劈裂灌漿施工工藝在土石壩防滲加固工程中的應(yīng)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(shù)施工工藝

總體來說，劈裂灌漿技術(shù)經(jīng)濟(jì)、機(jī)理明確、工藝合理、施工簡單，在工程中獲得了廣泛應(yīng)用，但在實(shí)踐中，還存在一些問題，如工期長、施工技術(shù)理論不完善等，所以需要對其施工工藝流程進(jìn)行探析。

1.1 施工準(zhǔn)備

壩體劈裂灌漿是針對有缺陷壩體進(jìn)行的一種處理措施。因此，施工前應(yīng)對被灌壩體進(jìn)行資料搜集，全面掌握有關(guān)的技術(shù)資料，包括施工期和運(yùn)行期兩個階段。施工期階段：摸清壩體的水文地質(zhì)條件、筑壩土料的物理力學(xué)性質(zhì)、施工季節(jié)、每層鋪土厚度、干密度合格率、合龍龍口位置等情況。運(yùn)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(guān)系、浸潤線出逸點(diǎn)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(guān)系等，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有不正?，F(xiàn)象時，可進(jìn)行少量鉆探、井探或電測法查明土壩隱患位置。

在充分調(diào)查了解情況后，進(jìn)行綜合分析研究，根據(jù)壩體缺陷的性質(zhì)、部位、施工技術(shù)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(yīng)多排梅花型布孔，也可沿裂縫布孔；對于彎曲壩段，應(yīng)采用梅花形布孔，適當(dāng)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(wěn)定性高，析水固結(jié)快，形成漿體防滲性能強(qiáng)，變形模量與壩體土相近。泥漿的性能指標(biāo)一般有密度（1.3～1.6 g/cm3）、黏度（20～100 s）、穩(wěn)定性（0.05～0.1 g/cm3）、失水量（制漿土料的性質(zhì)、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(zhì)、黏土顆粒分散的程度、泥漿的密度大小、結(jié)構(gòu)性能的強(qiáng)弱、外加劑的性能）等?？梢钥闯觯@些指標(biāo)之間往往是矛盾的，所以，在選擇漿液時，應(yīng)統(tǒng)一考慮泥漿各種性能的相互關(guān)系，不能過分強(qiáng)調(diào)某一方面，宜通過實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)要求，要求孔位偏差≤±3 cm，孔斜不超過1%?？讖酱笮『豌@孔深度要滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)灌漿方法選擇合理的孔徑，鉆孔深度應(yīng)大于隱患深度2～3 m，或直達(dá)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(yīng)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(hù)壁，不能簡單規(guī)定，需要依據(jù)實(shí)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(jù)鉆孔深度選擇鉆孔機(jī)具。鉆孔深度小于25 m時，可用錘擊打管機(jī)，其設(shè)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(jī)，常用的鉆機(jī)型號有 XJ100－A型鉆機(jī)、DPP－100型汽車鉆機(jī)以及XJ300型鉆機(jī)。

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(jìn)化到“孔底注漿，全孔灌注”的白氏劈裂法后，在實(shí)踐中又衍生出了“全孔護(hù)壁，孔底注漿”的章氏法和“循環(huán)劈裂式充填灌漿”等方法。各類方法都在其適應(yīng)的壩型和工況下經(jīng)過了實(shí)踐的驗(yàn)證，取得了較好的效果，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。由長江科學(xué)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(dá)壩的一半時，下入套管并進(jìn)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(xù)鉆孔至設(shè)計(jì)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?jié){液滲入上段，在確保壩體穩(wěn)定的前提下，控制起始劈裂點(diǎn)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(jìn)行第二次灌漿。下段經(jīng)過5～10次復(fù)灌循環(huán)后，上撥上段套管并留2～3 m的井口管，并在井口管中設(shè)置阻漿塞進(jìn)行上段的灌漿。上段灌漿的孔口壓力應(yīng)進(jìn)行合理控制，以保證壩體內(nèi)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(jìn)行第二漿灌注，分序分段，孔底注漿，控制漿量，少灌多復(fù)。此方法能夠保障鉆孔底次灌漿。經(jīng)過5～10次復(fù)灌循環(huán)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(diǎn)，值得借鑒和推廣。

1.6 灌漿質(zhì)量控制

（1）對初灌和復(fù)灌不起壓的鉆孔，孔口灌漿壓力應(yīng)盡量小些，一般控制在0.05 MPa以內(nèi)。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(shù)的增加，壩體密實(shí)度的提高，灌漿控制壓力也將進(jìn)一步增大。

（2）通過單孔控制的深度、距離和漿體密度計(jì)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(shù)為8～10次，第二、三序孔一般為5～8次。由于壩體質(zhì)量不均勻，且初灌、復(fù)灌吃漿量不同，故不能按平均吃漿量進(jìn)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(jù)壓力變化及壩頂冒漿情況而定。

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

（4）為安全起見，灌漿最好在水庫低水位時進(jìn)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(yīng)采用較稠泥漿或摻少量速凝劑，每次復(fù)灌間隔時間，應(yīng)視壩體內(nèi)已灌漿液的固結(jié)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(biāo)準(zhǔn)及封孔

土壩劈裂灌漿的終灌標(biāo)準(zhǔn)，通常以直觀上的飽、滿、實(shí)為度，規(guī)定壩頂連續(xù)3次冒漿或連續(xù)二次超過控制壓力、位移和裂縫寬度時，即可認(rèn)為達(dá)到終灌標(biāo)準(zhǔn)，對于只需灌注某一深度范圍的壩體，可在注漿管上部設(shè)護(hù)壁管或阻漿蓋，終灌標(biāo)準(zhǔn)可以用單孔總灌漿量和灌漿壓力控制。灌漿結(jié)束后，將注漿管拔出，注滿稠漿，如果漿面下降，可繼續(xù)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(xiàn)壩頂凹凸不平和表面裂縫的現(xiàn)象，壩頂高程也有所降低，需要在壩頂進(jìn)行鋪土碾壓或者夯實(shí)整平。

1.8 施工問題的處理

對病險(xiǎn)土石壩采用劈裂灌漿處理，在施工過程中常會出現(xiàn)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(xiàn)的裂縫分為縱向縫和橫向縫，一般出現(xiàn)在壩頂處。當(dāng)壩頂出現(xiàn)縱向縫后，應(yīng)分析發(fā)生的原因，如果是濕陷縫，可以繼續(xù)灌漿，如果是劈裂縫，應(yīng)加強(qiáng)觀測，當(dāng)裂縫發(fā)展到控制寬度時，應(yīng)立即停灌，待裂縫基本閉合后再灌漿；當(dāng)壩頂出現(xiàn)橫向裂縫時，應(yīng)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(shí)接著繼續(xù)灌漿，如果裂縫較深，可用稠漿灌注裂縫進(jìn)行封堵；當(dāng)彎曲段出現(xiàn)裂縫時，應(yīng)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(jìn)行輪灌或幾孔同時灌注。

1.8.2 冒漿

壩頂和壩坡冒漿，應(yīng)立即停灌，挖開冒漿出口，用黏性土料回填夯實(shí)，鉆孔周圍冒漿，可采用壓砂處理，再繼續(xù)灌漿；白蟻洞穴冒漿，應(yīng)先在冒漿口壓砂堵塞洞口，再續(xù)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(jìn)行處理。

1.8.3 串漿

當(dāng)?shù)谝恍蚩坠酀{時發(fā)現(xiàn)臨近孔串漿，應(yīng)加強(qiáng)觀測和分析，如果確認(rèn)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(xù)灌漿；如果在灌漿后期相鄰孔串漿，說明已形成連續(xù)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(jié)束后再補(bǔ)設(shè)測壓管或浸潤線管。

2 結(jié)束語

以上主要結(jié)合相關(guān)研究資料及個人實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了土石壩防滲加固工程中劈裂灌漿施工工藝的相關(guān)要點(diǎn)，為劈裂灌漿技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供借鑒。但實(shí)際工程中還需根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整和選擇相關(guān)工藝。

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

2 姚立軍.劈裂灌漿技術(shù)在土質(zhì)堤壩工程中的運(yùn)用探討[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2009（02）