劈裂灌漿施工技術(shù)在羅坑徑水庫(kù)壩體防滲加固中的應(yīng)用

□林文平

一、工程概況

羅坑徑水庫(kù)位于廣東省博羅縣麻陂鎮(zhèn)境內(nèi)，距麻陂鎮(zhèn)7km，為小(1)型水庫(kù)，工程樞紐由主壩、副壩、溢洪道、灌溉涵管等組成。主壩為均質(zhì)土壩，其中最大壩高21.5m，壩頂長(zhǎng)110m，水庫(kù)的任務(wù)以灌溉為主兼顧防洪、城鎮(zhèn)供水。

從施工期布設(shè)先導(dǎo)孔所探明的地質(zhì)勘查資料得知，主壩壩體填筑土多為含礫粘土，干密度在1.29～1.48g/cm3之間，孔隙比在0.847～1.136 之間，數(shù)值波動(dòng)變化較大，說(shuō)明壩體的填筑質(zhì)量不穩(wěn)定，絕大部分填筑土粘性較差，結(jié)構(gòu)較為松散，因此壩體的滲透系數(shù)較大，經(jīng)水庫(kù)管理單位觀測(cè)檢查，在高水位時(shí)，發(fā)現(xiàn)壩背坡表面濕潤(rùn)、有滲水，個(gè)別部位出現(xiàn)“牛皮漲”現(xiàn)象，當(dāng)水庫(kù)水位稍高時(shí)，壩的滲透量加快，給水庫(kù)帶來(lái)安全隱患。經(jīng)過(guò)加固方案的論證比較，決定主壩壩身及壩基采用壩體劈裂灌注粘土漿進(jìn)行防滲處理的加固方法，以期達(dá)到壩體防滲的要求，確保水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行。

二、劈裂灌漿技術(shù)的機(jī)理

劈裂灌漿技術(shù)是一項(xiàng)處理病險(xiǎn)堤壩的常用技術(shù)。其基本施工工藝是：沿壩軸線小應(yīng)力面布設(shè)灌漿孔，通過(guò)較高的灌漿壓力劈開(kāi)壩體，由防滲漿液沿壩軸線構(gòu)成垂直連續(xù)的防滲帷幕，以解決壩體滲透穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)在反復(fù)劈裂—回彈過(guò)程中的漿壩互壓和析水濕陷固結(jié)，使灌漿軸線兩側(cè)一定范圍內(nèi)壩體土的密實(shí)度也得到提高。由于采用較高的灌漿壓力，漿液具有劈裂、穿透、充填、滲透等作用，凡是橫穿壩體的洞穴、裂縫、松散土層都被充填滲透、擠壓密實(shí)，形成以漿脈為主體，并有一定寬度的防滲帶，從而達(dá)到防滲加固的目的。

三、灌漿施工

在本工程施工中，主要是圍繞以下五方面技術(shù)要點(diǎn)來(lái)進(jìn)行實(shí)施，包括:灌漿布孔、施工設(shè)備選擇、灌漿壓力確定、漿液選擇與制作、灌漿過(guò)程控制以及特殊情況的處理。

(一)灌漿布孔及設(shè)備選擇

沿主壩軸線全線布孔，布置范圍：0+000～0+100樁號(hào)，最終孔距5m。為掌握壩體及地基的地質(zhì)情況，沿布孔線每隔40m布設(shè)一個(gè)先導(dǎo)孔，以確定灌漿孔底壩基巖和相對(duì)不透水層頂線高程。灌漿分三序進(jìn)行，第一序孔距為20m，第二序孔距為10m，第三序孔距加密為5m?？咨钽@至壩基下3m的相對(duì)不透水層(見(jiàn)圖1、圖2)。灌漿設(shè)備采用XL-100型鉆機(jī)1臺(tái)，WJG-80型攪漿機(jī)1臺(tái)，YSB-250/120型灌漿泵2臺(tái)，經(jīng)緯儀1臺(tái)，DS3水準(zhǔn)儀1臺(tái)，1000L儲(chǔ)漿罐2個(gè)。

(二)灌壓力的確定

灌漿壓力分為起始劈裂壓力、單孔灌漿最大壓力和屈服壓力，是在灌漿施工必須確定和嚴(yán)格控制的壓力。灌漿壓力受壩高、壩坡、壩體土料特性、壓實(shí)質(zhì)量、鉆孔深度以及實(shí)施灌漿的材料等因素影響。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和本工程已進(jìn)行的先導(dǎo)孔作劈裂灌注試驗(yàn)，來(lái)確定起始劈裂壓力、單孔灌漿最大壓力、屈服壓力和初步估算注漿量，以指導(dǎo)工程的全過(guò)程灌漿施工。

本工程通過(guò)試灌實(shí)測(cè)起始劈裂壓力為0.13～0.19MPa，確定單孔灌漿最大壓力為0.23MPa，單孔灌漿最大壓力是灌漿時(shí)一定要控制不能超過(guò)的壓力。依據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)和施工圖估算，一般壩體防滲帷幕厚度呈“上下薄，中間厚，兩端薄”的狀態(tài)，故擬定漿體厚度為5～10cm。

(三)灌漿材料的選擇與制作

劈裂灌漿制漿材料原則上使用純粘土漿，粘粒含量要適宜，相關(guān)的指標(biāo)應(yīng)符合規(guī)范及設(shè)計(jì)的要求。本工程的取土料場(chǎng)經(jīng)試驗(yàn)，其顆粒級(jí)配較合理，有機(jī)質(zhì)可溶鹽含量低，含砂量少，穩(wěn)定性好，膠體率較高，適于作劈裂灌漿制漿材料。

采用攪漿機(jī)濕法制漿，隨時(shí)測(cè)定泥漿的濃度，漿液稠度由專門(mén)人員用比重計(jì)進(jìn)行控制。泥漿濃度在灌漿初始時(shí)用稀漿，密度為1.2～1.3kg/cm3,待壩體被劈裂開(kāi)后改用濃漿，正常灌注漿時(shí)濃度可達(dá)1.5～1.6 kg/cm3,封孔時(shí)濃度可達(dá)1.7 kg/cm3以上。土料經(jīng)浸泡、過(guò)篩，送入攪漿機(jī)攪拌，制出漿液后再經(jīng)過(guò)兩次孔目為5mm的篩子過(guò)濾后，貯入儲(chǔ)漿罐備用。

(四)灌漿過(guò)程的控制

灌漿采用孔底注漿全孔灌注法，施灌時(shí)按照：稀漿開(kāi)路、濃漿灌注、分序施灌、先疏后密、少灌多復(fù)、控制漿量的原則進(jìn)行，實(shí)施時(shí)將注漿管下到離鉆孔底部0.5～1.0m處。其工藝流程按：開(kāi)挖溝槽→鉆孔→制漿→灌漿→終灌→封孔。具體的施灌方法及工藝依據(jù)《土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行，在此就不一一闡述?，F(xiàn)主要介紹在施工過(guò)程中應(yīng)注意控制的要點(diǎn)：壓力、灌漿量、壩體的變形控制、復(fù)灌次數(shù)及間隔時(shí)間。

1、嚴(yán)格控制灌漿壓力。灌漿壓力根據(jù)上述試驗(yàn)初定的大小按每階段控制，使用準(zhǔn)確可靠的壓力儀表和儀表旁的排漿閥控制孔口壓力，不得隨意施壓。每孔每次均有專人負(fù)責(zé)觀測(cè)記錄，從起始灌注至終灌均須按照預(yù)定的方案進(jìn)行，通過(guò)逐步提高壓力的方式，增加灌漿壓力，并按“內(nèi)劈外不劈”的原則加以把握，嚴(yán)禁一次劈裂很長(zhǎng)的情況出現(xiàn)。

2、灌漿量的控制。在灌漿過(guò)程中盡量推遲壩頂出現(xiàn)裂縫的時(shí)間，采用控制灌漿泵流量等措施控制好每次的灌入量，否則壩體裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)大，同時(shí)壩體會(huì)產(chǎn)生壓縮和位移。制定好停灌標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)灌注時(shí)不吃漿、壩頂連續(xù)冒漿3次或孔口壓力達(dá)到0.23MPa時(shí)，立即停灌，再提升注漿管3.5m，繼續(xù)進(jìn)行灌注，如此反復(fù)，直至達(dá)到實(shí)際要求為止。每次灌漿量控制在5m3以內(nèi)。

3、壩體的變形控制。本工程重點(diǎn)控制壩體的橫向水平位移與豎向沉陷，在壩軸線方向每隔20m設(shè)置一組木樁觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，每組分壩頂、上下游壩肩、背水坡各一個(gè)觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量?jī)x器在灌漿期間，每天觀測(cè)2次，非灌漿期間，每5天觀測(cè)1次，觀測(cè)壩體的橫向、豎向的位移情況，同時(shí)觀測(cè)局部位置的沉陷等其他情況，做好觀測(cè)記錄，以判斷壩體的位移是否在規(guī)范的范圍內(nèi)，以便制定對(duì)策。

4、復(fù)灌次數(shù)及間隔時(shí)間。按規(guī)范每孔必須復(fù)灌至少5次以上，第一序孔吸漿量較大，復(fù)灌次數(shù)也相應(yīng)多些。按現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)，基本每孔復(fù)灌6～8次。第二序孔主要起到均勻帷幕的作用，復(fù)灌次數(shù)可少些，一般為4～5次。第三序孔主要是起到加密、充實(shí)帷幕的作用，復(fù)灌次數(shù)3次。在靠近壩肩兩邊段，因鉆孔深度較淺，三個(gè)序段的復(fù)灌次數(shù)也相應(yīng)減少?？傊?，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際吸漿量、壩體的變化情況，可適當(dāng)調(diào)整復(fù)灌次數(shù)。

復(fù)灌的間隔時(shí)間，采用的控制原則是“灌漿量大，間隔時(shí)間長(zhǎng)；灌漿量小，間隔時(shí)間短”。待前一次灌入的泥漿基本固結(jié)后，再進(jìn)行復(fù)灌。本工程的復(fù)灌時(shí)間最短3天，最長(zhǎng)22天。

四、灌漿的效果

羅坑徑水庫(kù)主壩壩體經(jīng)劈裂灌漿加固后，原壩體濕潤(rùn)、滲水及牛皮漲的現(xiàn)象被解除；在正常蓄水位的條件下，檢查壩后埋設(shè)的測(cè)壓管，其下游坡水位比灌漿前明顯降低；經(jīng)檢查孔注水試驗(yàn)，其指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范的要求；測(cè)量壩橫斷面面積均比灌漿前略有縮小，說(shuō)明壩體干密度有一定的提高。

五、結(jié)語(yǔ)

在小型水庫(kù)土壩壩體防滲加固中，劈裂灌漿技術(shù)具有造價(jià)低、質(zhì)量好、易于操作的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)實(shí)施可以解決土壩滲漏的問(wèn)題，提高壩體的密實(shí)度，增強(qiáng)水庫(kù)大壩的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使得水庫(kù)能正常蓄水，安全運(yùn)行。實(shí)踐證明，劈裂灌漿技術(shù)是一項(xiàng)很有應(yīng)用價(jià)值的工程技術(shù)，是可行的，值得推廣。