤地壩建設數量居全國第一，目前建成淤地壩3.4萬座，約占全國的60%，已累計攔泥58億t，淤地6萬hm2，每年可增產糧食4億kg。雖然治理取得顯著成效，但生態環境依然脆弱，重治理、輕保護，治理成果保存率底，淤地壩被沖毀時有發生。陜北紅柳河流域1994年8月5～10日發生了一場約50年一遇的降雨，流域內11座大中型淤地壩幾乎于一日內被沖垮，3萬多座淤地壩一次水毀7 347座，其中垮掉1 590座。2007年夏天，橫山縣的一場暴雨使陳石畔流域內淤地面積3.3 hm2以上的57座淤地壩44座被沖毀。目前全省尚有3 200座淤地壩需要除險加固。

大量垮壩的事實證明主要是工程質量問題。淤地壩一旦沖毀，多年淤積的泥沙，將被“零存整取”地排泄到下游，造成更大的災難和損失。提高工程質量，延長淤地壩壽命，是目前水土保持工作的重中之重。

由于淤地壩建成時間早、設計標準低、工程質量差、壩體設施不配套、病險壩數量多，壩體填筑不密實、沉陷裂縫多，迫切需要除險加固。作為黃土高原有力水力設施，淤地壩在防治水土流失等方面發揮了獨具特色的作用。淤地壩具有預防水土流失、攔泥淤地、攔截泥沙、增加耕地面積、解決抗旱水源、攔蓄徑流以及解決山區交通不變的效果。

陜西省水利廳2021年3月3日召開2021年全省水利工作會，投資375億元助力鄉村振興，大力推進新型淤地壩建設試點，實施病險淤地壩除險加固，建設一批水土保持科技示范園。全面推進國家水土保持重點工程、坡耕地水土流失綜合治理等項目建設，啟動實施黃河粗泥沙集中來源區攔沙工程一期項目。

1 存在問題

淤地壩是黃土均質碾壓土壩，壩身裂隙通常包括壩肩的橫向裂縫和庫區迎水坡縱向裂縫，防洪標準低，排洪能力差。據調查統計，達不到防洪標準的淤地壩超過半數。其次淤地壩鹽堿化是影響淤地壩利用的主要原因。庫容淤滿，無滯洪能力。工程不配套，缺少排洪泄水設施。

黃土質碾壓壩為當前大部分淤地壩的構成形式，淤地壩蓄水后出現在迎水坡的縱向裂縫以及兩壩肩橫向裂縫是淤地壩的主要裂縫形式。在處理淤地壩裂縫時，因為受經濟條件制約，常見的治理縱橫裂縫的方法多為回填、灌漿、開挖等處理方法。第一步標記裂縫位置，主要是白灰水的灌入。第二步做開挖處理，開挖的邊坡坡陡要小于1∶1，為階梯狀，開挖到較小裂縫時，以較好流動性或較細顆粒的泥漿做灌漿處理，再做人工回填夯實處理開挖面，通過3~5年的循環往復治理，此類裂縫問題可完全消除。

目前，工程老化失修。黃土高原地區約80%~90%的淤地壩建于20世紀六七十年代，運行時間大多在30年左右，許多工程由于年久失修，設施老化，不同程度地存在病險問題。另外，由于多年淤積，相當一部分淤地壩已喪失了繼續攔泥和滯洪能力，急需加固、提高標準。再者，資金投入不足，影響淤地壩的正常維護。

2 劈裂灌漿技術的應用

土壩劈裂灌漿技術，國家科委列為“8.5”期間國家重點推廣項目，1988年5月水利部頒發《土壩壩體灌漿技術規范》SD266-88，在全國土壩、堤防除險加固工程中廣泛應用，絕大部分收到較好效果。劈裂灌漿技術通過漿、壩互壓和濕陷，使壩體內部應力重分布，提高壩體變形穩定性、防滲透能力。其主要靠基本垂直土壩滲流方向沿壩軸線所形成的豎直連續的防滲泥墻，防滲泥墻經過反復多次的漿壩互壓，滲透系數達到10-5～10-7cm/s。另外，壓力泥漿通過擠壓、充填、滲透、濕化固結對土體的壓實在防滲墻兩側形成寬5 m左右的防滲帶。泥墻和防滲帶共同解決壩體防滲透問題。滲透、變形穩定是病險水庫土壩安全的主要隱患。

劈裂灌漿技術是解決土壩壩體滲透、變形穩定的最好的措施。同時劈裂灌漿技術具有施工設備輕便，工藝簡單，施工速度快，工期短，經濟效益顯著，施工質量有保證等優點。

3 施工工藝

3.1 簡化設計

減少前期工作，用淤地壩縱剖面圖，沿壩軸線單排布孔，孔距5 m，孔深入壩基1～2 m，計算出鉆灌總孔數和鉆孔總深度。設計淤地壩內防滲泥墻厚度10～15 cm，干容重1.6 t/m3，計算出所需灌自然土量和單位平均灌自然土量，考慮壩體內已有裂縫和空隙對所需灌土量增加10%～15%，作為實際應準備的總灌自然土量。陜北地區多為重粉質黏土，在泥漿中摻入5%～10%膨潤土，提高淤地壩抗滲強度。

3.2 灌漿施工

1）造孔。鉆機干法造孔或泥漿護壁鉆孔。孔徑50～80 mm。

2）制漿。采用專用機械，建議采用WJG80型聯合泥漿攪拌機，可連續一體澆灌作業，適應性強，最大輸漿距離150 m。

3）灌漿。注漿管長3～4 m，內徑30～50 mm，安裝距孔底0.5～1.0 m，在第2根注漿管的下端，纏繞干海帶至孔壁封堵分段，注漿管安裝結束后，向孔壁內填滿細土至孔口密封。灌漿先壩中間后左右岸，單、雙號交錯施灌。

3.3 終灌封孔

鉆孔最后一段灌漿結束后，可再加灌1～2次，不再吃漿，可終灌。封孔，終灌后拔出注漿管，孔內注滿稠漿，到不再下降為止。

3.4 檢查驗收

1）檢查。檢查主要在施工過程中，對鉆孔深度、灌漿工藝、泥漿比重、壓力控制、每段灌土量多少，認真檢查，特別要對每班的灌漿記錄進行核實。還要注意觀察壩體外表有無特殊的變化。

2）驗收。工程驗收可在灌漿結束后1周內進行。業主的驗收重點是核實最終灌入淤地壩內的黏土量。此外，還應對土場開挖空間，每日運入壩面的土料方量進行對照核查，最后確定真正灌入淤地壩內的土量。灌入淤地壩內土量的多少，決定壩體內形成的泥墻有多厚，是評價灌漿質量最簡單最真實可靠的標準。灌土量泥墻厚度達到5 cm以上，評定合格；泥墻厚度達到10 cm及以上，評定良好；泥墻厚度達到15 cm及以上，評定優良。

4 結語

劈裂灌漿具有壓力大、劈縫寬、進漿多、泥墻厚等特點，防滲能力可達到混凝土標準。施工設備簡單，可就地取材，工期短，且經濟效果顯著，能在淤地壩除險加固中推廣應用，達到質量、經濟雙收益。對目前正在開展的淤地壩除險加固工作具有較好的借鑒作用。