劈裂式灌漿技術(shù)在均質(zhì)土壩加固中的應(yīng)用

信陽(yáng)市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院聶守洋

劈裂式灌漿技術(shù)在均質(zhì)土壩加固中的應(yīng)用

信陽(yáng)市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院聶守洋

按照1998年中央15號(hào)文件精神，依據(jù)《水庫(kù)大壩安全鑒定方法》，《全國(guó)病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》篩選出30413座需要優(yōu)先除險(xiǎn)加固的三類(lèi)水庫(kù)。隨著全國(guó)病險(xiǎn)水庫(kù)加固工程的順利進(jìn)行，灌漿技術(shù)在土壩加固中的作用舉足輕重。灌漿可分為充填式灌漿和劈裂式灌漿，充填式灌漿是利用漿液自重使其注入土體隱患處，以堵塞洞、隙，因其灌漿方式應(yīng)用于水庫(kù)大壩效果不佳，不能有效解決壩體滲漏等病險(xiǎn)，沒(méi)有得到具體運(yùn)用。劈裂式灌漿是運(yùn)用壩體應(yīng)力分布規(guī)律，用一定的灌漿壓力，使壩體沿壩軸線方向劈裂，同時(shí)灌注泥漿，形成豎直連續(xù)的防滲墻，堵塞漏洞、裂縫或切斷軟弱層，以提高壩體的抗?jié)B能力，同時(shí)通過(guò)漿壩互壓、濕陷，使壩體內(nèi)部應(yīng)力重新再分布，進(jìn)而提高壩體的變形穩(wěn)定性。該防滲加固技術(shù)已在信陽(yáng)市中型水庫(kù)均質(zhì)壩型中得到廣泛的應(yīng)用，如洪山水庫(kù)、紅石嘴水庫(kù)、王堂水庫(kù)、鐵佛寺水庫(kù)、老鴉河水庫(kù)、老龍埂水庫(kù)等，大部分已實(shí)施完畢，防滲效果良好。

一、灌漿原理

1.可灌性和作用應(yīng)力分析。實(shí)驗(yàn)證明，在灌漿壓力作用下的黏土泥漿，在具有大孔隙的卵石和粗砂層中，當(dāng)灌漿壓力超過(guò)一定值時(shí)，以滲透和劈裂兩種形式出現(xiàn)，對(duì)具有小孔隙的細(xì)砂、黏土，只能以劈裂的形式存在。因此，土壩黏性土是可灌的，其可灌性決定于壓力泥漿對(duì)它的劈裂程度和黏土防滲體被壓縮變形的大小。灌漿壓力對(duì)壩體劈開(kāi)的方向、長(zhǎng)短及寬度，決定于原壩體的應(yīng)力分布和大小。在灌漿壓力作用下，壩體總是沿其最小主應(yīng)力作用面劈開(kāi)，即沿壩體縱向劈裂。因此，按照壩體的一般應(yīng)力分布規(guī)律，通過(guò)合理的灌漿工藝，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壩體有計(jì)劃地劈裂，以達(dá)到消除隱患且穩(wěn)定壩體的目的。

2.作用原理。土壩壩體劈裂灌漿的任務(wù)之一就是在允許的范圍內(nèi)盡量增大灌漿壓力，使原來(lái)較為疏松的土體在某個(gè)范圍內(nèi)得到一定程度的充實(shí)；停灌以后，由于孔口壓力的取消和泥漿的濃縮固結(jié)，泥漿壓力逐漸減小，壩體則回彈壓縮泥漿。實(shí)際操作中，通過(guò)多次復(fù)灌可充分發(fā)揮漿、壩互壓作用，對(duì)提高壩體的密實(shí)度并保證灌漿質(zhì)量是有效的。此外，通過(guò)灌漿壓力和土的濕化變形，使壩體內(nèi)部的應(yīng)力再分配，由應(yīng)力的不均衡趨向均衡，從而使壩體達(dá)到變形穩(wěn)定的目的。

3.泥漿的排水固結(jié)。停止灌漿后，孔口壓力在漿縫中下降到零時(shí)，泥漿中孔隙壓力等于泥漿柱壓力。當(dāng)泥漿的析水完成后，漿體的孔隙壓力將逐漸小于泥柱壓力，此時(shí)，漿體由析水濃縮階段進(jìn)入排水固結(jié)階段。因下部泥漿受到的壓力較大、且滲徑短，泥漿的固結(jié)硬化順序是自上而下的，這有利于盡早發(fā)揮漿體的截滲作用。

由于泥漿水分排向壩體內(nèi)而固結(jié)，在漿體的水平截面上其固結(jié)順序是自外向內(nèi)的，即靠近壩體的漿體部分先固結(jié)，然后向內(nèi)固結(jié)，漿體的中心部分最后固結(jié)。這對(duì)于盡早發(fā)揮漿體的阻水作用、提高漿體的防滲能力是非常有益的。

二、工程實(shí)例

1.老鴉河水庫(kù)壩體劈裂灌漿。老鴉河水庫(kù)位于淮河左岸一級(jí)支流老鴉河上游，壩址位于信陽(yáng)市平橋區(qū)平昌關(guān)鎮(zhèn)古城村，控制流域面積84km2，流域多年平均徑流量3444萬(wàn)m3，總庫(kù)容4581萬(wàn)m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫(kù)，主體工程屬Ⅲ級(jí)建筑物，主體工程包括主壩、副壩、溢洪道、泄洪閘、灌溉閘等。壩型為均質(zhì)土壩，最大壩高20.5m，壩長(zhǎng)880m，壩頂高程108.5m。

自1969年建庫(kù)以來(lái)，大壩數(shù)次出現(xiàn)下游壩坡滲水、漏水等現(xiàn)象，雖經(jīng)小規(guī)模的修修補(bǔ)補(bǔ)，治標(biāo)不治本，而且有愈演愈烈的趨勢(shì)，亟待徹底根治。2006年年底對(duì)該水庫(kù)進(jìn)行了安全鑒定，2008年淮委對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行了批復(fù)，批復(fù)方案中對(duì)壩體采用劈裂灌漿技術(shù)進(jìn)行防滲處理，壩體劈裂灌漿范圍位于樁號(hào)0＋000～0＋850，采用單排布孔，沿壩軸線布設(shè)，分兩序孔施灌，設(shè)計(jì)最終孔距為4.0m，黏土漿灌注。根據(jù)基礎(chǔ)情況，鉆孔深入壩基1.5m。目前，依據(jù)施工設(shè)計(jì)方案，工程已順利完工，防滲效果良好。

2.老龍埂水庫(kù)壩體劈裂灌漿。老龍埂水庫(kù)位于信陽(yáng)市潢川縣城郊，屬中型水庫(kù)，主壩壩型為均質(zhì)土壩，最大壩高4.5m，壩長(zhǎng)720m，壩頂高程53.5m，最大庫(kù)容1117萬(wàn)m3，流域面積20.0km2。水庫(kù)興建時(shí)，正值10年浩劫時(shí)期，工程在無(wú)任何勘測(cè)設(shè)計(jì)資料的情況下倉(cāng)促上馬，屬“三邊”工程；由于當(dāng)時(shí)建筑材料缺乏，建筑物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)陋，施工質(zhì)量低劣，加上近40年的運(yùn)行，目前工程存在著諸多問(wèn)題，其中主要問(wèn)題是：現(xiàn)狀壩頂存在裂縫、凹陷現(xiàn)象，下游壩腳多處滲水、散浸，局部呈沼澤狀。

2004年年底對(duì)該水庫(kù)進(jìn)行了安全鑒定，2007年淮委對(duì)初步設(shè)計(jì)進(jìn)行了批復(fù)，批文對(duì)壩體嚴(yán)重滲漏的主河槽壩段進(jìn)行壩體劈裂灌漿，灌漿處理范圍從樁號(hào)0+100～0+600，在壩體軸線布1排孔，分兩次序施灌，一序孔距為6m，最終孔距3m，黏土漿灌注，根據(jù)基礎(chǔ)情況，鉆孔深入低液限黏土層3.0m。漿液先稀后稠，比重12.4kN/m3～13.4kN/m3。灌漿孔口壓力，以始灌的啟開(kāi)峰值為根據(jù)。要求在時(shí)間允許的情況下，盡量增加復(fù)灌次數(shù)。

施灌一序孔打67孔，進(jìn)尺1005m、注干土量46.18萬(wàn)kg，最大注入漿量發(fā)生于樁號(hào)0+400處。在一序施灌中均采用了復(fù)灌、輸灌，復(fù)灌次數(shù)一般在2～4次。二序打66孔，進(jìn)尺990m、注入干土量45.49萬(wàn)kg。二序孔施灌與一序孔相隔半個(gè)月以上。此次灌漿河槽段漿脈厚度理論計(jì)算可達(dá)到30cm，處理段兩側(cè)沉降量達(dá)6cm左右，灌漿效果較好