劈裂灌漿技術(shù)在陡山水庫(kù)防滲加固中的應(yīng)用

王愛敏，王進(jìn)利

（1.臨沂市水利工程處，山東 臨沂 276000；2.山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276000）

陡山水庫(kù)位于臨沂市莒南縣境內(nèi)，坐落于沐河一級(jí)支流潯河中下游，控制流域面積超過(guò)430 km2，總庫(kù)容超過(guò)2.92億m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游等綜合功能的大（2）型水庫(kù)。陡山水庫(kù)建設(shè)于1958年，在2013年9月份，相關(guān)部門對(duì)其進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，核心問(wèn)題是提高壩體防滲性。陡山水庫(kù)大壩為黏土心墻砂殼壩，壩頂寬9 m，最大壩高28.6 m，壩頂高程132.1 m。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察，該水庫(kù)壩體出現(xiàn)濕陷性裂縫，寬度為10~13 cm，發(fā)育長(zhǎng)度達(dá)25 m，滲漏水流從壩體內(nèi)帶走大量泥砂，嚴(yán)重威脅大壩穩(wěn)定堅(jiān)固性。

1　劈裂充填灌漿技術(shù)介紹

目前水庫(kù)壩體防滲加固方案主要有增設(shè)防滲心墻、加固水平鋪蓋、壩體高壓灌漿等幾類。隨著高壓灌漿技術(shù)的成熟，其施工工藝難度、加固成本等顯著降低，為該技術(shù)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

均質(zhì)土壩或黏土心墻壩橫斷面大致對(duì)稱，因而載荷也基本對(duì)稱。劈裂灌漿技術(shù)本質(zhì)是在存有滲漏的土壩軸線上鉆孔并加注水泥漿，壩內(nèi)土體會(huì)沿著縱斷面開裂，若維持注漿壓力，則裂縫會(huì)不斷延伸，相當(dāng)于在壩體內(nèi)部劈開一道裂縫。水泥漿液凝固后便可形成一道垂直防滲墻體，且與壩體牢固結(jié)合。高壓水泥漿可順著壩體裂縫充填整個(gè)滲漏區(qū)域，顯著提高壩體整體性和內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。

劈裂灌漿的適用條件包括以下幾點(diǎn)：1）大壩結(jié)構(gòu)為均質(zhì)土壩或黏土心墻壩，且碾壓效果較差；2）壩體浸潤(rùn)線過(guò)高；3）壩體內(nèi)外部存在大量裂縫或較大面積弱應(yīng)力區(qū)（或生物洞穴）。

2　施工工藝分析

劈裂灌漿技術(shù)主要包括：方案設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量檢查三部分工序。其中方案設(shè)計(jì)包括灌漿孔布置、灌漿材料設(shè)計(jì)、灌漿壓力的確定，施工包括鉆孔施工和灌漿施工。

2.1　劈裂充填灌漿技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

1）灌漿孔位置布設(shè)。①排孔位置設(shè)計(jì)。根據(jù)具體段位的不同，孔位設(shè)計(jì)也有區(qū)別，具體可分為河槽段、彎曲段、岸坡段和其他特殊段。在河槽段，一般沿著壩軸線稍微偏上游進(jìn)行布孔，若病害嚴(yán)重可在下游再布設(shè)一道副排孔；在彎曲段、岸坡段和其他特殊段，壩體內(nèi)部應(yīng)力分布復(fù)雜，灌漿孔一般按照“多排梅花形”布設(shè)，待前期灌漿凝固后，再沿著壩軸線布孔加強(qiáng)排孔。本項(xiàng)目只需布設(shè)一道排孔，距防浪墻4.0 m（見圖1）。

②孔深和間距?？咨罡鶕?jù)病害發(fā)育確定，一般要求大于病害裂隙發(fā)育深度的2~3 m；當(dāng)設(shè)計(jì)多排孔時(shí)，副孔深度一般為主孔的1/3左右。當(dāng)孔深H＞15 m時(shí)，孔間距范圍在5~8 m；孔深H＜15 m時(shí)，孔間距范圍在3~5 m。具體深度由理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)綜合確定。本項(xiàng)目根據(jù)裂縫發(fā)育范圍確定鉆孔深度H=18~20 m。

圖1　灌漿孔位置示意圖

2）灌漿材料的確定。劈裂灌漿材料一般選用和壩體內(nèi)部填土相近的黏性土泥漿，本項(xiàng)目為保證灌注質(zhì)量及漿液各種力學(xué)性能，選擇含砂粉質(zhì)黏土作為注漿材料，并加入一定量的水泥，使混合漿液密度達(dá)到1.5 g/cm3，該密度下泥漿的注入性、穩(wěn)定性、凝固速度均較好，防滲性、彈性模數(shù)均符合要求。

3）灌漿壓力計(jì)算。灌漿壓力直接影響施工質(zhì)量，是最重要的參數(shù)之一。本項(xiàng)目通過(guò)公式（1）進(jìn)行理論計(jì)算，并結(jié)合參考值（見表1）共同確定灌漿壓力P，最終確定本項(xiàng)目灌漿壓力為0.23 MPa。

式中：h為被劈點(diǎn)以上土層厚度；γ為壩體填土密度；γ漿為漿液密度；σ為壩體土單軸抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)值為1.5 N/cm3。

表1　劈裂灌漿壓力參考值

2.2　劈裂灌漿施工要點(diǎn)分析

1）鉆孔。鉆孔施工技術(shù)成熟，其垂直度是最重要參數(shù)。一般要求：當(dāng)孔深H＞20 m時(shí)，其垂直度誤差不得大于±1.5°；當(dāng)孔深H≤20 m時(shí)，垂直度誤差不得大于±1°。本項(xiàng)目采用“清水鉆進(jìn)法”代替“干鉆法”施工，可根據(jù)孔內(nèi)漏水情況來(lái)快速確定出壩體內(nèi)部的漏水位置，可顯著提高工作效率。

2）灌漿施工。本項(xiàng)目采用“分次全孔間隔”灌漿法，灌漿管道下放至距孔底0.5 m處，不設(shè)堵漿塞。在最初幾次灌注中，盡量不使裂縫延伸到壩頂，為了增加壩體回彈力及加快水泥漿固結(jié)速度。當(dāng)經(jīng)過(guò)數(shù)輪灌漿后，注入量很小或帷幕厚度已達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)值時(shí)應(yīng)即刻停止，提升注漿管3~4 m后再繼續(xù)灌注。

在灌漿施工時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：①孔口壓力要小于設(shè)計(jì)最大壓力；②單孔注漿量每次不得少于10 m3；③單孔注漿次數(shù)應(yīng)不少于5次，每次不少于2 d；④要求每次灌漿后壩頂水平位移量不超過(guò)2 cm，且壩頂裂縫寬度應(yīng)小于3 cm；⑤灌漿施工遵循的原則是“先稀后稠，少灌多復(fù)”。

2.3　劈裂充填灌漿技術(shù)常見問(wèn)題處理分析

1）鉆孔漏漿問(wèn)題處理。鉆孔漏漿是灌注施工最常見問(wèn)題，本項(xiàng)目就有15個(gè)鉆孔出現(xiàn)漏漿，原因是遇到空洞或裂縫。可通過(guò)將鉆桿作為注漿管，不再提桿換管；加大漿液稠度，若注入量過(guò)大，則是由于附近有冒漿口，找到并堵住后再繼續(xù)注漿。

2）壩頂冒漿處理。壩頂（壩坡）冒漿是因?yàn)閮?nèi)部存在通道，包括洞穴、貫通縫等，遇到該問(wèn)題時(shí)應(yīng)先找到冒漿口進(jìn)行堵死，之后及時(shí)進(jìn)行復(fù)灌，可適當(dāng)增加復(fù)灌次數(shù)及壓力，發(fā)揮漿液和壩體互相擠壓作用，使其結(jié)合更加緊密。

3　結(jié)語(yǔ)

劈裂充填灌漿技術(shù)目前在壩體除險(xiǎn)加固中應(yīng)用廣泛，具有施工簡(jiǎn)單、成本低、設(shè)備配套完善等特點(diǎn)。陡山水庫(kù)大壩經(jīng)處理后其滲漏量減少了90%以上，壩體穩(wěn)固性顯著增強(qiáng)，加上其他設(shè)施的拆除重建，使用壽命至少延長(zhǎng)25年，取得了較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

[1]岳景哲.劈裂灌漿技術(shù)在楊城子水庫(kù)大壩加固工程中的實(shí)踐與探索[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2010(6):69-71.

[2]楊香東.劈裂灌漿技術(shù)在泉河水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用[J.水電站設(shè)計(jì)，2007,23(4):45-47.

[3]白永年，馬秀媛，潘維宗.劈裂灌漿技術(shù)在嶺澳水庫(kù)大壩防滲加固中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2010(7):16-19.

[4]王廣全,田志剛,焦念增,等.灌漿技術(shù)在陡崖子水庫(kù)大壩防滲加固工程中的應(yīng)用[J].山東水利，2002(6):36.