淺談劈裂灌漿在水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

□ 童正軍

（作者單位：湖北省京山縣五洲水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司 431899）

近年來，劈裂灌漿法在土石壩除險(xiǎn)加固工程中得到廣泛應(yīng)用，壩身防滲效果明顯?，F(xiàn)以湖北省京山縣八字門水庫(kù)為例，對(duì)劈裂灌漿的設(shè)計(jì)、施工方法介紹如下。

一、工程簡(jiǎn)介

八字門水庫(kù)位于湖北省京山縣新市鎮(zhèn)以北小富水河上游，距縣城12km，是一座以灌溉為主，兼有防洪、城市供水、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效用的中型水庫(kù)。水庫(kù)壩址以上承雨面積111.9km2，總庫(kù)容1.029億m3，興利庫(kù)容5 020萬m3，死庫(kù)容1 776.5萬m3。

八字門水庫(kù)大壩為粘土心墻代料壩，壩頂高201.4m，總長(zhǎng)400m，壩面寬9m，最大壩高54m。大壩于1977年10月開始施工，1978年6月竣工蓄水。經(jīng)過近30年的運(yùn)行，壩基、壩體、壩肩部分出現(xiàn)險(xiǎn)情，滲水現(xiàn)象較為嚴(yán)重。2003年9月上旬，湖北省水利廳組織有關(guān)專家對(duì)八字門水庫(kù)大壩進(jìn)行了安全鑒定，屬三類壩。

二、劈裂灌漿設(shè)計(jì)

（一）劈裂灌漿的原理

劈裂灌漿是根據(jù)壩體弱應(yīng)力的分布規(guī)律進(jìn)行布孔，施加一定的灌漿壓力，有計(jì)劃、有控制地劈裂壩體，灌注合適的漿液。通過漿液和壩體的反復(fù)互壓和填土的濕化固結(jié)作用，在大壩內(nèi)形成連續(xù)的防滲帷幕，與漿脈流通的所有裂隙的洞穴均能得到充填和修補(bǔ)，且壩體內(nèi)的漿脈數(shù)量和厚度隨著壩體填筑質(zhì)量的好壞自動(dòng)調(diào)整，能有效改善壩體的應(yīng)力條件。劈裂灌漿的理論基礎(chǔ)是水力劈裂原理，即向土體內(nèi)的孔內(nèi)壓水或灌漿時(shí)，作用在孔壁上的徑向壓力引起孔的擴(kuò)張，使孔壁土體受劈裂擠應(yīng)力作用，當(dāng)這些應(yīng)力超過土體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在土體內(nèi)產(chǎn)生一些裂縫，這種裂縫的產(chǎn)生過程稱之為水力劈裂。

（二）劈裂灌漿的設(shè)計(jì)

根據(jù)八字門水庫(kù)大壩鉆探和試驗(yàn)結(jié)果分析，壩體的填筑質(zhì)量欠佳，大壩填筑的壓實(shí)度低于規(guī)范，上下游壩殼及大壩心墻填筑的壓實(shí)度合格率分別為60%、27.2%、7%。根據(jù)心墻鉆孔注水試驗(yàn)，所有試驗(yàn)段的滲透系數(shù)均大于1×10-5cm/s，心墻上部滲透系數(shù)僅達(dá)1×10-3cm/s。因此需對(duì)大壩壩體進(jìn)行加固處理，以提高大壩土料的壓實(shí)度，改善壩體的應(yīng)力條件，并在壩體內(nèi)形成一道可靠的防滲屏障，消除不安全隱患。

根據(jù)大壩以上實(shí)際情況，設(shè)計(jì)采用劈裂灌漿法進(jìn)行加固。壩體的劈裂灌漿工程量約8 100m，采用雙排布孔，排距1.0 m，孔距4.0m，大壩心墻軸線上下0.5m各一排，兩排孔梅花型錯(cuò)開。其中，大壩右岸轉(zhuǎn)彎段60m加密，仍為雙排孔，排距1.0 m，孔距2.0m，孔深為深入壩基1～2m。

因?yàn)楣嗳雺误w的水泥粘土漿固結(jié)后與原壩體具有相近的性質(zhì)，變形協(xié)調(diào)性較好，且水泥粘土漿較純粘土漿容易固結(jié)，對(duì)大壩穩(wěn)定有利，故劈裂灌漿采用水泥粘土漿液，在粘土中加入15%的水泥。

三、施工方法

（一）劈裂灌漿孔的平面布置

雙排兩序布置，間隔進(jìn)行。

（二）劈裂灌漿的主要施工設(shè)備

XY-2型鉆機(jī)4臺(tái)，BW250/50灌漿泵4臺(tái)，NJ-600制漿機(jī)2臺(tái)，WJ100型攪漿機(jī)2臺(tái)，水準(zhǔn)儀1臺(tái)，J6經(jīng)緯儀1臺(tái)。

（三）劈裂灌漿施工的主要技術(shù)參數(shù)

1.注漿深度為壩體清基線以上人工填土部分。采用雙排布孔，孔距4.0m，分二序施工。采用孔底注漿全孔封閉分段灌注方法，段高控制在5～10m。

2.漿料選擇。選用水泥粘土漿，漿液比重為1.50。

（四）劈裂灌漿施工

劈裂灌漿施工以“壩體分段，雙排布孔，分序鉆灌，孔底注漿，分段灌注，綜合控制，少灌多復(fù)”為原則。

1.施工工藝流程：孔位放樣→鉆孔→制漿→第一遍灌漿→第二遍灌漿→第三遍灌漿→封孔。灌漿間隔時(shí)間為5天。

2.施工方法。運(yùn)用4臺(tái)XY-2型鉆機(jī)進(jìn)行劈裂灌漿造孔施工，運(yùn)用4臺(tái)BW250/50灌漿泵、2臺(tái)NJ-600制漿機(jī)、2臺(tái)WJ100型攪漿機(jī)灌漿，先進(jìn)行Ⅰ序孔施工，再進(jìn)行Ⅱ序孔施工。

（五）施工要點(diǎn)

1.鉆孔施工

1）采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁，鉆孔孔徑φ75mm。

2）開孔位置與設(shè)計(jì)位置偏差不得大于50mm。

3）施工時(shí)應(yīng)采取預(yù)防孔斜的措施，并按設(shè)計(jì)要求測(cè)量孔斜?？椎灼甭什粦?yīng)超過1.5%。

4）有效深度以穿過壩基1.0～2.0m為宜。

5）選定部分Ⅰ序孔作為向?qū)Э?，其深度?yīng)大于墻體深度，間距不宜大于20m。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)詳細(xì)記錄孔位、孔深、地層變化等。

6）在黏性土層注漿壓力不大的情況下，直接將孔口管打入地層3～5m，利用黏性土的黏結(jié)力防止冒漿及平衡注漿頂托力；在松散無黏性地層或注漿壓力較大的情況下，應(yīng)在孔口預(yù)先挖2m左右深的坑，將孔口管下至3～5m后，在管周邊回填黏性土并夯壓密實(shí)，必要時(shí)可回填塑性混凝土。

2.制漿。采用攪拌機(jī)濕法制漿，隨時(shí)測(cè)定泥漿密度，漿液比重為1.50。開始采用稀漿灌注，待壩體被劈裂后，改用濃漿。

3.灌漿。按照“稀漿開始，濃漿灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多復(fù)，控制漿量”的原則，施工時(shí)要將注漿管下到離鉆孔底部0.5～1.0m處。孔底注漿可施加較大壓力，使壩體內(nèi)部劈開，把較多的泥漿壓入壩體，產(chǎn)生擠壓變形。要求每次灌漿后，要提一提注漿管，以免孔底堵塞和孔口冒漿。灌1～2次后，可提管1～2m。

4.終灌。經(jīng)反復(fù)輪注后，漿體帷幕厚度須達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)20cm。如連續(xù)3次不再吃漿或壩頂連續(xù)3次冒漿即可終灌，直觀上要做到“飽、滿、實(shí)”。

5.封孔。終灌后，先將注漿管插入孔底，再注入濃漿將稀漿或清水置換掉，直至濃漿（采用0.5∶1以上的濃漿）填滿全孔為止，待漿液析水沉淀后，再進(jìn)行二次封填，直至鉆孔封滿為止。

6.灌漿期原型觀測(cè)。按設(shè)計(jì)要求沿壩軸線方向每隔20m設(shè)一觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，每級(jí)至少在壩頂上、下游壩肩處各設(shè)一個(gè)觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，標(biāo)點(diǎn)用混凝土樁或木樁做成。灌漿施工前應(yīng)對(duì)布設(shè)的各樁垂直位移點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，灌漿期每班觀測(cè)1～2次；壩面出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)增加觀測(cè)次數(shù)，灌漿間歇期每2天觀測(cè)1次。灌漿期間，壩頂上下游壩肩處橫向水平位移每次不得大于25mm。

四、效果評(píng)價(jià)

（一）劈裂灌漿完成7個(gè)月后，隨機(jī)開挖兩處探井檢查，在沿心墻軸線方向，上、下游兩排灌漿孔形成了清晰可見的、厚度比較均勻的、豎直連續(xù)的數(shù)道漿體防滲帷幕，厚度10～25mm；在原壩體比較疏松部位形成了多道密集漿脈，壩體中的裂隙和洞穴均被水泥粘土漿充填密實(shí)，漿體與壩體結(jié)合緊密。

（二）注水試驗(yàn)完工兩年后，在心墻軸線上鉆探7個(gè)檢查孔進(jìn)行注水試驗(yàn)，滲透系數(shù)均小于1×10-5cm/s。

五、結(jié)束語

土質(zhì)大壩多建于上個(gè)世紀(jì)六、七十年代，由于施工工藝和施工設(shè)備所限，大壩土體碾壓密實(shí)度不夠，多存在背水坡濕坡，壩基和壩肩滲漏等問題，在分析確定病險(xiǎn)原因后選擇土壩灌漿技術(shù)進(jìn)行加固，特別是劈裂灌漿技術(shù)，既能夠消除病險(xiǎn)情，又可節(jié)約投資，提高工程效益。