淺談劈裂灌漿技術(shù)在水庫土壩工程中的應(yīng)用

劉文峰　王宇峰

摘要：水庫土壩隱患主要是土壩碾壓質(zhì)量差，施工接頭多，壩體土塊有架空現(xiàn)象，壩面排水不暢，下雨后造成壩面積水，形成塌坑等。針對(duì)上述隱患，關(guān)鍵是消除壩體中的裂縫、洞穴，增加壩體的密實(shí)度，消除壩體的濕陷性，實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的措施，有開挖加填黏土和劈裂灌漿等，但開挖回填黏土工程量大，造價(jià)高，對(duì)壩前的塑料膜防滲和護(hù)砌容易造成破壞。最好的方法就是劈裂灌漿方案，其施工速度快，工程造價(jià)最低，在施工過程中，對(duì)壩前坡的塑料膜防滲和護(hù)砌也不會(huì)造成破壞

關(guān)鍵詞：劈裂灌漿

1 工程概況

該水庫是一座供電廠用水的水庫，最大庫容５３６萬ｍ３，圍壩長５２０７．３ｍ，壩頂高程５５．５０ｍ，最大壩高９．５ｍ，一般壩高７．５ｍ，壩頂寬６ｍ，為均質(zhì)土壩，上下游邊坡均為１∶３。壩前坡鋪塑料膜防滲，塑料膜上用干砌石護(hù)坡，該壩于2000年冬修建，由于是冬季和群眾性施工，土壩碾壓質(zhì)量很差，壩體內(nèi)有土塊架空。該壩自2001年１２月?lián)跛詠?，水庫一直在低水位運(yùn)行，未達(dá)到設(shè)計(jì)水位要求，水庫經(jīng)過半年多的運(yùn)行，在壩頂出現(xiàn)大小塌坑４０多個(gè)，有的塌坑直徑２～３ｍ，嚴(yán)重威脅大壩的安全，對(duì)壩體的處理勢(shì)在必行。

該水庫土壩隱患主要是土壩碾壓質(zhì)量差，施工接頭多，壩體土塊有架空現(xiàn)象，壩面排水不暢，下雨后造成壩面積水，形成塌坑等。針對(duì)上述隱患，關(guān)鍵是消除壩體中的裂縫、洞穴，增加壩體的密實(shí)度，消除壩體的濕陷性，實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的措施，有開挖加填黏土和劈裂灌漿等，但開挖回填黏土工程量大，造價(jià)高，對(duì)壩前的塑料膜防滲和護(hù)砌容易造成破壞，不宜采用。經(jīng)多方案論證，最好的方法就是劈裂灌漿方案，其施工速度快，工程造價(jià)最低，在施工過程中，對(duì)壩前坡的塑料膜防滲和護(hù)砌也不會(huì)造成破壞。

劈裂灌漿就是沿壩軸線布孔，利用壩體小主應(yīng)力成基本沿壩軸線分布這一規(guī)律，用灌漿壓力沿壩軸線劈裂壩體，灌入泥漿構(gòu)造漿體防滲帷幕，同時(shí)與漿脈連通的裂縫、洞穴等壩體隱患，均被泥漿充填擠壓密實(shí)，達(dá)到防滲加固的目的，經(jīng)濟(jì)合理，方法簡(jiǎn)便易行。

2 灌漿設(shè)計(jì)

2.1 布孔

根據(jù)壩體隱患的性質(zhì)，共布三排孔，排距１．５ｍ，第一排孔距上游壩肩１．５ｍ，第三排也距下游壩肩１．５ｍ。第二排孔位交錯(cuò)梅花形布置，孔距２ｍ。

2.2 孔深

為了保證隱患部位得到充分處理，第一排孔深９．５ｍ，深入到壩基黏土層，第二、第三排孔深５ｍ，以改善大壩高程５１．０ｍ以上質(zhì)量較差的壩體結(jié)構(gòu)，增加土體強(qiáng)度和防滲效果。

2.3 漿液選擇

選用合適的漿液是保證灌漿質(zhì)量的重要條件，對(duì)漿液的要求是：可灌性好，穩(wěn)定性高，析水固結(jié)快，形成的漿體防滲性能強(qiáng)，并且考慮充分利用當(dāng)?shù)夭牧虾驮靸r(jià)低等因素，根據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)仞ね聊酀{的物理力學(xué)性能試驗(yàn)，選用重粉質(zhì)壤土或重壤土，即黏粒含量在２０％～２５％，砂粒含量小于２０％，其余為粉粒，泥漿的容量采用１．３～１．６ｇ／ｍ３。

2.4 灌漿壓力的確定

灌漿壓力是劈裂施工中一個(gè)重要控制指標(biāo)，當(dāng)灌漿壓力大于起裂壓力和裂縫擴(kuò)展壓力時(shí)，鉆孔就開始隨裂縫擴(kuò)展，隨著裂縫的擴(kuò)展，漿液進(jìn)入壩體而形成防滲帷幕，灌漿壓力如果控制得好，對(duì)于壩體的壓密和回彈，漿體的壓密和補(bǔ)充壩體小主應(yīng)力不足、保證防滲帷幕的作用等，都能起到好的效果，否則，還有可能破壞壩體的某些結(jié)構(gòu)，甚至出現(xiàn)險(xiǎn)情。因此，通過灌漿試驗(yàn)和理論計(jì)算，該工程灌漿孔口壓力一般控制在１ｋｇ／ｃｍ２以下。

3 灌漿施工

本項(xiàng)工程自１９９９年９月１日始至１１月３０日結(jié)束，歷時(shí)９０ｄ，灌漿壩段５２０７ｍ，共造孔７８１０個(gè)，鉆孔總進(jìn)尺５０７６８ｍ，完成防滲面積１０１５３６ｍ２，灌入土料１００００ｍ３。

為了保證灌漿質(zhì)量，施工技術(shù)要點(diǎn)有如下規(guī)定：

3.1 分序分次施灌

分序分次施灌能使灌入壩體中的泥漿得以盡快析水固結(jié)，強(qiáng)度及時(shí)提高，同時(shí)，能迅速消除由于灌漿引起壩體中局部孔隙水壓力升高的威脅，保證大壩施工期的安全，并能促使灌入壩體內(nèi)的泥漿黏粒向兩側(cè)移動(dòng)，使黏粒在壩體與泥漿交接處進(jìn)行定向排列，形成一層防滲性能很強(qiáng)的泥漿層，如此反復(fù)輪灌，即可形成一道粗細(xì)顆粒相間，木紋紙狀的漿體防滲泥墻，因此，施工時(shí)先灌第一排孔，再灌第三排孔，最后灌第二排孔，各排灌漿中，先對(duì)第一序孔輪灌，采用“少灌多復(fù)”的方法，待第一序孔灌漿結(jié)束后，再進(jìn)行二序孔，第二序孔結(jié)束后，再進(jìn)行第三序孔。

3.2 注漿方法

采用孔底注漿全孔灌注的方法，注漿管下至距孔底２０ｃｍ左右，泥漿從注漿管下口瀝出，使壩體由下部逐漸向上劈開，第一排孔復(fù)灌２～３次或基本不吃漿時(shí)，將注漿管提升１～２ｍ，達(dá)到間隔時(shí)間后，再復(fù)灌，直至注漿管距壩頂２ｍ左右為止。第二、三排至少自復(fù)灌３～４次或基本不吃漿時(shí)再提管，其他要求與第一排孔相同。

3.3 彎曲段灌漿

該水庫共有４個(gè)轉(zhuǎn)彎段，在轉(zhuǎn)彎段施工軸線上，將設(shè)計(jì)灌漿孔連續(xù)鉆完，然后逐孔輪流灌漿，單孔每次灌漿量要少，發(fā)現(xiàn)孔口有裂縫時(shí)就停灌，改灌另孔，當(dāng)每個(gè)鉆孔都形成小的裂縫，而且互相交接，灌漿量再逐漸增加，直至灌完形成與轉(zhuǎn)彎段軸線一致的泥漿防滲帷幕為止。

3.4 質(zhì)量控制

一是灌漿開始先灌稀漿，水泥漿比重控制在１∶２，等孔口壓力突然下降后，再次將比重提高到１．４～１．６之間。二是每個(gè)灌漿孔都要經(jīng)過多次復(fù)灌，前兩次應(yīng)避免壩頂裂縫，后幾次復(fù)灌時(shí)，壩頂裂縫寬度控制在３ｃｍ以內(nèi)。三是每孔復(fù)灌次數(shù)６次以上，黏土壩段（南壩）每孔復(fù)灌間隔時(shí)間不少于５ｄ，砂土壩（北壩）不應(yīng)少于３ｄ。四是孔口壓力控制在設(shè)計(jì)最大允許灌漿壓力之內(nèi)。五是每孔必須達(dá)到終孔標(biāo)準(zhǔn)后，方能起管，直至漿面不再下沉為止，最后加填土夯實(shí)。

3.5 終孔標(biāo)準(zhǔn)

一是每孔灌漿量第一排平均不少于１ｍ３干土，第二、三排孔平均每孔不少于０．５ｍ３干土。二是壩頂縱向裂縫反復(fù)冒漿。三是經(jīng)過分序、分次反復(fù)輪灌后，壩體基本不再吃漿，壩體內(nèi)所有裂縫、洞穴等壩體隱患，均被泥漿充填擠壓密實(shí)即可終灌。

4 效果分析

從灌漿施工情況來看，第二序孔和中間第二排孔吃漿量明顯減少，灌漿壓力升高，大部分孔產(chǎn)生壩頂裂縫、冒漿，且兩孔劈裂縫連接，這足以說明漿體防滲帷幕已形成，在壩體比較疏松的部位也能形成多道密集漿脈，壩體中的裂縫和洞穴泥漿充填密實(shí)。

通過漿壩互壓作用和壩體濕化變形，使壩體的小主應(yīng)力得到補(bǔ)充，調(diào)整了壩體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)。建立了壩體內(nèi)新的平衡狀態(tài)，增加了壩體的穩(wěn)定性。

該土壩系冬季施工，凍土塊上壩，每層鋪土太厚，碾壓不實(shí)，采用土壩劈裂灌漿技術(shù)加固壩體，在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的，采用的施工工藝和技術(shù)要求是安全的，灌漿期間能使壩體內(nèi)部的孔隙壓力、壩體位移量和壩頂裂縫寬度控制在允許范圍以內(nèi)而不危及大壩的安全。

為了解決灌漿后的隱患，檢查灌漿施工是否滿足設(shè)計(jì)要求，在施工結(jié)束后，開挖兩個(gè)探井，從探井開挖情況看，壩內(nèi)均自上而下形成近乎鉛直連續(xù)的漿體防滲帷幕，且漿體帷幕寬為１５ｃｍ。從漿脈形狀可清楚地看到，在漿脈較寬處，土質(zhì)松散，壩體質(zhì)量較好，同時(shí)，壩體中的裂縫洞穴均被充填密實(shí)。

在探井開挖過程中，分別從兩探井取土樣進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，灌漿后干容重最小為１．５３ｇ／ｃｍ３，最大為１．７２ｇ／ｍ３，其平均值為１．６１ｇ／ｍ３，與灌漿前壩體干容重值１．４０７ｇ／ｃｍ３相比提高了約０．１４ｇ／ｍ３，灌漿的效果是顯著的，灌漿設(shè)計(jì)處理方案是合理的。