陆浑灌区干渠填方坝灌浆机理和效果的初步分析研究

□刘社教 □赵丽娟 □张玲玲（河南省陆浑水库管理局）

1 概述

陆浑灌区是河南省大型灌区之一，早在1966年10月，河南省有关水利部门就开始了陆浑灌区的勘探、测量、规划和论证工作。从1970年2月25日总干渠全线动工，至2001年10月西干渠基本竣工（2002年10月11日通水），累计完成干渠工程345km，至今尚有32 km渠道待建。

2 填方坝基本情况

在长达377 km的陆浑干渠上累计建有填方坝400余座，长度达30 km，约占全渠长的8.70%。

2.1 填方坝数量多

陆浑灌区填方坝数量多是有其客观原因的。早在20世纪60年代，省有关设计人员限于当时的条件对一些过沟工程均采用填方坝工程而非渡槽工程，主要还是从节约“三材”的目的来考虑的。再者就是填方坝施工相对容易，有利于赶进度。这两种原因造成陆浑灌区填方坝数量多。

2.2 填方坝质量差

陆浑灌区填方坝工程多建于20世纪七八十年代。填方坝工程采取了“大兵团”作战模式施工，存在削坡清基不彻底，沟坡处理不完全，填土厚度大，碾压遍数少，施工机械缺乏等问题，一部分填方坝质量很差。进入90年代，大多填方坝尚能按规范施工，质量才有改善，对一些填土大于8万m3的土坝采用专业队施工，质量方有保证。总的来说陆浑灌区填方坝工程质量欠佳，从已有填方坝试验成果来看，干土重一般低于设计标准1.60 t/m3。

2.3 填方坝管理难度大

填方坝管理采取专管与群管相结合的办法，每次通水需投入大量的人力物力昼夜巡查看渠。填方坝渗漏水问题轻则造成水量损失，有的会导致渠内外脱坡、滑坡，更有甚者就是溃坝。这类事例过去在陆浑灌区屡见不鲜，直接影响陆浑灌区工程效益的发挥。

3 陆浑灌区的灌浆情况

填方坝渗漏水问题由来已久，从陆浑灌区建设运用以来，渗漏水问题一直困扰着陆浑灌区，直接影响到填方坝的安全，对此陆浑灌区曾采用多种加固办法，具体有：填方坝的加高培厚、渠道护砌、塑膜防渗、灌浆、植物护坡、涵洞加固、增设排水沟、灌水湿陷等等。而灌浆是唯一一种能加固改善坝体内部土壤结构形式，因而在陆浑灌区得到广泛应用，已收到一定效果。

灌浆做为一种工程措施在国内外早有报道，并有一段历史。陆浑灌区的灌浆工作始于80年代，经历了学习、引进、推广和提高过程，真正在陆浑灌区渠道的应用也就是最近一二十年的事。至今它仍是陆浑灌区新旧填方坝防渗堵漏的一种主要加固措施。

在每次通水中应对填方坝运行中发现的问题做好详细记录和描述。包括洇水、渗水、滴水、漏水的部位、时间、范围程度和发展变化情况。这是做好填方坝灌浆设计的基本依据和前提条件，在实践中一是用工程观测资料分析隐患，二是探测隐患仪器的应用。这两种方法各有优缺点，互为补充。只有对填方坝工程情况、隐患部位和性质的准确掌握，才是设计能否符合实际的关键。

在灌浆设计方面基本分三种情况：①低于5 m的填方坝一般设计打孔深6 m，其中1 m深入到老土地层；②5-10 m的填方坝可依地形打入老土地基1 m以下，就是6-11m；③大于10 m的填方坝一般打孔深在11 m，这些仅是陆浑干渠灌渠的基本情况，一些坝可能会有出入，应根据实际情况具体掌握。

孔位布置基本已成格式，一般是在填方坝左侧或右侧中心布孔一排，一序孔间距5 m，二序孔2.50 m。

4 灌浆机理

只有明晰灌浆机理，才能对填方坝做出科学有效的施工。

4.1 灌浆与坝的疏松有关

充填式灌浆和劈裂式灌浆在陆浑灌区上均有应用，现在基本上完全采用劈裂式灌浆，在长期的灌浆实践中，我们发现劈裂式灌浆与坝的土壤性质有关。当土壤颗粒较粗或干重较小时，土壤的孔隙就大，劈裂式灌浆的浆液以充填孔隙或说渗透形式存在。当灌浆的速度大于孔内浆液的扩散速度，灌浆压力就增大，表现在灌浆压力表指针迅速上升。如果是致密的土壤，灌浆一开始压力表指针就急剧上升。椐此可判断坝体土壤的局部情况而采用相应稠度的浆液。

4.2 劈裂机理与缺陷

填方坝灌浆又不同于基础灌浆好多，基础灌浆是在一个较大范围甚或大小主应力差别不是太明显。而填方坝则不同，大小主应力相差较大。事实上陆浑灌区的填方坝长宽相差较多，当实灌裂时，浆液在坝内某点灌浆管出口给坝体三维压力，而在坝的横断面压力浆液施加给坝体有渗透力和侧向推力。虽然这一刻主要是侧向推力，坝体两侧在挤压力的作用下，因坝体土壤本身在弹性和侧推力的叠加作用下，坝体内部就在一定范围内劈开一条缝。特别是陆浑灌渠上填土质量较差的坝。劈开缝的压力相对就较小，这也可从实际灌浆中得到验证。从陆浑灌区已灌过的几十座填方坝的灌浆资料来看，填方坝瞬时劈开压力就有大有小，这从另一方面也验证了填方坝体质量。

如5 m高的填方坝，一般打孔深在6 m，其中1 m是打入地基原老土（原状上），因老土在陆浑灌区区域相对来说比较致密，可灌性差。在灌浆的一定压力下，多是填方坝（扰动土）劈裂，地基很少劈裂，即便劈裂，影响范围也有限，这就造成灌浆后填土与老土之间存在一个接触带，漏水常从这里渗出。建议以后再建坝时，应预留对应灌浆孔位置1 m左右的深槽。一是置换老土表面部分浮土，二是增加渗径，减少渗漏。

4.3 浆坝互压的理论与实践

灌浆结束后，由于施灌的压力取消及以后泥浆的浓缩固结，泥浆压力减小，坝体则回弹压缩泥浆。陆浑灌渠总干渠填方坝大多存在二次以上的灌浆或多次灌浆，这也说明当灌浆容量不足，尤其是坝体质量欠佳时，在通水中浆液未达到坝体而渗水，有可能体积回缩，影响到浆脉的充填区，甚或影响到浆脉，如灌浆容量欠佳，如浆脉不均匀，厚度较薄，就易引起渗漏水。这就是陆浑灌渠总干渠填方坝存在多次灌浆效果较差的一个原因。另一方面，如灌浆坝体质量较差，灌浆时帷幕厚度就单薄，就易产生渗漏水，也就是说经过一次灌浆不能很好解决问题。

5 灌浆效果

一座坝灌完浆后，究竟灌浆效果如何应有一个评价，这个评价很重要，应理论结合实际，经得起通水的实际考验。

5.1 施工队伍

陆浑灌渠填方坝施工一般由其下属单位自行组织施工，灌浆队为临设机构，灌浆队技术负责人多为一般技术工人，由于灌浆队技术相对薄弱这一实际，在灌浆中土料场的选择，浆液配比上难免存在缺陷。灌浆工作有待加强。

5.2 作好记录分析和修正

由于技术条件的限制，在灌浆前、灌浆中和灌浆后都无填方坝任何部位的观测资料。因此在每座坝的灌浆中做好分析记录的工作，就显得尤为重要。它也可为以后判断填方坝的渗漏提供理论数据和可靠信息，可见做好灌浆工作的记录和分析是很重要的基础工作。固结后的浆体厚度可按下式计算δcp=。式中δcp—固结后的浆体帷幕平均厚度（m），Gs—灌进坝体的干土总重(T)，Zcp—浆体帷幕平均深度（m）。L—灌浆试验坝段的长度（m），γd'—浆体固结后的干容量（t/m3）。上式中干土重Gs可按下式计算，其中△s为土粒的重，取2.70 t/m3,γ1为泥浆容重，在工作上一般在1.30～1.60 t/m3，取 1.50 t/m3。γw 为水的容重 1 t/m3，则这就是说每灌1 m3的泥浆其中有干土0.79 t。如某灌浆孔深10 m，也就是说浆体帷幕深度Zcp也为10 m。灌浆试验的长度L在这里取二序孔的孔距，一般为2.50 m。浆体固结后的干容重γd'一般不低于1.60 t/m3，取γd=1.60 t/m3。那么固结后的浆体厚度， 如这个灌浆孔这次累计灌浆量5m3，则形成的灌浆帷幕厚度，就是0.02×

5=0.10 m=10 cm，当然这厚度与施灌坝的好坏有关系，在实际工作中应灵活掌握，适度调整，以满足帷幕灌浆层的厚度。

5.3 采取少灌多复的办法。

多年的灌浆实践，发现陆浑灌渠填方坝容量较差，可灌性较好。瞬时孔口灌浆灌浆压力一般不超过3 kg/cm3，正常灌浆压力仅为0.50 kg/cm3。说明坝体内部情况欠佳，应采取少灌多复的办法，尤其是初灌时，应量少时短，使浆液在坝体内有一个修透扩散过程，如灌浆压力过低，吃浆量偏大，可适当增加浆液的稠度。采取少灌多复的办法，可使灌浆帷幕厚度的形成较均匀稳固。从真正意义上做到防渗堵漏的目的。再者就是坝顶劈裂缝缝宽近5cm以上10cm以下的，应立即停止灌浆，间隔数天后再行复灌。

6 结语

虽然劈裂灌浆已在陆浑灌区经历了一二十年的时间，但陆浑灌渠上的填方坝数量众多，各有特点，基本上是一座坝一种情况。灌浆工作应有针对性和目的性，必要时浆液的稠度需随时调整，也可掺一些添加剂，掌握好帷幕灌浆层的厚度，如坝体较差，施灌容易，有时仅达理论值的0.70左右。这一厚度应比理论计算偏少，这些都是需要关注的事。