簡(jiǎn)析曲江區(qū)羅坑水庫大壩防

摘要：劈裂灌漿在土質(zhì)重力壩加固工程中得到了廣泛應(yīng)用，壩身防滲效果明顯。特別是對(duì)韶關(guān)市曲江區(qū)羅坑水庫壩頂路面至排水棱體高差大于15米的壩段進(jìn)行劈裂灌漿處理后，羅坑水庫大壩加固完成蓄水多年后，對(duì)滲流量、浸潤(rùn)線的觀測(cè)，較加固以前有明顯改變，達(dá)到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：劈裂灌漿;壩體加固;防滲施工

1、工程概況

韶關(guān)市曲江區(qū)羅坑水庫于1974年9月開始勘測(cè)，1975年11月動(dòng)工興建，至1979年11月建成蓄水，整個(gè)水庫工程于1982年5月竣工。該工程是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、血防等綜合利用的中型水庫工程。由于歷史條件的限制，工程上馬倉(cāng)促，工程質(zhì)量差，水庫運(yùn)行至今隱患重重。羅坑水庫正常水位283.0m，相應(yīng)庫容3461萬m³，總庫容超過1000萬m³，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2000）》和《防洪標(biāo)準(zhǔn)（GB50201-94）》中的有關(guān)規(guī)定，本水庫工程規(guī)模屬于中型，工程等別為三等，永久性主要建筑物為3級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇（p=1%），校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇（p=0.05%）;溢洪道消能防沖設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇（p=3.33%）;施工導(dǎo)流建筑物按5級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)5年一遇。該工程于2008年8月開始進(jìn)行招標(biāo)投標(biāo)，2008年10開始進(jìn)行水庫除險(xiǎn)加固處理施工。其中最核心的問題即是對(duì)水庫大壩壩身進(jìn)行劈裂灌漿處理、對(duì)壩基進(jìn)行帷幕灌漿處理等防滲施工。

從韶關(guān)市曲江區(qū)羅坑水庫施工期布設(shè)先導(dǎo)孔所探明的地質(zhì)勘查資料得知，壩體填筑土多為含礫粘土，干密度在1.29～1.48g/cm3之間，孔隙比在0.847～1.136之間，數(shù)值波動(dòng)變化較大，說明壩體的填筑質(zhì)量不穩(wěn)定，絕大部分填筑土粘性較差，結(jié)構(gòu)較為松散，因此壩體的滲透系數(shù)較大，經(jīng)水庫管理單位觀測(cè)檢查，在高水位時(shí)，發(fā)現(xiàn)壩背坡表面濕潤(rùn)、有滲水，個(gè)別部位出現(xiàn)“牛皮漲”現(xiàn)象，當(dāng)水庫水位稍高時(shí)，壩的滲透量加快，這將使水庫存在安全隱患。經(jīng)過加固方案的論證比較，壩身及壩基采用壩體劈裂灌注粘土漿進(jìn)行防滲處理的加固方法，以期達(dá)到壩體防滲的要求，確保水庫大壩的安全運(yùn)行。

2、劈裂灌漿的加固原理及特點(diǎn)

大壩壩體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，而當(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。水利上的堤壩是人工堆筑成的長(zhǎng)條形土料建筑物，為梯形斷面，由于受多種自然因素的影響，常出現(xiàn)一些不穩(wěn)定現(xiàn)象。如果向不穩(wěn)定的堤段造孔并向堤體孔內(nèi)壓注漿液，加上漿液自重因素，使堤體沿軸線方向形成一道或數(shù)道粘土帷幕，則可達(dá)到消險(xiǎn)固堤的作用。這種施工過程我們稱之為劈裂灌漿。

土壩壩體劈裂式灌漿的任務(wù)之一，就是在允許的范圍內(nèi)盡量增大灌漿壓力，使原來較為疏松的土體在某個(gè)范圍之內(nèi)得到一定程度的壓實(shí);停灌以后，由于孔口壓力的取消和泥漿的濃縮固結(jié)，泥漿壓力逐漸減小，壩體則回彈壓縮泥漿。實(shí)際操作中，通過多次復(fù)灌可充分發(fā)揮漿、壩互壓作用，對(duì)提高壩體的密實(shí)度并保證灌漿質(zhì)量是有效的。此外，通過實(shí)踐總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)，劈裂式灌漿對(duì)解決以下六種隱患有較明顯效果：壩體碾壓不實(shí)、密實(shí)度普遍較差的松堆土壩;壩體內(nèi)有滲漏通道、軟弱層、壩體浸潤(rùn)線過高、壩坡發(fā)生濕潤(rùn)區(qū)或“牛皮脹”或滲透破壞（管涌、流土）現(xiàn)象;壩體由于不均勻沉陷而產(chǎn)生的裂縫（不包括滑坡裂縫）;分期施工的土壩，分層和接頭有軟弱帶和透水層;壩體和其他建筑物（如放水涵管、閘墻等）接合不好、存在空隙和接觸沖刷;壩體內(nèi)存在生物洞穴和腐爛樹根等隱患。

3、劈裂灌漿的基本情況

土壩劈裂灌漿需依據(jù)如下順序進(jìn)行：在軸線旁亦或是順著土壩軸線安設(shè)一兩排甚至是更多排灌漿孔，穿進(jìn)土壩滲漏區(qū)域;依據(jù)一步步加密的原則，逐孔實(shí)施重復(fù)多次灌漿;為了確保灌漿能進(jìn)入且在土體內(nèi)劈出裂縫一道，要嚴(yán)格控制灌漿壓力;一般來說，此裂縫是順著壩線方向伸展開來的，最后將各個(gè)孔引起劈裂形成的裂縫能相互銜接好，最終產(chǎn)生一道薄墻。在灌入漿液的過程中，有些漿液會(huì)滲入到土體孔隙內(nèi)部，致其兩旁土體受壓縮應(yīng)力的影響，有利于壓實(shí)、擠密兩旁土體;待灌漿完畢后，在壩的自重應(yīng)力與回彈應(yīng)力的作用之下，灌入的漿液會(huì)固結(jié)、析水，最終產(chǎn)生一道以擠密帶、滲入體為輔助、縫中漿石為主體的阻水帷幕，以實(shí)現(xiàn)防滲止水的目標(biāo)。

4、劈裂式灌漿的施工技術(shù)

4.1布孔、安裝鉆機(jī)。根據(jù)前期灌漿試驗(yàn)確定灌漿孔的間排距，灌漿孔一般沿壩軸線進(jìn)行布置，采用精密儀器進(jìn)行布孔時(shí)孔位誤差不能超過10cm;鉆機(jī)的安裝時(shí)保持滑車、立軸、孔位三點(diǎn)一線，用水平尺校正機(jī)場(chǎng)水平，確保鉆孔鉛直。

4.2灌漿段長(zhǎng)劃分及止水。灌漿段長(zhǎng)一般控制在 5～8m，。壩土采用套管止水，即預(yù)留 30cm 未鉆土體，下置套管用吊錘扎下，在壩體的回彈作用下止水。

4.3造孔及洗孔。灌漿孔應(yīng)采用小口徑鉆孔鉆進(jìn)的鉛直孔，開孔孔徑在150mm左右，壩終孔孔徑 75mm。為保證鉆孔垂直和孔斜不超出設(shè)計(jì)要求，鉆進(jìn)時(shí)采用長(zhǎng)且直的鉆具。為提高鉆進(jìn)效率，生產(chǎn)孔可采用清水鉆進(jìn)，灌漿孔段在造孔結(jié)束后，進(jìn)行鉆孔沖洗，應(yīng)沖洗至回水變清。

4.4制漿

灌漿料采用泥漿攪拌灌機(jī)。主要特點(diǎn)是高速連續(xù)攪拌，自動(dòng)篩漿，漿液存入攪漿筒內(nèi)防沉，灌漿泵和儲(chǔ)漿筒直接相連，制出的泥漿質(zhì)量高，能控制很高的含砂量。

將土料、水泥按1：10的比例，連續(xù)均勻地從攪漿筒的一端進(jìn)料口加入，土料從攪漿筒內(nèi)經(jīng)過持續(xù)高速攪打后，由于泥漿的旋轉(zhuǎn)離心作用，經(jīng)過另一端排漿口排至轉(zhuǎn)篩內(nèi)，篩選過的細(xì)漿便流入拌漿筒內(nèi)，以防漿液沉淀。

泥漿濃度的控制：

本工程根據(jù)實(shí)際情況，采用濕法制漿，濕法制漿就是用天然料場(chǎng)中的濕土（應(yīng)經(jīng)鉆探取樣土工試驗(yàn)后認(rèn)為宜用來灌漿的合格土料），及相應(yīng)比例的水泥混合，直接倒入攪拌機(jī)中攪拌制漿。此時(shí)，泥漿濃度用以下公式進(jìn)行控制：

g=k*gk=1/（1+）+1/（（1+）-1）

式中：g―欲配泥漿的加水量（KG）

g―為用來拌漿的濕土量及水泥量（KG）

k―加水系數(shù)

―水土比

― 濕土的含水量。

先確定要采用的水土比（1：）之后，測(cè)出濕土的含水量，算出加水系數(shù)k值，即可算出加水量。加水量由水表控制。

實(shí)際施工中，攪灌機(jī)、灌漿泵都是定量的，先確定灌漿1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.6g/cm3計(jì)算出每相對(duì)應(yīng)的加水量、加土量。

泥漿濃度的調(diào)配：

在灌漿過程中，常根據(jù)不同的情況改變泥漿的濃度，以利于灌漿工作的進(jìn)行及保證灌漿的質(zhì)量，泥漿由濃變稀要加水，由稀變濃要加土。此時(shí)，可用以下公式算出加水量和加干土量。

1立米濃泥漿變稀的加水量G為;

G=1/（1+E/D）*（E/D-1）

1立米稀漿變濃的加干土量G=（E-J）/（1+E/D）

式中：E、J分別為濃、稀漿的水土比。

泥漿濃度的選用：

在壩體灌漿中，泥漿密度控制在1.3～1.6G/cm3之間。密度在1.4g/cm3以上的泥漿為濃漿，以下為稀漿。原則上，開始用稀漿3～5min以后，然后用濃。

泥漿的流動(dòng)性除與其濃度有關(guān)外，還與灌漿壓力大小有關(guān)。本工程采用壓力0.1～0.35MPA，灌漿壓力較小，為了縮短灌漿間隔時(shí)間，摻入水泥10%（為干料重的10%）。

4.5灌漿

4.5.1灌漿施工

主壩劈裂灌漿采用全孔孔底灌注法，可使孔內(nèi)漿由孔底反向全孔，處于半循環(huán)狀態(tài)。劈裂灌漿是孔底先被劈裂裂縫向上發(fā)展，從而達(dá)到加固壩體的作用。充填灌漿是由孔底向上發(fā)展，對(duì)全孔孔壁土體裂隙、隱患進(jìn)行充填，從而加固壩體。

主壩劈裂灌漿施工均采取從壩中間向兩岸展開，本工程從溢洪道左壩段展開。灌漿孔分Ⅱ序，先進(jìn)行Ⅰ序灌漿孔的鉆孔及灌漿施工，接著進(jìn)行Ⅱ序灌漿孔的鉆孔及灌漿施工。

灌漿采用“先稀后濃，逐漸加稠，分序施灌，少灌多復(fù)”的方法。要求每孔每次平均灌漿量控制在0.5～1.0m3每米，每孔復(fù)灌次數(shù)不少于5次，復(fù)灌間隔時(shí)間不少于5天。

4.5.2灌漿量的控制

對(duì)劈裂灌漿每孔每次灌漿量及總灌漿量準(zhǔn)確記錄，每次灌漿量不得超過設(shè)計(jì)允許值，以便控制灌漿質(zhì)量。每孔每次平均灌漿量以孔深計(jì)，每米孔深按規(guī)范控制。

4.5.3 灌漿壓力的控制

灌漿壓力是保證灌漿質(zhì)量的重要因素，在同一孔中頭幾次使用較小的灌漿壓力，以后隨復(fù)灌次數(shù)增加待壩體逐漸得到密實(shí)，孔口壓力逐漸升高達(dá)設(shè)計(jì)壓力。

在灌漿過程中定時(shí)嚴(yán)格記錄灌漿壓力值，當(dāng)表壓力讀數(shù)大于設(shè)計(jì)的最大壓力值時(shí)，應(yīng)立即調(diào)節(jié)出漿量或停灌，達(dá)到設(shè)計(jì)最大壓力值時(shí)按設(shè)計(jì)要求持續(xù)一定的時(shí)間。當(dāng)壓力穩(wěn)定回升兩次或超過設(shè)計(jì)壓力最高值時(shí)，做好換孔準(zhǔn)備。在灌漿過程中隨時(shí)觀測(cè)壓力表變化，并注意記錄瞬時(shí)最大壓力，對(duì)照壩體位移和接縫張開度合理控制灌漿壓力。同時(shí)作好每孔、每次、灌漿延續(xù)時(shí)間灌漿量的記錄并把灌漿記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

4.6灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及封孔

根據(jù)《土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范》SD266-88標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行土壩壩體灌漿標(biāo)準(zhǔn)，每孔復(fù)灌達(dá)5次以上，總吃漿量與設(shè)計(jì)吃漿量相符，灌漿至不再吃漿時(shí)，可以認(rèn)為已經(jīng)灌飽、灌滿、灌實(shí)即可終止灌漿。

封孔時(shí)邊撥管和按設(shè)計(jì)要求回填稠漿，如果漿面下降可繼續(xù)注入稠漿，直至漿面升至孔口不再下降為止，并在終孔時(shí)用粘土對(duì)灌漿孔進(jìn)行封堵。

5、結(jié)論

運(yùn)用流固耦合分析方法進(jìn)行模擬，用劈裂灌漿防滲加固技術(shù)來改進(jìn)壩體的穩(wěn)定性，是堤壩加固領(lǐng)域的一種非常有效的加固方法，多年來該技術(shù)在中小型水庫土壩防滲加固中得到廣泛應(yīng)用。劈裂式灌漿技術(shù)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)被廣泛的運(yùn)用。但在具體操作中應(yīng)注意施工工藝，保證灌漿的質(zhì)量，才能達(dá)到預(yù)期的效果。