劈裂灌漿技術在陡山水庫防滲加固中的應用

王愛敏，王進利

（1.臨沂市水利工程處，山東 臨沂 276000；2.山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276000）

陡山水庫位于臨沂市莒南縣境內，坐落于沐河一級支流潯河中下游，控制流域面積超過430 km2，總庫容超過2.92億m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發電、水產養殖、旅游等綜合功能的大（2）型水庫。陡山水庫建設于1958年，在2013年9月份，相關部門對其進行了除險加固，核心問題是提高壩體防滲性。陡山水庫大壩為黏土心墻砂殼壩，壩頂寬9 m，最大壩高28.6 m，壩頂高程132.1 m。通過現場考察，該水庫壩體出現濕陷性裂縫，寬度為10~13 cm，發育長度達25 m，滲漏水流從壩體內帶走大量泥砂，嚴重威脅大壩穩定堅固性。

1　劈裂充填灌漿技術介紹

目前水庫壩體防滲加固方案主要有增設防滲心墻、加固水平鋪蓋、壩體高壓灌漿等幾類。隨著高壓灌漿技術的成熟，其施工工藝難度、加固成本等顯著降低，為該技術的廣泛應用創造了條件。

均質土壩或黏土心墻壩橫斷面大致對稱，因而載荷也基本對稱。劈裂灌漿技術本質是在存有滲漏的土壩軸線上鉆孔并加注水泥漿，壩內土體會沿著縱斷面開裂，若維持注漿壓力，則裂縫會不斷延伸，相當于在壩體內部劈開一道裂縫。水泥漿液凝固后便可形成一道垂直防滲墻體，且與壩體牢固結合。高壓水泥漿可順著壩體裂縫充填整個滲漏區域，顯著提高壩體整體性和內部應力狀態。

劈裂灌漿的適用條件包括以下幾點：1）大壩結構為均質土壩或黏土心墻壩，且碾壓效果較差；2）壩體浸潤線過高；3）壩體內外部存在大量裂縫或較大面積弱應力區（或生物洞穴）。

2　施工工藝分析

劈裂灌漿技術主要包括：方案設計、施工、質量檢查三部分工序。其中方案設計包括灌漿孔布置、灌漿材料設計、灌漿壓力的確定，施工包括鉆孔施工和灌漿施工。

2.1　劈裂充填灌漿技術參數設計

1）灌漿孔位置布設。①排孔位置設計。根據具體段位的不同，孔位設計也有區別，具體可分為河槽段、彎曲段、岸坡段和其他特殊段。在河槽段，一般沿著壩軸線稍微偏上游進行布孔，若病害嚴重可在下游再布設一道副排孔；在彎曲段、岸坡段和其他特殊段，壩體內部應力分布復雜，灌漿孔一般按照“多排梅花形”布設，待前期灌漿凝固后，再沿著壩軸線布孔加強排孔。本項目只需布設一道排孔，距防浪墻4.0 m（見圖1）。

②孔深和間距。孔深根據病害發育確定，一般要求大于病害裂隙發育深度的2~3 m；當設計多排孔時，副孔深度一般為主孔的1/3左右。當孔深H＞15 m時，孔間距范圍在5~8 m；孔深H＜15 m時，孔間距范圍在3~5 m。具體深度由理論計算和現場試驗綜合確定。本項目根據裂縫發育范圍確定鉆孔深度H=18~20 m。

圖1　灌漿孔位置示意圖

2）灌漿材料的確定。劈裂灌漿材料一般選用和壩體內部填土相近的黏性土泥漿，本項目為保證灌注質量及漿液各種力學性能，選擇含砂粉質黏土作為注漿材料，并加入一定量的水泥，使混合漿液密度達到1.5 g/cm3，該密度下泥漿的注入性、穩定性、凝固速度均較好，防滲性、彈性模數均符合要求。

3）灌漿壓力計算。灌漿壓力直接影響施工質量，是最重要的參數之一。本項目通過公式（1）進行理論計算，并結合參考值（見表1）共同確定灌漿壓力P，最終確定本項目灌漿壓力為0.23 MPa。

式中：h為被劈點以上土層厚度；γ為壩體填土密度；γ漿為漿液密度；σ為壩體土單軸抗壓強度，試驗值為1.5 N/cm3。

表1　劈裂灌漿壓力參考值

2.2　劈裂灌漿施工要點分析

1）鉆孔。鉆孔施工技術成熟，其垂直度是最重要參數。一般要求：當孔深H＞20 m時，其垂直度誤差不得大于±1.5°；當孔深H≤20 m時，垂直度誤差不得大于±1°。本項目采用“清水鉆進法”代替“干鉆法”施工，可根據孔內漏水情況來快速確定出壩體內部的漏水位置，可顯著提高工作效率。

2）灌漿施工。本項目采用“分次全孔間隔”灌漿法，灌漿管道下放至距孔底0.5 m處，不設堵漿塞。在最初幾次灌注中，盡量不使裂縫延伸到壩頂，為了增加壩體回彈力及加快水泥漿固結速度。當經過數輪灌漿后，注入量很小或帷幕厚度已達到設計數值時應即刻停止，提升注漿管3~4 m后再繼續灌注。

在灌漿施工時，應注意以下幾個問題：①孔口壓力要小于設計最大壓力；②單孔注漿量每次不得少于10 m3；③單孔注漿次數應不少于5次，每次不少于2 d；④要求每次灌漿后壩頂水平位移量不超過2 cm，且壩頂裂縫寬度應小于3 cm；⑤灌漿施工遵循的原則是“先稀后稠，少灌多復”。

2.3　劈裂充填灌漿技術常見問題處理分析

1）鉆孔漏漿問題處理。鉆孔漏漿是灌注施工最常見問題，本項目就有15個鉆孔出現漏漿，原因是遇到空洞或裂縫。可通過將鉆桿作為注漿管，不再提桿換管；加大漿液稠度，若注入量過大，則是由于附近有冒漿口，找到并堵住后再繼續注漿。

2）壩頂冒漿處理。壩頂（壩坡）冒漿是因為內部存在通道，包括洞穴、貫通縫等，遇到該問題時應先找到冒漿口進行堵死，之后及時進行復灌，可適當增加復灌次數及壓力，發揮漿液和壩體互相擠壓作用，使其結合更加緊密。

3　結語

劈裂充填灌漿技術目前在壩體除險加固中應用廣泛，具有施工簡單、成本低、設備配套完善等特點。陡山水庫大壩經處理后其滲漏量減少了90%以上，壩體穩固性顯著增強，加上其他設施的拆除重建，使用壽命至少延長25年，取得了較好的經濟社會效益。

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