陸渾灌區(qū)干渠填方壩灌漿機(jī)理和效果的初步分析研究

□劉社教 □趙麗娟 □張玲玲（河南省陸渾水庫管理局）

1 概述

陸渾灌區(qū)是河南省大型灌區(qū)之一，早在1966年10月，河南省有關(guān)水利部門就開始了陸渾灌區(qū)的勘探、測(cè)量、規(guī)劃和論證工作。從1970年2月25日總干渠全線動(dòng)工，至2001年10月西干渠基本竣工（2002年10月11日通水），累計(jì)完成干渠工程345km，至今尚有32 km渠道待建。

2 填方壩基本情況

在長達(dá)377 km的陸渾干渠上累計(jì)建有填方壩400余座，長度達(dá)30 km，約占全渠長的8.70%。

2.1 填方壩數(shù)量多

陸渾灌區(qū)填方壩數(shù)量多是有其客觀原因的。早在20世紀(jì)60年代，省有關(guān)設(shè)計(jì)人員限于當(dāng)時(shí)的條件對(duì)一些過溝工程均采用填方壩工程而非渡槽工程，主要還是從節(jié)約“三材”的目的來考慮的。再者就是填方壩施工相對(duì)容易，有利于趕進(jìn)度。這兩種原因造成陸渾灌區(qū)填方壩數(shù)量多。

2.2 填方壩質(zhì)量差

陸渾灌區(qū)填方壩工程多建于20世紀(jì)七八十年代。填方壩工程采取了“大兵團(tuán)”作戰(zhàn)模式施工，存在削坡清基不徹底，溝坡處理不完全，填土厚度大，碾壓遍數(shù)少，施工機(jī)械缺乏等問題，一部分填方壩質(zhì)量很差。進(jìn)入90年代，大多填方壩尚能按規(guī)范施工，質(zhì)量才有改善，對(duì)一些填土大于8萬m3的土壩采用專業(yè)隊(duì)施工，質(zhì)量方有保證?？偟膩碚f陸渾灌區(qū)填方壩工程質(zhì)量欠佳，從已有填方壩試驗(yàn)成果來看，干土重一般低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1.60 t/m3。

2.3 填方壩管理難度大

填方壩管理采取專管與群管相結(jié)合的辦法，每次通水需投入大量的人力物力晝夜巡查看渠。填方壩滲漏水問題輕則造成水量損失，有的會(huì)導(dǎo)致渠內(nèi)外脫坡、滑坡，更有甚者就是潰壩。這類事例過去在陸渾灌區(qū)屢見不鮮，直接影響陸渾灌區(qū)工程效益的發(fā)揮。

3 陸渾灌區(qū)的灌漿情況

填方壩滲漏水問題由來已久，從陸渾灌區(qū)建設(shè)運(yùn)用以來，滲漏水問題一直困擾著陸渾灌區(qū)，直接影響到填方壩的安全，對(duì)此陸渾灌區(qū)曾采用多種加固辦法，具體有：填方壩的加高培厚、渠道護(hù)砌、塑膜防滲、灌漿、植物護(hù)坡、涵洞加固、增設(shè)排水溝、灌水濕陷等等。而灌漿是唯一一種能加固改善壩體內(nèi)部土壤結(jié)構(gòu)形式，因而在陸渾灌區(qū)得到廣泛應(yīng)用，已收到一定效果。

灌漿做為一種工程措施在國內(nèi)外早有報(bào)道，并有一段歷史。陸渾灌區(qū)的灌漿工作始于80年代，經(jīng)歷了學(xué)習(xí)、引進(jìn)、推廣和提高過程，真正在陸渾灌區(qū)渠道的應(yīng)用也就是最近一二十年的事。至今它仍是陸渾灌區(qū)新舊填方壩防滲堵漏的一種主要加固措施。

在每次通水中應(yīng)對(duì)填方壩運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題做好詳細(xì)記錄和描述。包括洇水、滲水、滴水、漏水的部位、時(shí)間、范圍程度和發(fā)展變化情況。這是做好填方壩灌漿設(shè)計(jì)的基本依據(jù)和前提條件，在實(shí)踐中一是用工程觀測(cè)資料分析隱患，二是探測(cè)隱患儀器的應(yīng)用。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，互為補(bǔ)充。只有對(duì)填方壩工程情況、隱患部位和性質(zhì)的準(zhǔn)確掌握，才是設(shè)計(jì)能否符合實(shí)際的關(guān)鍵。

在灌漿設(shè)計(jì)方面基本分三種情況：①低于5 m的填方壩一般設(shè)計(jì)打孔深6 m，其中1 m深入到老土地層；②5-10 m的填方壩可依地形打入老土地基1 m以下，就是6-11m；③大于10 m的填方壩一般打孔深在11 m，這些僅是陸渾干渠灌渠的基本情況，一些壩可能會(huì)有出入，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體掌握。

孔位布置基本已成格式，一般是在填方壩左側(cè)或右側(cè)中心布孔一排，一序孔間距5 m，二序孔2.50 m。

4 灌漿機(jī)理

只有明晰灌漿機(jī)理，才能對(duì)填方壩做出科學(xué)有效的施工。

4.1 灌漿與壩的疏松有關(guān)

充填式灌漿和劈裂式灌漿在陸渾灌區(qū)上均有應(yīng)用，現(xiàn)在基本上完全采用劈裂式灌漿，在長期的灌漿實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)劈裂式灌漿與壩的土壤性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)土壤顆粒較粗或干重較小時(shí)，土壤的孔隙就大，劈裂式灌漿的漿液以充填孔隙或說滲透形式存在。當(dāng)灌漿的速度大于孔內(nèi)漿液的擴(kuò)散速度，灌漿壓力就增大，表現(xiàn)在灌漿壓力表指針迅速上升。如果是致密的土壤，灌漿一開始?jí)毫Ρ碇羔樉图眲∩仙?。椐此可判斷壩體土壤的局部情況而采用相應(yīng)稠度的漿液。

4.2 劈裂機(jī)理與缺陷

填方壩灌漿又不同于基礎(chǔ)灌漿好多，基礎(chǔ)灌漿是在一個(gè)較大范圍甚或大小主應(yīng)力差別不是太明顯。而填方壩則不同，大小主應(yīng)力相差較大。事實(shí)上陸渾灌區(qū)的填方壩長寬相差較多，當(dāng)實(shí)灌裂時(shí)，漿液在壩內(nèi)某點(diǎn)灌漿管出口給壩體三維壓力，而在壩的橫斷面壓力漿液施加給壩體有滲透力和側(cè)向推力。雖然這一刻主要是側(cè)向推力，壩體兩側(cè)在擠壓力的作用下，因壩體土壤本身在彈性和側(cè)推力的疊加作用下，壩體內(nèi)部就在一定范圍內(nèi)劈開一條縫。特別是陸渾灌渠上填土質(zhì)量較差的壩。劈開縫的壓力相對(duì)就較小，這也可從實(shí)際灌漿中得到驗(yàn)證。從陸渾灌區(qū)已灌過的幾十座填方壩的灌漿資料來看，填方壩瞬時(shí)劈開壓力就有大有小，這從另一方面也驗(yàn)證了填方壩體質(zhì)量。

如5 m高的填方壩，一般打孔深在6 m，其中1 m是打入地基原老土（原狀上），因老土在陸渾灌區(qū)區(qū)域相對(duì)來說比較致密，可灌性差。在灌漿的一定壓力下，多是填方壩（擾動(dòng)土）劈裂，地基很少劈裂，即便劈裂，影響范圍也有限，這就造成灌漿后填土與老土之間存在一個(gè)接觸帶，漏水常從這里滲出。建議以后再建壩時(shí)，應(yīng)預(yù)留對(duì)應(yīng)灌漿孔位置1 m左右的深槽。一是置換老土表面部分浮土，二是增加滲徑，減少滲漏。

4.3 漿壩互壓的理論與實(shí)踐

灌漿結(jié)束后，由于施灌的壓力取消及以后泥漿的濃縮固結(jié)，泥漿壓力減小，壩體則回彈壓縮泥漿。陸渾灌渠總干渠填方壩大多存在二次以上的灌漿或多次灌漿，這也說明當(dāng)灌漿容量不足，尤其是壩體質(zhì)量欠佳時(shí)，在通水中漿液未達(dá)到壩體而滲水，有可能體積回縮，影響到漿脈的充填區(qū)，甚或影響到漿脈，如灌漿容量欠佳，如漿脈不均勻，厚度較薄，就易引起滲漏水。這就是陸渾灌渠總干渠填方壩存在多次灌漿效果較差的一個(gè)原因。另一方面，如灌漿壩體質(zhì)量較差，灌漿時(shí)帷幕厚度就單薄，就易產(chǎn)生滲漏水，也就是說經(jīng)過一次灌漿不能很好解決問題。

5 灌漿效果

一座壩灌完漿后，究竟灌漿效果如何應(yīng)有一個(gè)評(píng)價(jià)，這個(gè)評(píng)價(jià)很重要，應(yīng)理論結(jié)合實(shí)際，經(jīng)得起通水的實(shí)際考驗(yàn)。

5.1 施工隊(duì)伍

陸渾灌渠填方壩施工一般由其下屬單位自行組織施工，灌漿隊(duì)為臨設(shè)機(jī)構(gòu)，灌漿隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人多為一般技術(shù)工人，由于灌漿隊(duì)技術(shù)相對(duì)薄弱這一實(shí)際，在灌漿中土料場(chǎng)的選擇，漿液配比上難免存在缺陷。灌漿工作有待加強(qiáng)。

5.2 作好記錄分析和修正

由于技術(shù)條件的限制，在灌漿前、灌漿中和灌漿后都無填方壩任何部位的觀測(cè)資料。因此在每座壩的灌漿中做好分析記錄的工作，就顯得尤為重要。它也可為以后判斷填方壩的滲漏提供理論數(shù)據(jù)和可靠信息，可見做好灌漿工作的記錄和分析是很重要的基礎(chǔ)工作。固結(jié)后的漿體厚度可按下式計(jì)算δcp=。式中δcp—固結(jié)后的漿體帷幕平均厚度（m），Gs—灌進(jìn)壩體的干土總重(T)，Zcp—漿體帷幕平均深度（m）。L—灌漿試驗(yàn)壩段的長度（m），γd'—漿體固結(jié)后的干容量（t/m3）。上式中干土重Gs可按下式計(jì)算，其中△s為土粒的重，取2.70 t/m3,γ1為泥漿容重，在工作上一般在1.30～1.60 t/m3，取 1.50 t/m3。γw 為水的容重 1 t/m3，則這就是說每灌1 m3的泥漿其中有干土0.79 t。如某灌漿孔深10 m，也就是說漿體帷幕深度Zcp也為10 m。灌漿試驗(yàn)的長度L在這里取二序孔的孔距，一般為2.50 m。漿體固結(jié)后的干容重γd'一般不低于1.60 t/m3，取γd=1.60 t/m3。那么固結(jié)后的漿體厚度， 如這個(gè)灌漿孔這次累計(jì)灌漿量5m3，則形成的灌漿帷幕厚度，就是0.02×

5=0.10 m=10 cm，當(dāng)然這厚度與施灌壩的好壞有關(guān)系，在實(shí)際工作中應(yīng)靈活掌握，適度調(diào)整，以滿足帷幕灌漿層的厚度。

5.3 采取少灌多復(fù)的辦法。

多年的灌漿實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)陸渾灌渠填方壩容量較差，可灌性較好。瞬時(shí)孔口灌漿灌漿壓力一般不超過3 kg/cm3，正常灌漿壓力僅為0.50 kg/cm3。說明壩體內(nèi)部情況欠佳，應(yīng)采取少灌多復(fù)的辦法，尤其是初灌時(shí)，應(yīng)量少時(shí)短，使?jié){液在壩體內(nèi)有一個(gè)修透擴(kuò)散過程，如灌漿壓力過低，吃漿量偏大，可適當(dāng)增加漿液的稠度。采取少灌多復(fù)的辦法，可使灌漿帷幕厚度的形成較均勻穩(wěn)固。從真正意義上做到防滲堵漏的目的。再者就是壩頂劈裂縫縫寬近5cm以上10cm以下的，應(yīng)立即停止灌漿，間隔數(shù)天后再行復(fù)灌。

6 結(jié)語

雖然劈裂灌漿已在陸渾灌區(qū)經(jīng)歷了一二十年的時(shí)間，但陸渾灌渠上的填方壩數(shù)量眾多，各有特點(diǎn)，基本上是一座壩一種情況。灌漿工作應(yīng)有針對(duì)性和目的性，必要時(shí)漿液的稠度需隨時(shí)調(diào)整，也可摻一些添加劑，掌握好帷幕灌漿層的厚度，如壩體較差，施灌容易，有時(shí)僅達(dá)理論值的0.70左右。這一厚度應(yīng)比理論計(jì)算偏少，這些都是需要關(guān)注的事。