劈裂灌漿技術(shù)在水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

摘要：隨著我國(guó)中小型水庫病險(xiǎn)加固工程的實(shí)施，人們對(duì)水庫的防滲加固技術(shù)提高了重視。為了能夠有效地提高壩體的穩(wěn)定性，文章結(jié)合云浮市東風(fēng)水庫加固工程，闡述了劈裂灌漿技術(shù)在水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用，對(duì)劈裂灌漿技術(shù)的推廣具有積極的意義。

關(guān)鍵詞：水庫加固;劈裂灌漿;施工技術(shù)

在水利工程建設(shè)中，土石壩在眾多的壩體工程中運(yùn)用最廣，在土石壩快速發(fā)展的過程中，時(shí)有發(fā)生一些安全事故，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅，因此我們必須對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行深入思考。劈裂灌漿是一種利用水力劈裂原理有控制地劈裂壩體，并灌入黏土泥漿，形成防滲泥墻，同時(shí)也使泥墻連通的其他裂縫、洞穴、軟弱夾層等壩體隱患在漿液的充填和擠壓下變得密實(shí)，使壩體達(dá)到防滲和加固目的的一種施工方法。

1 工程概況

東風(fēng)水庫位于云安縣石城鎮(zhèn)，距云浮市區(qū)37公里，壩址以上集雨面積33.6平方公里，主河全長(zhǎng)13.3公里，河流平均坡降為0.01，水庫總庫容為1401萬立方米，是一座以灌溉、防洪、發(fā)電和養(yǎng)殖等綜合效益相結(jié)合的中型水庫。水庫于1970年10月開始籌建，1971年10月正式動(dòng)工興建，1973年主體工程投入運(yùn)行，現(xiàn)樞紐工程由大壩、泄洪洞、輸水涵管和電站等組成。最大壩高43.3米，壩頂高程為17O.5m，壩頂長(zhǎng)180米，主壩為輾壓式均質(zhì)土壩。大壩填筑受當(dāng)時(shí)施工條件所限，施工碾壓不均勻，壩體滲漏較大，經(jīng)過30幾年的運(yùn)行，現(xiàn)水庫只能控制水位160.0米運(yùn)行。2005年肇慶市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院勘測(cè)報(bào)告顯示壩體填筑土屬中等透水性土層，當(dāng)水位達(dá)到162.0（正常蓄水位）時(shí)后壩坡就出現(xiàn)大面積濕斑，壩坡面出現(xiàn)不均勻沉陷，經(jīng)穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算前壩坡不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，大壩需要進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2" 壩體劈裂灌漿原理

土壩壩體劈裂灌漿技術(shù)是依據(jù)土壩壩體應(yīng)力分布規(guī)律建立的。土壩壩體應(yīng)力分析研究成果表明：壩體小主應(yīng)力面基本沿壩軸線分布這一規(guī)律，在壩軸線附近沿小主應(yīng)力面布置灌漿孔，灌注泥漿時(shí)，泥漿便能沿這個(gè)弱應(yīng)力面將壩體劈開裂縫。在泥漿自重和漿、壩互壓作用下，灌入壩體的泥漿反復(fù)充填，劈開壩體并逐漸排水固化，在壩體內(nèi)形成一道近乎垂直連續(xù)的防滲墻體。解決了土壩壩體的滲透穩(wěn)定問題。不僅如此，土壩壩體劈裂灌漿時(shí)，灌入壩體中泥漿在壩體內(nèi)充填擠壓，與劈裂縫貫通的原有裂縫和孔洞在灌漿中得到充填，補(bǔ)充壩體部分土區(qū)的小主應(yīng)力不足，恢復(fù)壩體的應(yīng)力平衡，提高了壩體的整體性。另外，泥漿在排水固結(jié)時(shí)，析出的水?dāng)U散、濕陷、密實(shí)壩體，改善土壩內(nèi)部應(yīng)力狀況，加固了壩體，提高了壩體的整體性，解決了壩體的變形穩(wěn)定問題。

3" 水庫除險(xiǎn)加固劈裂灌漿技術(shù)

土壩壩體劈裂灌漿可解決病險(xiǎn)土壩的變形穩(wěn)定和滲漏穩(wěn)定問題。在土壩壩體除險(xiǎn)加固中具有投資小、見效快、設(shè)備和技術(shù)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用。但在具體操作中應(yīng)把握基本技術(shù)參數(shù)和施工工藝，保證灌漿的質(zhì)量，才能達(dá)到預(yù)期的效果。

3.1 灌漿孔布置

（1）孔位布置。應(yīng)按河槽段、岸坡段、彎曲段和其它特殊壩段的不同位置情況進(jìn)行布孔，在河槽段，一般沿壩軸線（或稍偏上游）布孔，必要時(shí)在灌漿軸線上下游布置副排孔，鉆孔排數(shù)應(yīng)根據(jù)壩體隱患的范圍和程度確定;在岸坡段、彎曲段和其它特殊壩段，由于壩體內(nèi)部應(yīng)力復(fù)雜，灌漿初期一般采用多排梅花形布孔，并采用“少灌多復(fù)” 的辦法，調(diào)整壩體應(yīng)力，灌漿后期，沿壩軸線布孔，形成連續(xù)的帷幕。

（2）孔深及孔距?？咨顟?yīng)大于隱患深度2-3m，如布置雙排孔或多排孔時(shí)，副排孔處如無隱患，孔深可為主排孔深的1/3;孔距在河槽段孔深>15m 時(shí)，可采用5-10m;孔深<15m 時(shí)，可采用3-5m，可通過現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)確定。岸坡段、彎曲壩段布孔應(yīng)適當(dāng)縮小孔距，或通過試驗(yàn)確定。

（3）孔序。為使?jié){液在壩體中有充分的析水固結(jié)時(shí)間，應(yīng)分序灌漿。根據(jù)施灌壩段的長(zhǎng)短來確定序數(shù)，如果壩段過長(zhǎng)且灌漿機(jī)組少，一般分為兩序，如壩段較短則可分為三序或四序。

3.2 灌漿材料選擇

漿液土料基本上是采用與壩料的物理力學(xué)指標(biāo)基本接近的土料，但由于各類壩型和填筑壩料的不同，對(duì)原材料的要求也不一樣。通過大量工程實(shí)踐，目前我縣采用的灌漿材料為粘土水泥漿液，一是膠結(jié)快，后期強(qiáng)度高;二是一次性灌入量大，減少復(fù)灌次數(shù)，三是可縮短工期。

3.3 灌漿壓力計(jì)算

灌漿壓力計(jì)算。一般確定灌漿的最大孔口壓力是指注灌漿管上端壓力表的壓力值，根據(jù)工程實(shí)踐一般灌漿孔口壓力為0.01-0.05MPa。最大允許孔口壓力可按公式估算，公式為

△p = y H ±γh。

式中：△p-灌漿孔壓力;Y-壩體土的密度;H-計(jì)算點(diǎn)以上壩高;γ-灌漿密度;h- 全孔灌漿時(shí)，注漿管高度。

鑒于灌漿壓力的大小不僅與灌漿范圍大小、水文工程地質(zhì)條件等因素有關(guān)，而且還與地層的附加荷載及灌漿深度有關(guān)，所以不能用一個(gè)公式準(zhǔn)確地表達(dá)出來，應(yīng)根據(jù)不同情況通過經(jīng)驗(yàn)和灌漿試驗(yàn)確定。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，方便施工，根據(jù)有關(guān)資料、施工實(shí)踐、灌漿壓力，可根據(jù)不同的深度確定見下表：

表1 "灌漿壓力值

孔深（m）

﹤10

10-15

15-20

﹥20

灌漿壓力（MPa）

0.15

0.15-0.2

0.2-0.3

0.35

3.4 鉆孔灌漿

3.4.1 壩體灌漿

（1）灌漿槽段：先灌河槽段，后灌岸坡和彎曲段;

（2）灌漿孔序：先灌副排一序孔，插灌二序孔。

壩體劈裂灌漿的施工采用孔底注漿全孔灌注法，灌漿采用“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。用全孔底灌注法可由孔底反向全孔使孔內(nèi)泥漿處于半循環(huán)狀態(tài)，有利于提高灌漿質(zhì)量，注漿孔距鉆孔底部0.5-1.0m，孔口壓力保持在設(shè)計(jì)要求的壓力指標(biāo)上，灌漿開始，先用稀漿灌3-5min，然后加大泥漿稠度至設(shè)計(jì)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，可提高1-2m。

3.4.2 壩體與基巖接觸帶灌漿

壩體與凹凸不平的基巖面直接相連，壩體回填時(shí)基巖和壩體接合不十分緊密，在高水位作用下局部出現(xiàn)接觸滲漏，造成集中滲流和接觸沖刷。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，采取以下方法：

（1）鉆孔鉆到距基巖面0.5-1.0m 時(shí)，用擊入法將套管下至基巖面，由于基巖面凹凸不平，套管不可能與基巖面完全接觸，但在擊入過程中套管可以與壩體緊密接合，保證漿液沿壩體與基巖接觸面流動(dòng)。

（2）在漿液沿接觸面流動(dòng)且局部壩體質(zhì)量較差時(shí)，部分漿液將進(jìn)入壩體，造成壩體的劈裂、冒漿和隆起變化。針對(duì)這種情況，對(duì)壩體隆起變化不大，或雖產(chǎn)生裂縫，但未冒漿，可在低壓下結(jié)束灌漿，待凝結(jié)后在規(guī)定壓力下進(jìn)行復(fù)灌;對(duì)壩體隆起變化較大，或發(fā)生冒漿，應(yīng)立即停灌，待初凝后進(jìn)行復(fù)灌。這樣既可把壩體與基巖接觸面及壩體裂隙灌好，又保證了大壩的安全，效果良好。

3.4.3 基巖表層風(fēng)化破碎帶灌漿

基巖表層風(fēng)化嚴(yán)重，巖石破碎，且被較多的粘土、碎石等松散物充填，鉆孔不易沖洗干凈，灌漿在壩頂上進(jìn)行，灌漿壓力的增加受到限制，漿液不易被灌入。為了保證灌漿質(zhì)量，一是縮小段長(zhǎng)。將一個(gè)灌段5.0m分為1.5m、1.5m、2.0m 三段進(jìn)行灌漿，段長(zhǎng)越小，裂隙的差異性越小，壓力越集中，越易被灌好;二是逐級(jí)提高壓力，在保證大壩安全的前提下，增加漿液的擴(kuò)散范圍，在較高的壓力下結(jié)束灌漿。

4 劈裂灌漿的質(zhì)量控制

有效地控制劈裂灌漿施工，是確保工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵。在水庫加固施工過程中，要施工步驟、操作要求、問題處理（裂縫、冒漿、串漿、隆起等）、施工技術(shù)措施以及管理制度等五個(gè)方面加以控制。采用“先稀后稠、少灌多復(fù)”的原則。一是每個(gè)灌漿孔都要經(jīng)過多次復(fù)灌，前兩次應(yīng)避免壩頂裂縫，后幾次復(fù)灌時(shí)，壩頂裂縫寬度控制在3cm 以內(nèi);二是孔口壓力控制在設(shè)計(jì)最大允許灌漿壓力之內(nèi);三是每孔必須達(dá)到終孔后，方能起管，直至漿面不再下沉為止，最后加填夯實(shí)。

5 結(jié)束語

綜上所述，劈裂灌漿簡(jiǎn)便易行，速度快，質(zhì)量可靠，防滲效果好，經(jīng)濟(jì)適用，是土壩防滲加固的有效方法之一。通過不斷改進(jìn)施工技術(shù)，劈裂灌漿將對(duì)土壩除險(xiǎn)加固具有很大意義。東風(fēng)水庫大壩壩體通過劈裂灌漿，達(dá)到漿壩互壓作用和壩體濕化變形，補(bǔ)充了壩體小主應(yīng)力，調(diào)整了壩體內(nèi)部的應(yīng)力不平衡狀態(tài)，增加了壩體穩(wěn)定性，提高了壩體防滲效果。

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