基于水库土坝灌浆施工要点

谭宇

摘要：为了确保小型水库土坝的安全，有效发挥小型水库土坝的功能，应当根据实际情况采用施工技术进行防渗加固。通常，小型水库土坝防渗加固的灌浆常用的方法有填充式灌浆加固、劈裂式灌浆加固、高喷灌浆加固施工。三种灌浆防渗加固施工各具特点，适用范围也有所不同，在具体的工程实践中，应当根据具体情况合理选用。

关键词：水库土坝、灌浆、施工要点

一、 填充式灌浆加固施工

填充式灌浆是以渗透理论、充填理论为基础，对存在空隙的地层（主要为土体）进行低压灌注，采用浆液自重或低压（供浆压力<0.5kgf/cm2）进行灌注，以不产生新的裂缝为原则。填充式灌浆防渗加固处理应当选择合理的排距、孔距，密实填充松散填土区和集中渗漏通道，适用于粉质粘土、淤泥质土、砾石、砂土等松散地层。填充式灌浆防渗加固，利用浆液自重把浆液注入坝体，堵塞裂缝和洞穴消除坝体的安全隐患，同时能够有效地杀灭白蚁封堵通道，具有一定的防渗功能，缺点是没有形成垂直的防渗泥墙，未能最大程度地降低水库坝体的渗透量。其成墙性或封闭性差，防渗效果不够充分，仅适用于处理性质和范围都已确定的局部隐患。

1.1 布孔和造孔

布孔应当根据具体情况采用马格公式确定灌浆扩散半径，再沿着坝轴线布设灌浆孔。钻孔孔径不小于φ75，开孔位置与设计位置的偏差不得大于100㎜，应用干法造孔，不得用清水循环钻进。钻孔偏斜不得大于孔深的2%，造孔深度应大于隐患深度2m～3m，并作好造孔的记录和描述。

1.2 配置灌浆材料和灌浆

大坝充填灌浆采用水泥粘土浆，为了确保浆液在孔内具有适当的流动性，满足固结快、体积收缩小等要求，水泥一般采用强度等级为42.5MPa的普通硅酸盐水泥，掺量约为15%，土料应尽量根据该水库土坝所在条件选用黄粘土。土料的各项物理力学指标、最优配合比要根据试验确定。应采用专用机械制浆，灌浆前再通过35孔/㎝2过滤

筛。一般充填灌浆土料为：砂粒含量小于10%，粉粒含量40%～70%，粘粒含量20%～45%，塑性指数10%～25%。浆液比重控制在1.3g/cm3

～1.6g/cm3范围内。灌浆应在低水位期进行，对于双排或多排灌浆，应先灌上游排孔再灌下游排孔，后灌中间排孔，灌浆按分序加密的原则进行，优先采用自下而上灌浆方法，采用段长4米的循环式灌浆。在灌浆过程中浆液容重和输浆量应每小时测定并记录，浆液的稳定性和自由析水率10天测1次，如浆料发生变化，应随时加测。在灌注时，遇到吃浆量较大的孔应选用浓度较大的浆液，必要时可掺入一定比例的水泥促进浆液固结。如果水库土坝存在白蚁，还可以在浆液中适量加入药物。

1.3 封孔

不吃浆时间持续半小时，就应当停止灌浆。重复灌浆仍然不吃浆就可以封孔。当基本结束坝体灌浆孔内泥浆停止流动时，去除0.5m的浆液，再用含水量适中的粘土球分层回填捣实灌浆孔，孔口比坝面略高即可。在灌浆封孔完毕后，施工单位需要进行严格的质量检查。

二、劈裂式灌浆加固施工

劈裂式灌浆加固沿着水库大坝的轴线进行布孔，效果理想，适用于地基承载力不足的土坝防渗加固工程。劈裂式灌浆防渗加固利用坝体坝应力分布规律，通过灌浆压力将坝体劈裂，灌入适量的泥浆，形成连续的防渗泥墙，切断软弱层或堵塞裂缝、漏洞，进而提高土坝的防渗能力。劈裂式灌浆防渗加固还能够通过浆液、坝的互压，重新分布坝体内部应力，提高土坝的变形稳定性。但是，只有均匀填充好松散土层和坝坡四周集中渗漏通道后，才可以劈裂坝轴线，形成垂直防渗泥墙，发挥最佳防渗效果。

2.1 钻孔

钻孔是劈裂式灌浆加固施工的第一道工序。需要先确定钻孔起裂压力，通常运用“PB≥mσ3+nσ2”进行计算，其中PB为钻孔起劈力，nσ2为土体的抗拉强度，mσ3为坝体钻孔注浆管出口平面小主应力。水库土坝灌浆加固中钻孔的起裂压力应当小于0.4MPa。根据设计要求进行布孔、造孔，劈裂式灌浆加固中按照2序孔进行造孔，先进行1序孔造孔、灌浆，再进行2序孔造孔、灌浆。一般采用7.5cm的孔径，钻孔深度需要符合工程设计标准。必须保持钻孔铅直，不得出现大于2%孔深的斜率。尽量采用干法钻孔，避免清水循环钻进。在进

行造孔记录、描述时，应当仔细记录，并及时分析处理。

2.2 制浆

通常运用“P1=△P+γh-ηh”进行注浆压力计算，其中，P1为注浆压力，△P为孔口压力表读数，h为注浆管垂直长度，γ为浆液比重，η为管壁阻力系数。制浆需要利用专业机械，浆液的指标需要符合工程设计控制标准。在灌浆开始阶段，先灌注稀浆，密度约为1.2g/cm3～1.5g/cm3。等到水库坝体被劈裂后，在改用浓浆灌注，密度约为1.5g/cm3～1.6g/cm3。在封孔阶段，密度应当大于1.7g/cm3。在整个灌浆过程中，每小时应当测定、记录一次输浆量和浆液密度，每十天测一次自由析水率和浆液的稳定性。

2.3 灌浆

劈裂灌浆采用的是“孔底注浆全孔灌注法”，这种方法是提高劈裂灌浆质量，确保水库坝体安全的有效手段。灌浆机将浆液注入浆管，浆液流出管底后沿着注浆管壁的外侧向上方流动。在灌浆施工中应当注意以下几点。

（1）设下护壁套管或阻浆塞。在灌浆施工前，设下护壁套管或阻浆塞能够有效防止孔口塌落，降低孔口冒浆量，确保坝体内部泥浆处于封闭状态，避免或推迟坝顶表面劈裂，实现“内劈外不劈”的效果，令浆液只在坝体内部劈开裂缝。

（2）控制压力。将灌浆的压力控制在工程设计范围之内。在灌浆施工的过程中，应当安排专人负责观测、记录灌浆孔口压力。若灌浆压力大于设计压力，就需要及时采取相应的控制措施。

（3）控制灌浆量。在小型水库土坝劈裂式灌浆防渗加固时，经常会出现单孔吃浆量很大的情况。这不利于水库坝体安全、不利于坝体回弹、不利于坝体内部泥浆排水固结。因此，在施工中需要合理控制单次灌浆量，灵活采用多次复灌的方法，并严格控制复灌的间隔时间。

（4） 控制位移量。通常控制水库坝体位移量的方法包括增加复灌次数、控制单孔每次灌浆量等。在灌浆时，位移最明显的部位是坝肩，通常应将位移量控制在1cm/次～2cm/次的范围内。

三、高喷灌浆加固施工

高喷灌浆加固施工技术是利用高压浆液或高压水产生高速喷射流束，对地层土体进行冲击、切割、破碎，再填充水泥基质浆液以形成板墙状的凝结体或桩柱，进而提高地基承载力和防渗能力。高喷灌浆加固施工是改善地基承载力的有效办法，适用于地基承载力不足的土坝防渗加固工程。高喷灌浆设备结构大、数量多，场地占用大，用电量大。主要设备包括：高喷台车、高压水泵、空压机、泥浆泵、高速攪拌机及钻机等。高喷灌浆分为摆喷、旋喷和定喷三种形式，每一种形式可采用三管法、双管法、单管法，需要根据工程实际选择喷浆方法。高压喷射灌浆有许多需要严格控制施工参数，如浆密度、提升速度、水压力、摆速、摆角、转速等。在开工前选择有代表性的坝段进行高压喷射灌浆试验，试验时应采用多组技术参数，试验后开挖察看高喷墙的连接、喷径、成墙厚度、形状、强度等，并对高喷灌浆施工技术参数进行修正，以确保各地层灌浆技术参数的可靠性。在具体的施工中，必须对高喷灌浆的材料、浆液和各道工序及主要参数进行严格控制，逐孔逐项进行严格检查，并分别作好记录，形成成果资料。

四、 结论

全国大部分中小型水库仍是均质土坝，散浸破坏和渗漏管涌破坏是导致中小型水库工程事故的主要原因。采取相应的措施进行防渗加固灌浆十分必要。渗透破坏是中小型水库土坝损毁的重要原因之一。因此，在水库土坝维护中，防渗加固是关键。填充灌浆、劈裂灌浆和高喷灌浆加固是中小型水库土坝土层部分防渗加固的主要方法。