灌漿在江頭水庫土壩除險加固工程防滲中的應(yīng)用

曾永亮

摘要：土壩防滲事關(guān)百姓生命財產(chǎn)安危，灌漿是土壩防滲方法之一，文章通過實例，介紹了劈裂灌漿及帷幕灌漿在江頭水庫土壩除險加固工程防滲中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：灌漿設(shè)計；灌漿觀測；帷幕灌漿；劈裂灌漿；土壩防滲

中圖分類號：TV543 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）12-0041-03

一、概述

解放前我國水利事業(yè)建設(shè)非常落后，老百姓深受旱災(zāi)之苦。新中國成立后，黨和政府對水利事業(yè)發(fā)展非常重視，特別是大躍進年代興建了大量的大、中、小型水庫，解決了農(nóng)田灌溉用水困難問題，促進了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟較快發(fā)展。但由于當時社會經(jīng)濟和技術(shù)力量水平較低，機械設(shè)備落后，大部分水庫土壩均為人工挑土，石碾碾壓筑填而成，筑填土料的壓實度較低，孔隙率較大。建壩時壩址清基不徹底，甚至有些根本就未有清基。水庫大壩在運行中普遍存在較嚴重的滲漏情況。為解決土壩的滲漏問題，前幾年政府投入了大量的水利經(jīng)費，對大、中、小型水庫進行了全面安全鑒定勘察工作，根據(jù)本人在湛江地區(qū)勘探的十幾宗水庫土壩的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，其土壩的滲透系數(shù)K值一般在1×10-2cm/s～1×10-3cm/s，屬較強～中等透水，均遠大于土壩防滲標準（低壩K＜1×10-4cm/s）。水庫土壩的滲漏問題嚴重威脅水庫的安全運行以及水庫周邊人民群眾的生命財產(chǎn)安全，為解決這一問題，這幾年來國家又投入了大量的水利經(jīng)費對大、中、小型水庫進行了全面的除險加固，在水庫除險加固過程中，根據(jù)各自水庫大壩的工程地質(zhì)條件情況，采用了不同的灌漿方法進行對大壩的防滲處理。例如：廉江長青水庫（大型）除險加固工程，對大壩壩基河床段的砂層進行高噴（擺噴）灌漿防滲處理，對壩體筑填土進行了充填灌漿防滲處理，徐聞縣大水橋水庫（大型）除險加固工程對大壩進行了劈裂灌漿防滲處理，徐聞縣柑園水庫（小型）、鳳橋水庫（小型）、石海水庫（小型）、高溝水庫（小型）的除險加固工程對大壩進行了充填灌漿防滲處理。徐聞縣黃定水庫（小型）、愚公樓水庫（小型）、華林水庫（小型）、鐵門代水庫（小型）等除險加固工程對大壩壩基進行了帷幕灌漿防滲處理，對壩體筑填土進行了劈裂灌漿防滲處理。灌漿在水庫土壩防滲應(yīng)用實例很多，本文以廉江市江頭水庫（中型）除險加固工程大壩灌漿為例，簡單介紹灌漿在水庫土壩防滲中的應(yīng)用。

二、工程實例

江頭水庫位于廉江市東北方向約30公里，屬九州江流域上游。江頭水庫興建于1958年，1959年12月竣工，庫區(qū)集兩面積17平方公里，設(shè)計庫容1172萬立方米，灌溉面積12萬畝。工程規(guī)模包括主壩一座，壩長175m，壩頂高程42.65m，壩面寬度5m，最大壩高22.65m。副壩6座，溢洪道一座，壩后電站一座（裝機容量75kW），以及輸水函等。江頭水庫是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等功能綜合利用的中型水庫。

江頭水庫主壩壩型為均質(zhì)土壩，壩體筑填土料為粉質(zhì)粘土，其物理性質(zhì)指標為：含水量w=21.7%，孔隙比e=0.736，比重Gs=2.69，濕密度P=1.89g/cm3，液限WL=32.1%，液性指數(shù)IL=0.24，塑性指數(shù)IP=13.2，壓縮系數(shù)a=0.368MPa-1，壓縮模量Es=5.13MPa，屬中等壓縮性土，現(xiàn)場鉆孔注水試驗滲透系數(shù)大值平均K=1.594×10-3cm/s，屬于中等透水。

壩基為強風(fēng)化～中風(fēng)化變質(zhì)石英砂巖，絹云母千枚巖，節(jié)理裂隙發(fā)育。頂部為全風(fēng)化殘積土層覆蓋?，F(xiàn)場鉆孔壓水試驗透水率平均值q=28.43Lu，屬較嚴重透水。

（一）灌漿設(shè)計

1．灌漿孔布置。在壩軸線上游1.00m處，平行壩軸線方向自0+010～0+168樁號布置一排灌漿孔，灌漿壩段總長158m，灌漿孔距2.0m，共布置灌漿孔80個，灌漿施工分兩序進行。

2．灌漿孔深度。灌漿孔深度鉆入基巖5.0m左右，壩基巖石段作帷幕灌漿防滲處理，壩體和堤基土層作劈裂灌漿防滲處理，帷幕灌漿與劈裂灌漿共用一灌漿孔，施工時先灌帷幕后再灌劈裂。

3．灌漿壓力。灌漿壓力是指灌漿孔口上方最大壓力，帷幕灌漿與劈裂灌漿孔口上方最大壓力均為0.2～0.3MPa，根據(jù)灌漿孔深度適當調(diào)整灌漿壓力，隨孔深增加壓力也相應(yīng)增大。

4．漿液濃度。帷幕灌漿水泥漿漿液、水灰比為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.6∶1共分為5級，灌漿時由稀變濃，當灌漿壓力和吸漿量無明顯變化時，應(yīng)加濃一級灌注。劈裂灌漿漿液比重為：1.3～1.6，灌漿時先稀漿灌注后再加大灌注濃度。

5．灌漿材料。（1）帷幕灌漿采用純水泥漿灌注，水泥標號不應(yīng)低于425號。（2）劈裂灌漿采用純粘土漿灌注，為加速漿液凝固和提高后期強度，可摻入干料總量10%～15%的水泥。劈裂灌漿土料應(yīng)符合以下要求：塑性指數(shù)IP=8～15，粘粒含量20%～30%，粉粒含量30%～50%，砂粒含10%～30%，有機質(zhì)量含量應(yīng)小于2%，可溶鹽含量應(yīng)小于8%。漿液的物理性能應(yīng)符合以下要求：容重1.3～16t/m3，粘度20～70S，穩(wěn)定性0.1～0.15g/cm3，膠體率大于70%，失水量10～30cm3/30min。

6．劈裂灌漿泥墻厚度設(shè)計。劈裂灌漿是運用壩體應(yīng)力分布規(guī)律，以一定的灌漿壓力，將壩體沿軸線方向劈裂，灌入的漿液填充于劈裂裂縫，漿液固結(jié)后形成一道連續(xù)防滲墻，根據(jù)大壩的土質(zhì)和密實度確定泥墻厚度為10～15cm；設(shè)計泥墻干容重，灌漿1年后應(yīng)為1.4～16t/m3。

（二）帷幕灌漿施工要求

1．造孔：灌漿孔應(yīng)統(tǒng)一編號，并注明施工次序，實際孔位與設(shè)計孔位偏差不得大于10cm，鉆孔應(yīng)保持垂直，偏斜度不得大于孔深2%，各個灌漿孔應(yīng)有詳細記錄。

2．鉆孔沖洗與壓水試驗：壓水試驗之前或灌漿之前要進行孔壁沖洗和裂隙沖洗，沖洗至回水澄清再延續(xù)10min，沖洗時間不小于30min。灌漿前選取10%～20%灌漿孔段作簡易壓水試驗，其單位吸水量按下式計算：

ω=Q/SL

式中：

ω——單位吸水量（l/min、mm）；

S——試驗總壓力，按水柱高度計（m）；

Q——壓入流量（l/min）；

L=試驗段長度（m）；

3．灌漿：帷幕灌漿應(yīng)分段進行灌注，段長一般為5m左右，最大不應(yīng)超過10m。采用孔內(nèi)循環(huán)法灌注，射漿管口應(yīng)放置距離灌漿段底部0.5m處。當灌漿壓力達到設(shè)計最大壓時，注入率不大于0.4/min，再延續(xù)30min即可結(jié)束。

（三）劈裂灌漿施工要求

劈裂灌漿應(yīng)先灌河槽段，再灌岸坡段和彎曲段。采用孔口封閉，孔底注漿（射漿管應(yīng)放置灌漿孔底部0.5m處）。全孔灌注，采用純壓式灌注法，不設(shè)回漿路。同一序孔輪灌方式，小灌多復(fù)，每次單孔灌入漿量控制在0.5t/m～1.0t/m，每孔灌漿次數(shù)應(yīng)為5～10次，不得小于5次。兩次灌漿的間隔時間視灌入泥漿凝固程度，但不應(yīng)小于5天?？卓诠酀{壓力應(yīng)控制在設(shè)計最大允許壓力以內(nèi)。當漿液升至孔口，灌注次數(shù)達到設(shè)計要求，經(jīng)連續(xù)復(fù)灌3次不再吃漿時即可結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束后必須進行封孔，可向孔內(nèi)注入容重大于1.5t/m3的漿液封孔，如漿面下降，可反復(fù)注入，直至漿液至壩面不再下降為止。

（四）灌漿觀測與控制

為保證土壩灌漿質(zhì)量和壩體安全，在灌漿期間必須進行觀測。

1．壩面裂縫觀測與控制：控制壩面橫向裂縫出現(xiàn)，盡量推遲壩面縱向劈裂裂縫出現(xiàn)時間，縱向劈裂裂縫寬度控制在3cm以下。

2．水平位移與垂直位移（沉降）觀測，在壩面上下游各設(shè)一排觀測點，點距10～20m，灌漿期間每天觀測1～2次，非灌漿期間每5天觀測一次。

有條件的還可在壩體內(nèi)設(shè)置土壓力計和孔隙水壓力計了解灌漿壩體應(yīng)力和孔隙水壓力的變化；分析灌漿效果，指導(dǎo)灌漿施工。

（五）灌漿效果檢查及評價

在所有灌漿結(jié)束后，且帷幕灌漿結(jié)束超過14天后進行帷幕灌漿效果檢查。劈裂灌漿最終質(zhì)量檢查《土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范SD266-88》要求，鉆探宜在灌漿結(jié)束一年后進行。

1．在帷幕灌漿孔中心線，灌漿耗灰量較大部位，巖石破碎部位、灌漿過程異常對帷幕質(zhì)量可能有影響的部位，布置灌漿檢查孔，檢查孔按灌漿孔數(shù)10%布置，在帷幕灌漿效果檢查的同時并對壩體劈裂灌漿進行初步檢查。對檢查孔壩基巖石進行了取芯和壓水試驗。透水率均值q=4.13Lu，對壩體劈裂灌漿段進行分段注水試驗。滲透糸數(shù)均值k=5.44×10-5cm/s。

檢查孔試驗數(shù)據(jù)顯示，灌漿后壩體滲透系數(shù)均值（K）符合防滲標準（低壩：k＜1×10---4cm/s），基巖段壓水試驗透水率（q）符合防滲標準（低壩：q＜5.0Lu）。

2．根據(jù)測壓管灌漿前后觀測數(shù)據(jù)與庫水位關(guān)系，大壩的浸潤線灌漿后明顯降低。

3．根據(jù)反濾體灌漿前后集中滲流量與庫水位的關(guān)系，反濾體集中滲流量減小80%以上。灌漿對土壩防滲作用十分明顯，消除了大壩的滲漏穩(wěn)患，確保水庫安全運行。

（六）結(jié)語

江頭水庫大壩經(jīng)過灌漿處理后，在壩體內(nèi)形成了密實連續(xù)的防滲墻，并提高了壩體的密實度，增強了壩體抗?jié)B性能，從而達到減少滲流量和控制土體滲透變形破壞。灌漿具有使用范圍較廣、施工設(shè)備簡單、操作容易，防滲效果好，工程造價低、經(jīng)濟效益顯著等特點。

目前水庫運行狀況良好，壩體滲漏問題得到解決，通過實例，用灌漿方法處理土壩滲漏是可行的，灌漿是處理土壩隱患較好的措施之一。

（責任編輯：周加轉(zhuǎn)）