劈裂灌浆在放牛洞水库土坝防渗中的应用

曾 斌

（广东省清远市水利水电勘测设计院有限公司 广东 清远 511518）

劈裂灌浆是根据坝体应力分布的规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈裂，同时维持较大的吸浆量，灌入合适的浆液，使其充填、穿透灌浆周围的疏松土体，堵塞漏洞、裂缝等，从而在坝轴线附近形成从下到上纵向连续的防渗粘土墙以堵截渗漏。同时，通过浆坝互压和湿陷使坝体内部应力重新分布，提高坝体渗透稳定性及坝体变形稳定性。

1 工程概况

放牛洞水库位于佛冈县石角镇北部，该水库是以防洪、灌溉为主，调节发电和供水为辅的综合性水利工程。该水库始建于1972年，1978年竣工，大坝为均质土坝，最大坝高41.0m，坝长136.0m，总库容为1724万m3，为中型水库。坝体采用“水坠法”填土施工，填土为粘土质砂、粘土质砾、粉土质砂，以粘土质砂为主，呈灰黄色、棕黄色，主要含中细粒砂，次为粘粒和粉粒，局部夹少量强风化花岗岩岩块，可塑性差。除险加固勘察时，在填土层做注水试验14次，渗透系数 1.39×10-3cm/s～2.00×10-4cm/s，渗透系数平均值4.11×10-4cm/s，透水性属中等～弱透水层。下伏岩层为全风化花岗岩，主要含粗砂，透水性较强，渗透系数在10-3cm/s以上，属中等透水层。由于土坝坝体及下伏全风化花岗岩层的渗透系数较大，影响坝体的渗透稳定及安全，本次除险加固对坝体及下伏全风化花岗岩层进行劈裂灌浆，以达到加固防渗的作用。

2 劈裂灌浆设计及施工

劈裂灌浆在水库低水位期进行，以加速泥浆固结，保证土坝安全。

2.1 施工工艺流程

劈裂灌浆分两序钻灌，第一序孔距8.0m，第二序孔距4.0m，先灌河床坝段，后灌左、右坝肩段。第一序干打钻进造孔（间距8.0m）→孔底注浆，全孔灌注（孔深不大于20m，每次灌入量不大于0.5t/m；孔深大于20m，每次灌入量不大于0.3t/m）→间歇5d～7d复灌→坝顶出现纵向劈裂裂缝并冒浆→冒浆孔结束灌浆，起拔注浆管→第二序干打钻进造孔（终孔间距4.0m）→间歇5d～7d复灌→坝顶出现纵向劈裂裂缝，连续3次在劈裂裂缝冒浆→结束灌浆。

2.2 灌浆材料

坝体灌浆主要材料为粉质粘土，掺入15%的普通硅酸盐水泥，使浆液易于固结和有较好的防渗作用。

灌浆土料要求：塑性指数8%～15%，粘粒含量25%～30%，粉粒含量30%～50%，砂粒含量10%～20%，有机质含量＜2%，可溶盐含量＜8%。

浆液的物理力学指标：容重1.3g/cm3～1.6g/cm3，粘度 20s～50s，稳定性0.1g/cm3～0.15g/cm3；胶体率＞70%；失水量10cm3/min～30cm3/min。

2.3 灌浆设计

劈裂灌浆采用单排布孔，分两次序施工，终孔距为4m。采用孔底注浆，全孔灌注的方式进行。设计泥墙厚度为5cm～20cm，泥墙设计干容量一年后为1.4g/cm3～1.6g/cm3。最大允许灌浆压力不大于0.2MPa。每孔每次灌浆量每米孔深控制在0.5m3～1.0m3，每孔灌浆次数在5次以上。

2.4 灌浆施工

2.4.1 造孔

按设计要求布孔，造孔按两次序进行，孔径取108mm。造孔保证铅直，偏斜不得大于孔深的2%。用干法造孔，不得用清水循环钻进。

2.4.2 制浆

采用专业机械制浆，搅拌成浆，通过过滤筛清除大颗粒和杂物。灌浆前再通过35的过滤筛，浆液的各项指标按设计要求控制。

2.4.3 灌浆

劈裂灌浆先灌河槽段，后灌岸坡段，劈裂灌浆采用孔底注浆全孔灌注的方法。灌浆开始先用稀浆，经过3min～5min后再加大泥浆稠度。当孔口压力下降和注浆管出现负压时，加大浆液稠度，浆液的容量应按技术要求控制。在灌浆中，先对第一孔序轮灌，采用“少灌多复”的方法，待第一孔序灌浆结束后，再进行第二序孔。每孔灌浆次数不少于5次。

灌浆综合控制是保证灌浆期间坝体安全和灌浆质量的重要措施，包括灌浆量控制、灌浆压力控制、横向水平位移控制、裂缝开缝宽度控制等。主要措施如下：两次灌浆间隔时间不少于5d；孔口压力控制在设计最大允许灌浆压力以内；在灌浆时，坝顶上下游两坝肩处横向水平位移量控制在3cm以内，要求在停灌后能基本复原；劈裂灌浆尽量推迟和限制坝面出现裂缝，裂缝限制宽度一般控制在3cm以内，要求在停灌后坝体裂缝能基本闭合。

表1 坝体劈裂灌浆完成情况汇总表

表2 劈裂灌浆检查孔注水试验成果表

2.4.4 灌浆结束标准和封孔

当浆液升至孔口，经连续复灌3次不再吃浆时，即可终止灌浆。当每孔灌完后，可将注浆管拔出，注满容重大于1.5g/cm3的稠浆。如果浆面下降，可继续灌注稠浆，直至浆面升至坝顶不再下降为止。

3 施工完成情况

本次工程的灌浆施工于2007年10月开工，2008年2月完工。在坝轴线布置一排共28个劈裂灌浆孔，分2序施工。总进尺788.51m，灌入土料（干容重）226.26t，掺入水泥 39.93t，单位孔深干料灌入量0.34。完成劈裂灌浆后的检查孔3个，注水试验15段，在坝轴线开挖检查探坑2个，坑长5.0m、宽1.5m、深3.0m。劈裂灌浆完成情况汇总表见表1。

4 灌浆效果检测分析

4.1 探坑检查

2008年4月～5月在大坝灌浆防渗轴线部位挖了两个检查坑，坑长3m，宽1.5m，深3.0m，坑底浆脉连续均匀。1#坑底浆脉总宽13cm；2#坑底浆脉3条，总宽8.5cm，靠上游、中间、靠下游的浆脉宽分别为2cm、1.5cm和5cm。该坝灌入量较大，正常情况下，坝顶5.0m以下的泥墙厚度会更厚，因此，浆脉厚度满足《土坝坝体灌浆技术规范》（SD266-88）5cm～20cm的设计要求。

4.2 钻孔注水试验

劈裂灌浆完成后，在劈裂灌浆轴线布置了3个检查孔，3个检查孔中的坝体填土分段进行了注水试验，坝顶以下0～5m渗透系数的平均值为9.6×10-5cm/s；坝顶5m以下的渗透系数为 3.29×10-5cm/s～7.44×10-5cm/s，平均值为4.8×10-5cm/s。灌浆前坝顶以下0～5m注水试验渗透系数的平均值为1.0×10-3cm/s，坝顶5m以下渗透系数在 2.52×10-4cm/s～7.39×10-4cm/s，渗透系数平均值k=4.19×10-4cm/s，透水性属中等～弱透水层。因此，灌浆后坝体防渗轴线处的渗透系数已显著的降低。劈裂灌浆检查孔注水试验成果表见表2。

4.3 灌浆前后土工试验对比

在3个检查孔中共取土样15个，灌浆前室内土工试验中的干密度平均值为1.50g/cm3，灌浆后室内土工试验中的干密度平均值为1.68g/cm3，满足《土坝坝体灌浆技术规范》（SD266-88） 中 灌 浆 一 年 以 后 应 为1.4g/cm3～1.6g/cm3的要求。

4.4 高水位考验渗水量基本消失

灌浆后2008年6月～7月，库水位接近正常蓄水位运行，坝体的浸润线骤然降低，大坝坝脚渗水基本消失。

5 结论

针对放牛洞水库均质土坝坝体填土疏松，坝体渗透性强的特点，采用劈裂灌浆技术，经过多次反复劈裂充填、间歇，坝体相应出现劈裂、回弹后，在坝轴线附近形成了从下到上纵向连续的防渗墙。从灌浆前后的渗透系数比较及高水位运行观测比较，劈裂灌浆后坝体由下至上均有了较好的防渗性能，本次灌浆取得了较显著的防渗效果。陕西水利

[1]白永年，关德斌，王洪恩等.土坝坝体劈裂灌浆技术.北京：水利电力出版社，1987.

[2]土坝坝体灌浆技术规范(SD266-88).北京：中国水利水电出版社，1988.

[3]白永年等.中国堤坝防渗加固新技术.北京：中国水利水电出版社，2001.