灌浆施工技术在土坝加固处理中的应用

□李向扬（深圳市广汇源水利建筑工程有限公司）

贝墩水是浰江一级支流，由优胜水和长塘水汇合而成，发源于下车镇翰婆坳，流经长塘、优胜、贝墩、彭寨、东水等乡镇。流域集水面积707km2，河流长度86.3km，平均坡降2.4‰。流域中上游多为高山峻岭，河流湍急，两岸坡陡，基岩裸露，山多地少，草木茂盛，植被良好，水头流失较少。

老园水库于1970年10月动工兴建，1972年年底建成运行，是以发电为主，结合防洪、灌溉于一体的综合性中型水利枢纽工程，灌溉面积800hm2，多年平均发电量1470万kWh，是和平县的骨干水库和骨干电站，在山区经济发展中起到了极为重要的作用。

土坝坝体填土为粘（粉）土质砂（砾）和局部砂质粉土，土质松散。砂砾含量高、粘粒含量低，孔隙比大，干密度低，属中～强透水性。基岩为流纹岩，强风化带岩芯破碎，节理发育，属中等透水性；弱风化带节理较发育，微风化带节理不甚发育，属弱～微透水性。

1.施工特点

本工程灌浆施工方法有3种，土坝采用充填灌浆、劈裂灌浆、帷幕灌浆。灌浆工程施工工序较多、进场施工设备较多，要做好施工协调和调度工作，精心组织，确保工期实现。

土坝的灌浆施工包括砂砾石层基础帷幕灌浆、坝体充填灌浆和坝体劈裂灌浆。充填灌浆适用于处理性质和范围都已确定的局部隐患；劈裂灌浆适用于处理范围较大，而且问题的性质和部位又都不能完全确定的隐患。

劈裂灌浆孔轴线为现状土坝轴线及现状土坝轴线下游2m双排布置，桩号0+006.0～0+120.0坝段，劈裂灌孔孔距为5m，孔底端至强风化流纹岩层1m。采用3序施工，孔口压力暂定为0.15～0.5MPa。

充填灌浆布置在坝高＜8m左右两岸坝头，采用双排充填灌浆，灌浆孔至强风化流纹岩层1m，梅花形布置，排距2.0m,孔距2.5m。右岸坝头充填灌浆范围由桩号0-010.0～0+006.0，左岸坝头充填灌浆范围由桩号0+120.0～0+133.0。

帷幕灌浆布置在现状土坝轴线桩号0-010.0～0+133范围坝段，孔距为2m，孔深由强风化流纹岩层至透水率＜5lu线以下2m。

2.施工准备

2.1 确定观测点位置，埋设好必需的观测标点，沿坝轴线方向每隔10m设一组观测标点，每组分别在坝顶上、下游坝肩处各设一个观测标点，标点用桩或混凝土桩。

2.2 准备观测和试验仪器以及观测记录表和成果表。

2.3 准备机械设备和布置好制浆、灌浆机械及土料堆放，灌浆机械施工流程如图1。

图1 灌浆机械施工流程图

2.4 施工前做好灌浆试验，选好有代表性坝段，按灌浆设计进行布孔、制浆、灌注。观测灌浆压力，吃浆量及泥浆容重，坝体位移和裂缝，试验孔≥3个。试验结束后分析资料，总结经验，修改参数，完善和熟练灌浆工艺，作为全面施工的依据。

2.5 对所用土料及浆液进行试验。土料试验包括颗粒分析有机质含量及可容盐含量等，浆液试验包括容重、粘度、稳定性、胶体率及失水量等。

3.灌浆造孔

3.1 首先按设计要求布孔，然后按设计要求3序造孔，分两序跳跃式造孔。

3.2 造孔铅直偏斜控制在孔深的1.5%。采用泥浆护壁。

3.3 做好造孔的记录和描述。如有发现特殊情况时，做好详细记录并分析处理。

4.浆液制作

砂砾石层帷幕灌浆材料主要是水泥和粘土，土坝坝体灌浆所用浆液为土料。

4.1 砂砾石层帷幕灌浆常用的灌浆材料为水泥粘土浆。水泥粘土浆中水泥和粘土的比例为，水泥:粘土＝1:1～1:4（重量比），浆液浓度范围为，干料:水＝1:1～1:3（重量比）。

4.2 各类浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度和黏滞度等参数，并作好记录。

4.3 灌浆用的水泥必须符合规定的质量标准，不得使用受潮结块的水泥。水泥不应存放过久，出厂期超过3个月的水泥不应使用。

4.4 土料应先在泥浆池内浸泡数小时后搅拌成浆,制浆土料物理性质指标如下：搅拌机把土料及水混合、搅拌成浆，通过过滤筛和沉淀清除大颗粒和杂物，灌浆前再通过35孔/cm2的过滤筛。

4.5 浆液各项指标按设计要求进行控制，灌浆过程中浆液容重和输浆量按每小时测定1次，浆液的稳定性和自由析水率10d测1次，并做好记录，如浆料发生变化，及时进行调整。

5.灌浆施工：充填灌浆和劈裂灌浆

充填灌浆适用于处理性质和范围都已确定的局部隐患；劈裂灌浆适用于处理范围较大，而且问题的性质和部位又都不能完全确定的隐患。

名称 技术塑性指数 8%～15%粘粒含量 20%～30%粉粒含量 30%～50%砂粒含量 10%～30%

充填灌浆和劈裂灌浆施工过程的主要区别为灌浆压力。充填式灌浆是利用浆液自重进行防渗堵漏来提高坝体的防渗能力及整体性。劈裂灌浆则是利用一定的灌浆压力，将坝体劈裂灌浆以提高坝体的防渗能力及整体性。

在施工前要选定有代表性的坝段进行试验，根据勘探资料和试验数据合理调整劈裂灌浆的施工参数。本工程灌浆依据施工设计图执行《土坝坝体灌浆技术规范》，每一个工序严格按规范控制。

5.1 按钻孔顺序分序进行灌注

5.2 采用孔底注浆全孔灌注的方法进行灌注。把注浆管放置离孔底0.5～1.0m处，然后用织布和粘土把注浆孔上段0.5～1m外，周围密封，即可往孔内注浆，经过几次灌浆，基本不吃浆或孔口压力达到或接近设计灌浆压力时，立即停灌，并将灌浆管提升3～4m，再继续灌至设计要求，如此进行反复灌注。直至该孔达到设计要求为止。

5.3 灌浆开始时，先采用稀浆灌注，经过3～5min后再加大泥浆稠度，若孔口压力下降和注浆管出现负压（压力表读数为0以下）时，立即进行再加大浆液稠度。浆液的容重按技术要求严格控制。

5.4 在灌浆中，先对第1序孔轮灌。采用“少灌多复”的方法待第1序孔灌浆结束后，再进行第2序孔。

5.5 每次最大灌浆量应按设计要求控制，一般以1m3/m为宜，每孔灌浆次数应通过试验确定，根据施工经验，一般为6～10次。

5.6 如难以定向劈裂，则采用加密孔距，减少灌浆压力和1次灌浆量（1次灌浆量＜1m3/m），实行轮灌，增加复灌次数或相邻两孔或几孔同时灌注方法进行，这样有利于沿钻孔布置方向定向劈裂。

5.7 作好灌浆记录，并绘制图表。

6.灌浆施工：帷幕灌浆

帷幕灌浆主要是用浆液灌入土层的裂隙、空隙，形成阻水幕，以减少渗流量或扬压力的灌浆。

6.1 灌浆方式:本标段工程的帷幕灌浆采用循环式灌浆。循环式灌浆是指浆液通过注浆管注入到孔段内，部分浆液渗入到岩体裂隙中，部分浆液通过回浆管返回，保持孔段内的浆液呈循环流动状态的灌浆方式。这种方式一方面使浆液保持流动状态，可防止水泥沉淀，灌浆效果好；另一方面可以根据进浆和回浆液相对密度的差值，判定岩层吸收水泥的情况，如图2。

图2 循环式灌浆图

6.2 灌浆方法:本标段工程的帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法。自上而下分段灌浆法是从上向下逐段进行钻孔，逐段安装灌浆塞进行灌浆，直至孔底的灌浆方法。

6.3 水灰比控制：帷幕灌浆采用普通硅酸盐水泥，浆液浓度,应由稀到浓，逐级改变。浆液的水灰比〔重量比〕采用5:1；3:1；2：1；1.5:1；1:1；0.8:l；0.6:1 七个级别。起始水灰比一律采用 0.8:1，不取决于是岩石的单位吸水率ω的大小。

6.4 孔口第一段至第三段灌浆压力分别为1MPa、1.5MPa，以下各段为1.5MPa至终孔。

6.5 从第4段开始，灌浆压力应尽快升至设计规定值，若遇到吸浆量大等原因，不能立即升到设计压力时，应遵循表吸浆量控制灌浆压力。

6.6 灌浆时，当灌浆压力保持不变，吸浆量均匀减少时；或吸浆量不变，压力均匀上升时，灌浆应继续进行，不得改变水灰比。

7.灌浆综合控制

综合控制包括：灌浆压力控制，灌浆量控制，裂缝开展宽度控制，横向水平位移控制。综合控制施行于灌浆过程的始终。

7.1 每孔每次平均灌浆量，以孔深计每米孔深控制在0.8m3以下，每孔灌浆次数应要6次以上。灌浆过程可按实际土质情况而定。

7.2 两次灌浆间隔时间一般不应＜5d，实际间隔时间要根据坝体和浆液固结时间而定。

7.3 孔口压力，应控制在设计最大允许灌浆压力以内，孔口压力≤0.5MPa。

7.4 灌浆时，坝顶上、下游两坝肩处横向水平位移的允许量应根据试验确定，一般控制在3cm以内，要求在停灌后能基本复原。

7.5 应尽量推迟和限制坝面出现裂缝，裂缝限制宽度应根据灌浆试验确定，一般控制在2cm以内，要求在停灌后坝体裂缝能基本闭合。

7.6 灌浆形成的每道泥墙≥15cm。

8.灌浆结束标准及封孔

8.1 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。

8.2 当每孔灌完后，可以将浆管拔出，并注满容重＞1.5t/m3的稠浆。如果浆面下降，可继续注稠浆，直至浆面升至坝顶不再下降为止。

9.结语

老园水库经过坝体灌浆加固，坝体的整体性、稳定性和防渗能力明显提高。原坝体基础渗漏、坝体开裂沉陷等问题得到有效的解决，达到理想的效果和施工效益。