劈裂灌漿技術在土石壩壩體防滲加固中的應用分析

林玉成

四會市東城街道水利水電管理站 526200

摘要：劈裂灌漿技術是我國水利工作者通過總結(jié)土壩壩體灌漿經(jīng)驗提出的一種新式灌漿方法，由于施工簡便、材料來源廣、投資省而在土壩壩體防滲加固工程中取得顯著成效，本文結(jié)合廣東四會大南山水庫大壩壩體防滲加固實踐分析了該項技術的應用。

關鍵詞：劈裂灌漿；防滲加固；應用；土石壩

劈裂灌漿技術產(chǎn)生于20世紀70年代，是在充填灌漿基礎上發(fā)展起來的一種新型灌漿技術，已成功用于上千座土壩壩體，在中小型水庫大壩除險加固工程中取得良好效果[1]。該項技術具有處理效果好、施工簡便、經(jīng)濟性強等優(yōu)勢，適用于各類型的土壩壩體，如低矮均質(zhì)壩和高薄心墻壩壩體。土壩壩體施工時若碾壓不實就會出現(xiàn)壩體松散、裂縫較多、滲漏嚴重等問題，通過劈裂灌漿可有效填塞滲漏通道，并能在壩體內(nèi)部形成一道連續(xù)的防滲墻，這樣就能達到防滲加固的效果[2]。廣東四會大南山水庫應用劈裂灌漿技術很好地解決了壩體滲水嚴重的問題，本文相關應用進行了分析。

1 工程概況

四會大南山水庫建于1971年12月，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、養(yǎng)殖的?。ㄒ唬┬退畮?。集雨面積3.36km2，總庫容145萬m3，承擔4.7km2以上的農(nóng)田灌溉任務。大壩為均質(zhì)土壩，迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2.5，壩頂長141m，壩頂寬6m，壩頂高程110m，最大壩高35m。水庫建設時發(fā)動群眾采用大兵團作戰(zhàn)方式，建成之初壩體就出現(xiàn)了嚴重的滲漏，加上其他一些問題，使水庫一直未能正常運行。于是上級主管部門決定投資對水庫進行維修加固，其中大壩壩體防滲選擇了劈裂灌漿技術。經(jīng)過處理大壩壩體滲漏問題得以解決，水庫最終也可以正常運行了。

2 劈裂灌漿施工準備與試驗

2.1 灌漿孔布置

由于壩頂寬只有6m，所以沿壩軸線布置單排孔。由于該壩壩體碾壓質(zhì)量較差，并且滲水又較嚴重，所以決定鉆孔至壩底，最大孔深大于等于35m。根據(jù)《土壩壩體灌漿技術規(guī)范》規(guī)定，孔深大于15m時，終孔孔距可采用10m。岸坡段孔深小于15m時，終孔孔距取5m。為了保證漿液在壩體內(nèi)有足夠的析水固化時間，所以分兩序施工。根據(jù)鉆孔深度，考慮泥墻厚度10～20cm。灌漿液采用純黏土漿，干容重取灌漿1年后1.40～1.60t/m3。

2.2 灌漿儀器設備準備

根據(jù)大壩劈裂灌漿設計要求，選擇鉆機為XJ-100型，該設備最大鉆進深度可達100m，終孔直徑75mm，并且具有回轉(zhuǎn)和沖擊兩種鉆進功能。泥漿攪拌機采用WJG-80型，攪拌容量為280L。泥漿泵采用BW-250/50型（2套），為3缸泵，流量15m3/h，最大壓力可達5MPa。其他設備和儀器包括水泵（配套柴油電動機）、1000L儲漿罐、測斜儀、壓力表、輸漿膠管、比重計、經(jīng)緯儀、水準儀、灌漿記錄儀等。

2.3 灌漿試驗

正式施工前，根據(jù)設計要求進行劈裂灌漿生產(chǎn)性試驗，以確定施工參數(shù)。泥漿采用當?shù)亟?jīng)過篩選的黏土配制，黏土性能符合《土壩壩體灌漿技術規(guī)范》規(guī)定的要求。開灌漿液密度取1.2～1.3g/cm3，壩體劈開后更換為密度1.5～1.6 g/cm3濃漿，封孔漿液密度取1.7 g/cm3。起始劈裂壓力為130～190kPa，最大單孔灌漿壓力為230 kPa。

3 劈裂灌漿施工

3.1 施工流程

平整場地→做阻漿蓋→布孔放樣→造孔→制漿→灌漿→終灌→封孔→頂面處理

3.2做阻漿蓋

為避免灌漿時孔口開裂或冒漿，沿壩軸線（即孔口中心線）挖一條溝槽，寬、深為0.7m×1.5m，然后填入黏土并夯實，這就是阻漿蓋。

3.3布孔放樣

按設計要求測量放樣，放出孔口位置。然后在各孔口位置打入鋼制孔口管。管子直徑101mm，長2m。

3.4造孔

鉆孔分序鉆進，先鉆1序孔，孔距為20m或10m。完成1序孔灌漿后再在孔之間造2序孔，終孔孔距就達到10m或5m。鉆孔采用濕鉆方法，并以少量泥漿護壁。開鉆直徑85mm，終鉆直徑75mm，控制孔斜不超過孔深的3%。經(jīng)過檢測孔深達到設計深度就下放注漿管。管底距孔底0.5～1m。整個鉆孔過程做詳細記錄。

3.5制漿

采用濕法制漿。黏土先經(jīng)過浸泡，再過篩后加入攪拌機中，攪拌之后過2道5mm孔的篩網(wǎng)就可以放進儲漿罐內(nèi)。安排專人測試泥漿密度和黏度，黏度應控制在20～100s之間，開灌或小裂縫采用20s的泥漿，大裂縫采用50～100s的泥漿，終灌用100s以上的泥漿。灌漿前泥漿應再過1道35孔/cm2的篩網(wǎng)。

3.6灌漿

劈裂灌漿原則是“稀漿開路，濃漿灌注”、“限量灌漿，少灌多復”的原則。稀漿開路是指采用1.2～1.3g/cm3的稀漿開灌，壩體開裂后再采用1.5～1.6 g/cm3的濃漿。限量灌漿是指每個孔每次灌漿量控制在0.5～1.0m3之間，少灌多復是說每孔灌漿次數(shù)要達到5～10次。復灌間隔5d。灌漿采用孔底注漿、全孔灌注的方式，同時控制一次灌漿量和灌漿壓力。每次復灌漿前提升灌漿管1～2m，避免孔底堵塞和孔口冒漿，但最后1次灌漿管不能太短，距壩頂不少于5m。灌漿壓力控制要滿足“內(nèi)劈外不劈”的原則。對于初灌和復灌不起壓的孔，劈裂壓力一般在50kPa以內(nèi)，這種情況下應全泵量灌注，直至限定灌漿量為止。對于孔內(nèi)吃漿量明顯，同時孔口壓力也會升高的情況，國內(nèi)工程劈裂壓力大都在50～300kPa范圍內(nèi)，本工程在130～190kPa之間，最大不超過230kPa。灌漿開始后壓力升至最大值，劈裂后壓力迅速下降直至零。隨著復灌次數(shù)增加，壩體質(zhì)量改善，灌漿壓力會有所提高。為了保證大壩安全和取得較好的灌漿效果，每次灌漿時都要監(jiān)測壩體橫向水平位移量。本工程設計要求最大位移限定在3cm以內(nèi)，實測平均位移1.5cm，最大位移為3.3cm，此時最大裂縫寬度為2.1cm。

3.7終灌

當壩頂裂縫開始冒漿，在無壓狀態(tài)下反復輪灌，直至壩頂表面3次冒漿，并且裂縫內(nèi)漿液面不再下沉，這時即可終灌。

3.8封孔

終灌后拔出注漿管，靜置1d后抽出孔內(nèi)清水，填入密度1.7 g/cm3的濃漿。再靜置1周后抽水并注入濃漿，然后填入干土封孔，壓實。

4灌漿問題處理

4.1冒漿問題

施工過程中曾出現(xiàn)輸水涵管處冒漿問題。鉆孔時產(chǎn)生嚴重冒漿會降低鉆進效率，延長施工工期，所以要采取措施處理。解決辦法是停灌待凝，并在泥漿中加入膨潤土增稠，通過少灌多復方式封堵冒漿處的裂縫。

4.2 卡鉆現(xiàn)象

由于壩體填筑時使用了部分塑性較大的黏土，施工時發(fā)生縮孔而卡鉆，采用常規(guī)倒打吊錘起吊鉆桿方式起吊緩慢，而且因為振動加重了縮孔，導致注漿管無法下放到位，后來改用倒鏈起吊鉆桿才解決了這個問題。

4.3 串漿問題

施工過程中出現(xiàn)相鄰兩孔或隔孔冒漿現(xiàn)象，表明兩孔或隔孔之間的漿脈連通了，這種現(xiàn)象稱為串漿。為了阻止串漿，應堵塞冒漿的孔后再繼續(xù)灌漿。

4.4 復灌壓力

前已述及，隨著復灌次數(shù)增加，灌漿壓力會有所提高，但很多時候復灌壓力低于初灌壓力，究其原因是漿液未凝結(jié)所致，可在漿液中摻入干土質(zhì)量15%的水泥，可加快漿液凝結(jié)。

5 結(jié)語

四會大南山水庫土壩壩體經(jīng)灌漿處理后，壩體滲漏量明顯減小。兩年后探測發(fā)現(xiàn)劈裂灌漿形成的漿脈已連成整體，防滲帷幕墻已經(jīng)形成，壩體內(nèi)裂縫、空穴等缺陷已被填實，表明劈裂灌漿技術應用于土壩壩體防滲加固取得滿意效果。

參考文獻：

[1] 王或果. 劈裂灌漿技術應用過程控制要點分析[J]. 水利建設與管理，2015（3）：23-26.

[2] 胡皓. 土石壩劈裂灌漿技術在病險水庫防滲處理中的應用[J]. 內(nèi)蒙古水利，2015（4）：113-114.