均质土坝劈裂灌浆的几点经验

彭学文

【摘要】土坝灌浆是加固土坝坝体的一项重要技术措施，70年代中期发展了劈裂灌浆新技术，由于该项技术在土坝坝体防渗加固中收到良好效果，得以广泛推广应用。在长期的工作中，积累了较多的土坝灌浆的经验。在此我以甲方现场工程师参加的宜宾县解放水库除险加固工程为具体实例加以说明，本文主要对灌浆部份进行介绍和探讨。

【关键词】土坝灌浆；实例说明；探讨

一、解放水库的基本情况

解放水库枢纽工程位于宜宾县柏溪镇解放村，集雨面积14.85km2（其中大坝控制流域面积1.75km2，外加引入许溪沟集雨面积13.1km2）。由于历史原因，该水库1978年出现外坡及坡脚漏水，后虽经内坡增设沥青砼斜墙防渗、坝肩帷幕灌浆等处理，但坝体外坡中部散浸现象较为严重，从大坝下游坝面观察渗漏更明显。

1999年7月四川大学水利水电工程学院编制的解放水库坝体《土工试验报告》及《主坝渗流坝坡稳定计算分析报告》对解放水库大坝，渗透稳定作出了透彻分析。鉴定意见如下：大坝浸润线位置偏高，下游坝面长期处于散浸、湿润状态；沥青砼防渗斜墙部分失效，下游坝坡各湿润带的渗水补给皆来源于库水；渗水外泄位置偏高，乃因坝体材料属黄色砾质土及硬塑重砂壤土和坝体碾压不实；湿地横坡水平成带，系坝料分层和压实层差异所引起。

二、灌浆方法的选用

土坝坝体灌浆是加固大坝的一项重要技术措施，在我区大坝灌浆防渗方法主要有低压填充式灌浆法、高压劈裂式帷幕灌浆法2种。劈裂式帷幕灌浆法对于加固坝身，防止坝身渗漏有很好的效果，比较适合施工土质差，碾压不密实的土坝坝身防渗加固。鉴于解放水库隐患，本次解放水库大坝灌浆采用劈裂式帷幕灌浆，达到加固坝身，防止坝身渗漏的目的。

三、灌浆设计

（一）布孔

孔位布置和孔距大小与坝体结构、坝内裂隙分布、产状、浆液性能好坏和灌浆压力大小等有关，结合解放水库病害情况，本着“先稀后密”的布孔原则，根据帷幕灌浆设计，沿平行坝轴线布孔两排。沿轴线上游2.1m布一排孔，沿轴线下游2.3米布一排孔，形成双排帷幕，排距2m。孔距为第Ⅰ序孔孔距20m，第Ⅱ序孔孔距为10m，第Ⅲ序孔孔距为5m。灌前将前排15号做为注水孔，灌后在两排之间布检查（注水）孔3个。孔深为深入基础岩2m。

（二）灌浆材料选择及浆液配比

本期工程灌纯泥浆和粘土、水泥混合浆。在施工前期（前排1序孔和劈裂灌浆试验孔）为加速泥浆硬化，浆液采用水泥、粘土混合浆，水泥含量约为10%。灌浆开始采用稀浆，比重为1.3（克/ cm3）左右，到一定阶段后，采用稠浆，浆液比重在1.45-1.60（克/ cm3）之间。后因考虑解放水库坝顶要过车、加入水泥灌浆形成的防渗帷幕其收缩比与原坝体土料的收缩比不一致，在大坝灌漿析水固结，坝体应力重新调整形成的过程中，容易产生收缩裂隙，不均匀湿陷裂隙以及坝顶过车的过程中，大坝抗整体变形能力差，经多方探讨，最后停加水泥，采用纯粘土浆灌注。

（三）孔口压力的确定

取值代入后计算结果为Δρ=2.4kg/cm2，即劈裂灌浆孔底起劈孔口控制压力。

四、灌浆施工

（一）灌浆机械的选择

灌浆主要机械设备有：100型地质钻机3台，其中2台用于造孔，1台改装后用于制浆，200/40型双缸泥浆泵2台，三相浑水泵3台，潜水泵3台，吊锤2个，摩擦护壁管、输浆管若干。

（二）造孔

首先按设计要求布孔，然后按序进行造孔，造孔应保证铅直，偏斜度不得大于1°。造孔应采用稀泥浆护壁循环钻进，不得用清水循环钻进。

灌浆造孔机械采用天津探矿机械厂100型地质钻机，先用φ108mm钻头干钻1-2m，导向后再用φ110mm摩擦护壁管用吊锤打至5-8m，然后用φ90mm钻头钻至终孔，在钻孔过程中严禁钻头、钻杆等碰撞、摩擦护壁管。

（三）制浆

采用100型地质钻机改装后制浆，在大坝左肩与坝顶齐平的一个平台地，挖一个泥浆池，用改装后的钻机制浆，制成浆液经2mm网筛过滤后流入泥浆池。制浆的土料塑性指数IP≥15.4，本次灌浆使用的土料经有关部门检验合格后确定使用。

（四）灌浆

灌浆采用孔底注浆全孔灌注的方法。在灌浆中，先对第Ⅰ序孔进行轮灌，采用“少灌多复”的方法，待第Ⅰ序孔灌浆结束后，再对第Ⅱ序孔进行灌浆。每次最大灌浆量按不超过0.5 m3/m，控制在前三次尽量灌到最大浆量，但坝顶又最好不劈裂，每孔灌浆5次，每次间隔5天；灌浆过程中，坝顶裂缝小于2cm，坝肩处横向水平位移小于3cm。

在灌浆过程中，前三次灌注时，灌浆管每灌注一次向上提2-3m，第四、五次灌注时又将灌浆管下到孔底进行灌注。

五、灌浆过程中遇到的问题及分析处理办法

（一）对个别孔口在达到设计压力时而坝体未被劈裂的处理办法

在施灌中，右坝段部分孔口压力达到设计压力值时坝体仍未劈裂，经现场技术人员研究同意后，提高孔口压力，但重要坝段最高值不得超过3.0kg/cm2。在实际灌浆中仅前排25号孔最大压力达3.5 kg/cm2，灌孔才大量吃浆和坝顶逐渐劈裂。

（二）有待探讨的问题

在大坝灌浆施工过程中，出现一个现象，特别是前排孔，几乎所有孔的坝顶劈开裂隙均朝一个方向（大坝右坝肩方向发展）这个现象在以前的劈裂灌浆施工中还未出现过，有待认真探讨、研究。

六、灌浆效果与结论

在灌浆施工过程中，共计完成劈裂灌浆44孔，进尺1012.98m，灌浆（水泥粘土浆）1045 m3，均严格按照《土坝灌浆技术规范》进行施工。

灌浆后外坝高程470米以湿润带、散浸和积水的现象全部消失。灌浆后1号、2号、3号3个注水试验检查孔的单位吸水率分别为0.36吕容、0.31吕容、0.95吕容（均小于规范要求的5吕容）。从以上的直观现象和单位吸水率的数据说明，劈裂灌浆在解放水库除险加固工程中的效果很好，达到了土坝防渗的技术要求。

七、在劈裂灌浆实践工作中的几点经验

（一）灌浆方案的选择

在宜宾县范围内，小型土坝绝大部分是修建于20世纪50-70年代的均质土坝，其筑坝土料差，施工工序混乱，碾压不实，所以在宜宾县进行的土坝灌浆中，除了对土坝内外坝坡进行灭蚁灌浆是采用充填灌浆方法外，其余均采用劈裂灌浆。

（二）排距的确定

土坝灌浆排距，控制在1～2m灌浆效果较好，排与排之间既不容易串浆，而且施工也更方便[一般小（一）型、小（二）型的坝顶宽均为3m左右]。在钻灌施工过程中，本着先前排后后排的原则进行钻灌。

（三）孔距的确定

一般情况下最小孔距应由灌浆试验确定，但根据我县坝体劈裂灌浆的经验，多数坝体（由粘土、粉质粘土组成）灌浆最小孔距应在5m左右适谊。

（四）摩擦护壁管下管深度与操作方法

摩擦护壁管的下管深度及其与坝体土料的接触紧密程度，对大坝劈裂灌浆的质量好坏影响很大。若下管深度不够，接触紧密程度不好，容易造成坝顶过早劈裂或泥浆从护劈管外沿串出而劈不裂坝体。一般情况摩擦护壁管的下管深度不小于3m，根据坝体情况还可适当加深；具体方法为先用φ110mm开孔干钻1m左右导向后，下φ110mm摩擦护壁管用吊锤打至预设深度。

（五）劈裂灌浆材料的选择

根据我县已劈裂灌浆50多座均质土坝的经验，土坝劈裂灌浆如无特殊要求一般用纯粘土泥浆，纯粘土浆好于水泥粘土混合浆，更有利于与坝体土料结合，水泥粘土混合浆所灌的坝体，经多年高、低水位反复运行后，含水泥的粘土泥墙与原坝体土的湿陷沉降收缩不一致，容易拉裂含水泥的粘土泥墙形成新的过水通道，让灌浆效果降低。

（六） 灌浆质量检查

我县均质土坝坝体灌浆均采用注水试验方法进行质量检查（让试验条件符合纳斯别尔格公式计算渗透系K= 0.423 的要求）单位吸水率ω由ω= 直接计算。根据我县众多水库灌浆的注水试验资料，只要由ω= 算出的数据符合规范要求，则根据K= 0.423 计算出的渗透系数也符合规范要求。并可从灌浆时的吸浆量反证单位吸水率和渗透系数的关系，及灌浆时吸浆量大灌后注水试验的单位吸水率和渗透系数就小，反之就大。