试论劈裂灌浆施工技术在水库加固中的应用

林越青

（揭阳市水利水电设计院 广东 揭阳 522031）

一、前言

劈裂灌浆技术是20世纪70年代未开始推广使用的堤坝防渗技术，能形成垂直连续的防渗帷幕，劈裂灌浆施工技术工作机理、防渗效果和施工工艺均已达到了当前水库防渗工程的要求，在堤坝防渗领域应用广泛。

二、水库概况

该位于揭阳市普宁县，是一座具有灌溉、供水、防洪、拦沙等综合功能的小型水库，坝址以上流域面积27.8km2，多年平均径流量838万m3，原设计总库容137.5万m3，兴利库容117万m3，调洪库容18.5万m3。水库枢纽由大坝、溢洪道、放水设施三部分组成。其中大坝为粘土斜墙土石混合坝，最大坝高51m，坝顶轴线长165m，坝顶宽4m，上游坝坡平均坡比1：3.5；下游坡比平均坡比1：1.83。2002年由水利主管部门核定大坝为三类坝，该水库堤坝需进行除险加固。

三、渗漏现象及原因分析

1 998 年实测坝体干密度最小值为1.36g/cm3，最大值 1.76g/cm3，平均值 1.56g/cm3，合格率仅9.7%，压实度0.9%。在深度22.5～28.0m标贯击数N63.5=4.6击；深度4.5～7.8m，标贯击数N63.5=2～3击，这两处土层处于软塑状态，土质疏松，质量较差。从地勘资料分析，坝体填土不均是坝后渗漏发展及坝体险情的原因之一，1994年的处理范围较小，未从根本上解决问题。

四、坝体劈裂灌浆设计

1.坝体劈裂灌浆

根据该水库渗漏原因分析，选用劈裂灌浆作为坝体防渗的技术措施，与坝基帷幕灌浆同时实施。劈裂灌浆是以水力劈裂理论为基础，根据坝体小主应力面沿坝轴线分布的规律布设灌浆孔，利用灌注泥浆较大的孔口压力，有效地将孔壁土体沿纵向劈开，并灌注浆液，沿坝体轴线形成一道近似竖直连续的浆体防渗帷幕。两侧与浆脉连通的所有裂缝、洞穴、砂层等隐患均被泥浆充填挤密压实，同时通过浆坝互压、泥浆析水固结和坝身土湿陷密实等作用，使浆液影响范围内的土体得到压密，内部应力得以调整，恢复坝身应力平衡，促使坝身应力变形稳定，从而使坝身达到防渗加固的目的。

该水库劈裂灌浆布设主、付两排孔，主排孔沿大坝轴线全坝段布设，长度165m；付排孔在主排孔上游1.5m处的左右两坝肩，分别长35m，50m。设计孔深至基岩面，设计孔距5m，分两序孔进行施工。设计总进尺1950m，钻孔数51眼。灌浆土料选用重、粉质壤土。要求粘粒含量20%～3O%、粉粒含量30%～50%砂粒含量1O%～25%；塑性指数10%～16%；有机质含量小于2%；可溶盐含量小于8%。浆液容重自初灌到终灌按先稀后稠的原则，一般为12～16kN/m3，粘度 3O～7OS，粘度不宜过高，否则送浆困难。当土料粘粒含量过低时，可加入一定量的膨胀剂。灌浆压力是劈裂灌浆施工中的重要控制指标，一般分为起劈压力、最大允许压力和正常灌浆压力。劈裂灌浆应在保证大坝安全(控制孔口压力小于坝体自重)的前提下，要求最大控制孔口压力要使劈开的裂缝达到设计灌浆帷幕厚度。

2.确定灌浆压力

土坝劈裂灌浆压力可按下列公式初步计算，并经试验确定。

P—劈裂灌浆压力，kPa或KN/m2；

y—为坝体土的重力密度，kN/m3；

H—为劈裂点以上的坝高，m；

σt—为坝体土的抗拉强度，由试验确定，KN/m2；)，

y1—为灌注浆液的重力密度，kN/m3；

h—为注浆管高度,m。

五、劈裂灌浆工程施工

1.灌浆设备。主要需造孔机、泥浆搅拌机、泥浆泵、水泵和配套的动力机组及注浆管、输浆管、压力表、比重仪、运土设备等。

2.灌浆工艺流程

(1)布孔及造孔。根据设计及实验确定的孔距，沿坝轴线量距，定位布孔，纵向偏差小于5cm，上下游偏差小于3cm；造孔采用机械锤击摩擦杆挤压成孔，或采用液压式锥探机将钻杆压入预定深度，以保证灌浆孔与注浆孔(钻杆兼注浆管)的良好阻塞，确保孔底先劈裂。钻孔偏斜度不大于孔深的2%。

(2)制浆及灌浆。制浆、灌浆应同步进行。采用搅拌机湿法制浆，制浆应经过搅拌、筛浆、拌浆等工序，除去大颗粒砂石及杂质，以确保浆液连续均匀供应。同时应测定泥浆密度和粘度，若不符合要求应调整水土比；灌浆采用孔底注浆，全孔灌注的方法，灌浆应按先稀后稠的原则，即开始用稀浆(容重1.2t/m3)，待坝体劈裂后用浓浆(容重1.4t/m3)。按照实验确定的灌浆序次、复灌次数和间隔时问进行复灌。

(3)控制灌浆孔最先劈裂点。若灌浆孔阻塞不当或不阻塞，则最先劈裂部位一般多在坝高的中上部，这样就会造成浆脉中上部宽下部窄的现象。为使浆脉厚度上下均匀，应采用“全孔阻塞，孔底劈裂”的工艺。

（4）终孔标准及封孔。终孔标准为:

①每孔达到设计要求的复灌次数；

②连续两次达到设计要求的孔口压力，并稳定在10min以上，每分钟吃浆量小0.03/m3；

③在设计压力下开灌15min内，连续三次坝顶纵向裂缝大范围冒浆。只要达到上述两点要求，即可终灌。封孔是在注浆孔内连续注入容重大于1.6t/m3。的稠浆直至浆面不再下降为止，并在孔口用于土封堵捣实。

3.对裂缝及冒浆的处理

因坝体填土土料不一，疏密不均，在灌浆施工过程中，由于浆坝互压及湿陷密实作用，某些坝段可能产生不均匀变形，出现弱应力破坏，使坝体内部土体产生应力调整平衡，从而出现横向或斜向裂缝、冒浆、串浆等现象，对此应加以控制及处理。

(1)裂缝处理。在灌浆期间坝顶出现纵向峰，若因坝体填土碾压质量差，泥浆析水引起堤身土湿化变形的湿陷缝，可继续灌浆不做处理；若为劈裂缝则应加强观测，当裂缝发展到1～2cm宽时，可沿裂缝开挖填土夯实，形成阻浆盖；或适当降低孔口压力，采取少灌多复的办法，但宜控制最大裂缝不超过3cm。

(2)冒浆处理。因坝体存在有裂缝、洞穴等隐患，灌浆期间坝坡、坝顶等常出现冒浆。对坝坡冒浆可采取在原灌浆孔内用浓浆停灌间歇的办法处理，还可结合堆砂反滤封堵冒浆口；灌浆初期的坝顶冒浆，可采取降低灌浆压力和输浆量或在冒浆处做阻浆盖阻止冒浆；灌浆后期的坝顶冒浆可不处理；灌浆中出现串浆时，应加强观测、分析，在确认对堤防安全无影响时，可采取对灌浆孔口和串浆孔同时灌浆，或在灌浆孔口加木塞，然后继续灌浆。

六、劈裂灌浆效果观测

工程完工后，2005年6月水库管理处进行了大坝坝体浸润线、坝后渗漏量、大坝位移等项目的观测，结果如下：

浸润线观测所绘制的曲线与设计线对比，符合设计要求，当蓄水位达到851m高程时，0+130测流断面浸润线中的1—4孔观测成果显示与设计基本吻合，0+090测流断面浸润线5—8孔断面观测成果比设计浸润线还低，表明防渗效果明显。

渗漏观测：经过防渗处理，坝后渗漏量在相同蓄水位情况下，有了明显减少：如库水位842m高程时，2000年渗漏量为14L/s，2005年工程加固后为6.4L/s，渗漏量比加固前减少了54.28%；2000年库水位847m高程时，渗漏量为15L/s，2005年工程加固后为8.8L/s，加固后渗漏量减少41.33%。

当蓄水位达到851m高程时，渗水量稳定在12L/s，850m以上高水位持续时间达到56天，并未导致渗水量增加，说明施工达到了设计预期效果。

[1]陈杰东.土坝劈裂灌浆施工技术[J].西部探矿工程，2007，11.

[2]沈文华，王志.劈裂灌浆施工技术在黑松林水库坝体加固中的应用[J].水利水电技术，2005，11.