惠來(lái)縣古杭中水庫(kù)土石壩除險(xiǎn)加固施工技術(shù)分析

摘要：惠來(lái)縣古杭中水庫(kù)建設(shè)于上世紀(jì)50～70年代，受當(dāng)時(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工技術(shù)所限，抗洪標(biāo)準(zhǔn)低、缺陷隱患多，所以決定進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理。本文對(duì)古杭中水庫(kù)土壩壩體及壩基應(yīng)用劈裂灌漿、充填灌漿的施工技術(shù)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：劈裂灌漿；充填灌漿；施工技術(shù)；土石壩；古杭中水庫(kù)

1 工程概況

古杭中水庫(kù)位于揭陽(yáng)市惠來(lái)縣東南部的前詹鎮(zhèn)雞冠山南麓，距縣城25km，屬于銘湖水系。水庫(kù)以灌溉為主，兼及防洪、發(fā)電用途，是一座綜合性的中型水庫(kù)，其集水面積達(dá)12.2km2，總庫(kù)容有1788×104m3。水庫(kù)始建于1956年，由古杭水庫(kù)與古杭下水庫(kù)改建而成。由于工程建設(shè)年代跨度大，采用的標(biāo)準(zhǔn)低，存在先天不足，主要問(wèn)題是壩體質(zhì)量差，碾壓不實(shí)，遇臺(tái)風(fēng)暴雨就會(huì)出現(xiàn)滲漏、管涌、牛皮脹等現(xiàn)象，嚴(yán)重危及大壩安全。另外，還存在著壩后排水設(shè)施不完善、壩坡不穩(wěn)定、溢洪道破損、輸水涵管破壞等問(wèn)題。鑒于此，水庫(kù)管理所決定對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固改造，工程包括壩體及壩基防滲處理、壩頂改造、上游壩坡改造、下游壩坡改造、溢洪道及泄洪閘改造、輸水涵管加固、防汛公路建設(shè)等。工程于2010年5月開(kāi)工，2011年3月完工，并于2013年1月通過(guò)驗(yàn)收。壩體防滲加固采用了劈裂灌漿技術(shù)，共處理2364.6m；壩基充填灌漿675.4m。壩體及壩基防滲加固工程2010年9月開(kāi)工，于當(dāng)年12月10日完工，只用了3個(gè)月時(shí)間，28個(gè)單元工程合格率達(dá)100%。

2 壩體劈裂灌漿施工技術(shù)

2.1 劈裂灌漿技術(shù)原理

劈裂灌漿防滲體厚度5～20cm，尤其適合填筑質(zhì)量差或存在大量隱患的土壩及淺層砂性土、黏性土的壩基[1]。施工時(shí)沿壩體軸線(xiàn)小應(yīng)力面鉆孔，在灌漿壓力作用下劈開(kāi)壩體，并形成沿壩軸線(xiàn)分布的垂直連續(xù)防滲帷幕。在提高壩體滲透穩(wěn)定性的同時(shí)，受到反復(fù)劈裂-回彈作用及漿壩互壓、析水濕陷固結(jié)作用，使壩軸線(xiàn)兩側(cè)一定范圍內(nèi)的土體得到密實(shí)[2]。漿液的滲透、充填還可以使壩體裂縫、孔穴、松散土層得到密實(shí)、加固，因此劈裂灌漿技術(shù)處理土石壩病險(xiǎn)簡(jiǎn)易高效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

2.2 劈裂灌漿工藝流程

放樣布孔→分序造孔→送料、供料、制漿→灌漿（每孔分5～10次）→終灌→封孔→工作面處理→結(jié)束。

2.3劈裂灌漿施工

2.3.1壩頂鉆孔

施工軸線(xiàn)在土壩加固改建后的壩體軸線(xiàn)上，采用單排兩序孔，終孔距為3m，第一序孔距為6m，第二序孔設(shè)在第一序孔的中間位置。鉆孔深度要鉆至土壩素填土的下限。鉆孔有干鉆和泥漿循環(huán)鉆進(jìn)兩種方法，干鉆用得多，但濕鉆成孔快，并且泥漿還能發(fā)揮護(hù)壁作用。鉆孔時(shí)要求孔位偏差不超過(guò)50mm，孔斜不大于2%。

2.3.2泥漿制備

土料取自經(jīng)試驗(yàn)合格的土料場(chǎng)，顆粒級(jí)配合理，漿液穩(wěn)定性高。采用攪拌機(jī)濕法制漿，土料經(jīng)浸泡、過(guò)篩后入攪拌機(jī)攪拌，漿液經(jīng)過(guò)篩后入儲(chǔ)漿罐備用。漿液采用水泥黏土漿，其中水泥含量為15%。泥漿密度控制在1.3～1.6g/cm3，并安排專(zhuān)人用比重計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。初灌采用1.3～1.4g/cm3的稀漿，壩體劈開(kāi)后改用1.5～1.6 g/cm3的濃漿。制好當(dāng)漿液應(yīng)在6h內(nèi)用完。

2.3.3劈裂灌漿施工

本工程采用孔底注漿全孔灌注法施工，并遵循“稀漿開(kāi)路，濃漿灌注；分序施灌，先稀后稠；少灌多復(fù)，控制漿量”的原則。施工過(guò)程中，主要控制灌漿壓力、灌漿量、壩體變形、復(fù)灌次數(shù)等參數(shù)。灌漿壓力分起始劈裂壓力、單孔最大灌注壓力和屈服應(yīng)力，受壩高、壓實(shí)質(zhì)量、鉆孔深度等因素影響，本工程采用0.15～0.50MPa的孔口壓力。灌漿量以灌注時(shí)不吃漿、壩頂3次冒漿停灌為準(zhǔn)，控制每次灌注量不超過(guò)5m3為度。變形控制主要是壩體橫向水平位移和豎向沉陷，灌漿期間每天觀(guān)測(cè)2次，非灌期間每5天觀(guān)測(cè)1次。復(fù)灌次數(shù)要達(dá)到5～10次。復(fù)灌間隔根據(jù)灌漿量調(diào)整，當(dāng)灌漿量較大時(shí)，間隔較長(zhǎng)時(shí)間；否則，間隔較短時(shí)間。實(shí)際復(fù)灌時(shí)間在3～20d。

2.4劈裂灌漿效果

古杭中水庫(kù)壩體經(jīng)劈裂灌漿處理，原壩體滲漏、管涌、牛皮脹現(xiàn)象消失，下游坡水位比灌漿前下降明顯?，F(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)3組，滲透系數(shù)達(dá)到1.15×10-7cm/s～0.96×10-7cm/s，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 壩基充填灌漿施工技術(shù)

3.1 充填灌漿機(jī)理

充填灌漿主要是利用泥漿自重壓力，將泥漿注入壩體或壩基內(nèi)充填已有的裂縫、孔穴等隱患，達(dá)到加固壩體或壩基的目的。為了提高灌漿效率和效果，通常在灌漿時(shí)施加一定壓力。

3.2 充填灌漿工藝流程

布孔→鉆孔→安裝灌漿導(dǎo)管→供水、進(jìn)料、制漿→接管灌漿→復(fù)灌每孔不少于5次→終灌→封孔→工作面清理→結(jié)束。

3.3 充填灌漿施工

3.3.1 灌漿孔布置

施工軸線(xiàn)設(shè)在大壩加固改建以后的軸線(xiàn)上，采用單排兩序孔，終孔距為3.0m，孔深鉆至主河床段強(qiáng)風(fēng)化層±3m。先對(duì)壩基充填帷幕灌漿，然后再進(jìn)行劈裂灌漿，并且劈裂灌漿與充填帷幕灌漿搭接2m。

3.3.2 灌漿材料

漿液采用純水泥配制，水泥為32.5MPa的普通硅酸鹽水泥，漿液比重為1.6～1.75。

3.3.3 灌漿設(shè)備

主要設(shè)備包括地質(zhì)鉆機(jī)、灌漿泵、攪拌機(jī)、壓力表、流量計(jì)等。

3.3.4 鉆孔及保護(hù)

按施工圖布孔，對(duì)壩體填筑部分采用錘擊干鉆法鉆孔，至壩基強(qiáng)風(fēng)化層改用回轉(zhuǎn)式干法鉆孔。為防止塌孔，禁止使用清水循環(huán)鉆進(jìn)法施工[3]。鉆孔時(shí)要求孔位與設(shè)計(jì)位置偏差不超過(guò)10cm，孔斜不大于孔深的2%。

3.3.5 安裝導(dǎo)漿管

成孔后立即安裝導(dǎo)漿管。導(dǎo)漿管外徑與鉆頭直徑相近，可避免反漿或冒漿。

3.3.6 清孔

灌漿前及復(fù)灌前清孔可使?jié){液順利到達(dá)每一處裂縫、孔穴等隱患位置。清孔方法是采用比導(dǎo)漿管內(nèi)經(jīng)小的鍍鋅鋼管，然后采用稀泥漿或風(fēng)水聯(lián)合清洗。洗至回水清晰為止。清洗時(shí)控制壓力和時(shí)間兩個(gè)參數(shù)。

3.3.7 漿液制備

制漿要求同劈裂灌漿。漿液攪拌完畢必須過(guò)濾，同時(shí)控制使用時(shí)間不超過(guò)4h。

3.3.8 灌漿施工

充填灌漿施工采用自下而上分段施工方法，并遵循“先稀后濃，漸次加濃；分序施灌，少灌多復(fù)”的原則。施工時(shí)先進(jìn)行第1序孔的鉆孔與灌漿，然后再進(jìn)行第2序孔的鉆孔和灌漿。每一孔復(fù)灌次數(shù)不少于5次，每次間隔時(shí)間不少于3d?？刂乒酀{壓力不超過(guò)0.2MPa，開(kāi)始時(shí)采用較小的灌漿壓力，隨著壩體或壩基密實(shí)度提高及裂縫、孔穴等缺陷被填充，逐步提高孔口壓力至設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)稀漿量大，孔口壓力為負(fù)時(shí)采用濃漿灌注。灌漿量按設(shè)計(jì)值進(jìn)行控制，一般不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)值。在進(jìn)行灌漿施工時(shí)準(zhǔn)確記錄每孔灌漿壓力、瞬時(shí)最大應(yīng)力值、灌漿量、灌漿持續(xù)時(shí)間等數(shù)據(jù)，并及時(shí)統(tǒng)計(jì)。

3.3.9 終灌及封孔

當(dāng)復(fù)灌次數(shù)已在5次以上，總灌漿量達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿量，并且不吃漿時(shí)終止灌漿。封孔時(shí)回填濃漿，至孔口液面不再下降時(shí)為止，然后用黏土粉分層回填搗實(shí)。

3.4 原型觀(guān)測(cè)

選擇主河床最大斷面作為監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行施工觀(guān)測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

劈裂灌漿和充填灌漿都是水庫(kù)土壩防滲加固處理常用技術(shù)。與防滲墻技術(shù)相比，灌漿技術(shù)施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低而工效高，實(shí)施后可以有效解決土壩滲漏問(wèn)題，提高土壩質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。然而灌漿屬于隱蔽性工程，要求施工單位注重細(xì)節(jié)的控制，并做好原始記錄，以利工程質(zhì)量的評(píng)判。

參考文獻(xiàn)：

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