水库除险加固工程中坝体劈裂灌浆施工枝术分析

□罗景弘

若水库工程大坝为均质土坝，则其应力分布在坝轴线附近为最小主应力，灌注的泥浆易于将坝体劈裂。由于劈裂灌浆是以浆液为能量载体，泥浆充填坝体内部被劈开的灌浆通道，充填与劈裂双重作用同时进行。随灌、随劈、随充填，达到缝开、浆到、料满。随着复灌次数的增加，泥浆多次充填挤压，使原坝体得到挤压、密实，与浆体帷幕一起形成较高的防渗能力。土坝劈裂机理还与湿润作用、能量的调整和转换、浆坝互压理论有较大联系。浆液固结分为析水浓缩和排水固结两个阶段。

一、劈裂灌浆试验

由于填筑土料的差异，因而坝体产生破坏的原因也不相同。为了搞好灌浆设计和施工，灌浆试验是必不可少的。试验分为室外和室内试验。室内试验包括坝体回填土料和浆体土料物理力学性质试验及浆体性质试验等。室外原型试验，即现场灌浆试验，一般包括位移、回弹比、灌浆压力、一次灌浆量试验等。

二、浆液的选择

在大坝劈裂灌浆中，选用合适的泥浆是保证灌浆质量的重要条件，不同的浆液直接影响泥浆的固结速率和所形成浆体帷幕的防渗效果。所以，在灌浆前根据大坝的填料，对本地粘性土土料进行抽样，对形成的不同稠度的泥浆进行物理力学性能试验，以便掌握各种浆液的物理力学性质，在灌浆施工中选用合适的泥浆。泥浆试验内容有流动性试验、自由析水率试验和稳定性试验。根据试验结果来选择一种适合的材料。

（一）浆液密度试验

在施工现场，浆液密度可用比重秤测定。浆液密度是反映浆液中材料多少的重要指标，反映了浆液的稠度并间接反映了流动性的大小。目前，根据施工经验，浆液密度一般采用1.3～1.6g/cm3。

（二）其它指标

水土比为0.3～1.45；浆液流动性一般控制在20～100s之间；对劈裂灌浆，泥浆稳定性一般要求在0.05～0.1g/cm3；泥浆中的含砂量测定，含砂量大，有利于提高泥浆密度，析水较快，制浆土料容易找到，但存在易发生沉淀、堵塞浆路、磨损机械等不利因素。此外，还要测定泥浆失水量和静动力等指标。

三、制浆

（一）制浆机械及制浆方法

坝体劈裂式灌浆主要是灌注粘土泥浆，可采用WJG80型泥浆搅拌机制浆。其主要特点是：高速连续搅浆，自动筛浆，浆液存入搅浆筒内可防沉淀，灌浆泵和储浆筒直接连接，在施工现场能准确而又方便地配置泥浆。施工中可采用干法或湿法两种方式制浆。

1.干法制浆。将选用的土料从料场运回晒干后，储存在工棚内，然后用粉碎机加工成土粉，储存作为备用。一般采用水土比和泥浆密度两种之一控制泥浆浓度。

2.湿法制浆。用天然料场中的湿土（经试验的合格土料）直接倒入搅拌机中搅拌制浆。泥浆浓度应按规范标准进行控制。

（二）泥浆浓度的调配

在灌浆时，应根据不同情况改变泥浆的浓度，以利于灌浆工作的进行及保证灌浆的质量。泥浆由浓变稀要加水，由稀变浓要加土。

（三）泥浆浓度的选用

劈裂灌浆常用泥浆密度约在1.2～1.6g/cm3之 间，r 在1.4g/cm3以上的泥浆为浓浆。灌浆时，开始灌浆用稀浆，待孔口压力突然下降成为负压后再改用浓浆。

（四）泥浆中掺附加剂

为了提高坝体灌浆效果，在泥浆中可考虑加入一些化学物质，以改善泥浆性能，杀死白蚁、鼠、蛇等危害坝体安全的小动物；在基础面与大坝底部接触部分要加入适当水泥，以提高浆体帷幕刚度。从整体性上讲，要避免形成上下游过水通道。

（五）钻孔

钻孔方法有干钻或泥浆循环钻。用泥浆循环钻进，泥浆的密度应在1.2g/cm3左右，这种方法成孔快，泥浆能起固壁作用，又能渗入细小裂缝，起到充填作用。不得采用清水钻进，以免过早产生水力劈裂影响灌浆质量。

钻孔孔径应为108mm，并设相应套管跟进。当坝体被劈开成裂缝扩展后，总进浆量并不受孔径大小的制约，而是受坝体内部应力大小和灌浆长短的制约。

四、灌浆

（一）灌浆方式

根据水库自身的特点，采用孔底注浆全孔灌注法施工，对于提高灌浆质量和保证坝体安全具有重要作用。灌浆机以一定的压力将浆液压入注浆管（注意注浆管必须与孔壁紧密结合），浆液从管底流出顺注浆管壁外侧向上涌动。浆液向上受阻，灌浆压力增高，当浆液压力大于坝体内局部土区的小主应力加单轴抗拉强度时，该处即沿小主应力作用而劈开。

（二）灌浆工艺

1.设阻浆塞和下护壁管。灌浆前，在钻孔结束后，必须首先下好护壁管，这样做，一可防止跨孔，二可减少孔口冒浆，更主要的是可使泥浆在坝体内处于暂时封闭状态，推迟或防止坝顶表面劈裂，可以以较大压力灌浆，从而达到“内劈外不劈”之目的。阻浆塞宜根据孔深情况，置于套管适当位置。

2.压力控制。灌浆压力系指孔口压力表读数。在施工中，应设专人观测记录孔口压力。如果灌浆压力超过设计或经试验确定的压力，应及时采取控制措施，检查灌浆泵和回浆阀门，减少输浆量。

3.灌浆量控制。在施工过程中，应控制每次灌浆量，因为如果单孔吸浆量很大，将影响坝体安全，还会影响坝体回弹，并将导致泥浆在坝体内排水固结。应尽量采用“少灌多复”的方式，第一序孔灌浆量应占总灌浆量的三分之二以上。每孔总的灌浆量不受限制。

4.复灌间隔时间控制。复灌间隔时间一般应控制在上次灌浆浆液析水固结度达到90%以上时再进行复灌。根据工程特点，开始一两次应在5d 左右，以后复灌时间相应延长至7～8d。

5.位移量控制。为了保证坝体安全，增加坝体回弹比，提高灌浆效果，应通过控制单孔每次灌浆量、增加复灌次数来控制坝体位移量。灌浆时，坝肩位移最明显，应控制位移在1～2cm/次范围内。

6.裂缝控制。施工时，我们应做到“内劈外不劈”。但工程若为上世纪60～70年代的工程，且大坝为人工填筑，质量差，则经过数次复灌坝顶仍将出现裂缝。出现裂缝时要暂时停灌，待坝体回弹后再进行复灌；或当发现坝顶被劈开细小裂缝后，即停灌做阻浆塞，并控制灌浆压力，从而达到控制裂缝的目的。

（三）终灌标准和封孔

1.终灌标准。当开启灌浆泵后几分钟时间，坝顶表面裂缝即冒浆，这时在无压情况下反复轮灌，坝顶连续三次冒浆，缝内浆面基本不下降，即可终灌。

2.封孔。灌浆结束后，把孔内清水抽出，填入较大稠度的泥浆（密度不小于1.6/cm3），静置一周后再次抽出清水注入泥浆，直至浆面与坝顶齐平，最后用干土封口并压实。

五、施工记录

土坝灌浆是一种特殊的隐蔽性工程的施工，施工时将大量泥浆灌到坝体中去，人们无法直接观察到泥浆对坝体的劈裂挤压情况、对裂缝充填的实际情况以及泥浆固结段情况，因此，施工过程中应如实地详细认真地记录。这些记录是对灌浆效果检查评价的重要依据,因此必须保证原始资料的可靠性。

六、灌浆效果检查

（一）现场勘察

对坝顶、坝坡和坝脚进行全面察看，并与灌浆前的检查结果相对照，以此作为初步判断灌浆效果的依据。

（二）分析原始观测资料

1.分析停止灌浆后各测点的沉降和位移资料，了解各测点间的差异、沉降大小和是否有拉应变形发生；确定坝的变形是否已基本稳定。

2.分析灌浆前后的测压管或渗压计观测资料，了解各测点水位与库水位的关系及变化规律。

3.在同高程库水位下，对灌浆前后渗流量大小进行对比来确定灌浆效果是否行之有效。

（三）注水检查

进行注水试验，检查坝体渗透系数的改善程度，注水区域选择在灌浆期沉降量较大和较小坝段的坝顶和坝坡上进行。采用试坑注水或钻孔注水。