劈裂灌浆技术在水库堤坝防渗加固施工的应用

姜红斌

(中国水利水电第四工程局有限公司，甘肃 兰州 730000)

1 水库堤坝防渗加固施工

1.1 水库堤坝两岸坡段布孔

在引入劈裂灌浆技术前，首先需要在水库堤坝的两岸坡段上完成对灌浆孔的布设。在实际施工过程中，结合水库堤坝地基定向劈裂的规律以及堤坝上应用分布的实际情况，采用双排布孔结构完成对其灌浆库的布设，如图1所示。

图1 水库堤坝两岸坡段双排布孔结构

按照图1中的布孔结构完成布孔施工，将第一排孔的编号设置为1—X—X，将第二排孔的编号设置为2—X—X，施工的顺序按照从上游到下游进行。为了在后期灌浆时不出现横向干裂问题，各个灌浆孔之间的距离应当小于灌浆压力对堤坝土体所影响的有效距离，因此综合分析将两个灌浆孔之间的距离设置为3 m。在确定钻孔的深度时，根据水库堤坝堤基应力场的主要影响深度以及防渗加固施工的需要确定。已知应力场主要影响深度为Z=2/3B，其中Z为应力场强，B为影响深度。根据这一关系进一步推算得出水库堤坝地基的有效劈裂深度不应当超过50 m。在实际施工过程中，还需要确定水库堤坝是否存在中风化花岗岩以及其具体埋深和厚度，对钻孔的深度进行调整[1]。在现场施工过程中，钻孔的深度应当按照钻孔揭穿中风化花岗岩的实际深度为标准。根据上述论述内容，在确定钻孔之间距离以及钻孔深度的基础上，采用干法造孔实现对水库堤坝两岸坡段布孔，严禁使用泥浆循环回转式钻进方式，避免引起水库堤坝坝体劈裂问题。

1.2 基于劈裂灌浆技术的分序钻灌施工

在上述布孔结构的基础上，引入劈裂灌浆技术，完成对水库堤坝的分序钻灌施工。首先针对灌浆浆液进行选择，选用掺有10%水泥的黏土混合浆液，其本身具备良好的流动性和稳定性，并且能够在劈裂灌浆厚度在4～5 d内自动凝结。浆液在凝结后会具有更高的强度以及抗渗性，以此达到防渗和加固的效果。在灌浆的过程中，需要控制浆液先稀后浓，并将其密度控制在1.25～1.58 g/cm3范围内[2]。在具体灌浆过程中，灌浆的压力需要根据不同的钻孔深度进行调整，表1为不同钻孔深度下最大孔口的灌浆压力对应表。

按照表1中数据，针对不同的钻孔深度对其最大孔口灌浆压力进行控制。在灌浆初期需要用较小的灌浆压力灌注，随着灌浆的进行，在单位时间当中的吃浆量会逐渐减小。因此，针对这一现象，为了能够兼顾灌浆速度，可选择在合理范围内适当提升灌浆压力，直到达到孔口最大允许灌浆压力为止。

表1 不同钻孔深度下最大孔口的灌浆压力对应

在灌浆的过程中，需要按照单孔单次灌浆的方式完成，停灌的标准为：针对初灌不起压的钻孔，将其压力控制在40～50 kPa范围内。这一类型钻孔通常吃浆量较大，但需要控制单孔单次的灌浆不超过1.2 m3/m，针对水库堤坝涵洞周围的钻孔，需要将其单孔单次的灌浆控制在小于0.5 m3/m以内。对于单个灌浆孔而言，应当采用分序灌浆法，每次灌浆的时间间隔应当不超过5～10 d，灌浆的次数不得小于5次，同时在进行最后一次灌浆的过程中，钻孔已经基本不吃浆，此时即可停止进行单孔的灌浆。完成对一个钻孔结构的灌浆，其灌浆总数不得小于5次[3]。单孔灌入的干料累计总重量不得小于0.6 h，其中h表示为灌浆孔的深度。在充分满足上述停灌标准后，即可停止灌浆，否则还需要继续增加灌浆的次数，直到最终满足上述停灌标准为止。在实际施工过程中，若堤坝坝顶位置上出现了冒浆问题，则应当立刻停止灌浆操作，并挖出一个冒浆出口，使多余灌浆液流出，待钻孔孔口不再冒浆后进行回填夯实。若在钻孔的周围出现冒浆问题，则需要采用压砂的方式进行处理，在确保其不会再出现冒浆问题时，继续灌浆操作[4]。在具体施工过程中，若出现单孔灌浆量过大的问题产生，则可以采用减小单次灌浆量或增加复灌次数的方式对其进行处理，将单次灌浆量控制在不超过1 m3/m范围内，并将灌浆的时间间隔控制在5～10 d。

1.3 封孔与堤坝坝面处理

在完成上述施工操作后，还需要对灌浆钻孔进行封孔处理。在确保完成劈裂灌浆后，钻孔位置上符合各项停灌标准后，将注浆管拔出，并将密度超过1.5 g/cm3的稠浆注入钻孔当中。采用机械封孔的方式进行，并在次日完成再次灌浆。直到最终浆面上升到坝顶并且不会再次出现下降现象为止。最后在封孔时采用黏土回填的方式将孔口封堵并夯实。在完成上述操作后，还需要对堤坝坝面的变形情况和裂缝情况进行观测，防止其表现出现问题造成对水库堤坝整体防渗加固施工效果的影响。通常情况下，在水库堤坝坝面上由于受到高压泥浆的劈裂挤压和湿陷的影响，其湿土区域内产生的裂缝需要一个过程，这一过程的时间通常在12～24 h以内。因此，在按照上述步骤完成灌浆以及封孔处理后，还需要在封孔后的6～12 h时间当中对堤坝坝面是否产生裂缝进行检查。若在检查过程中发现了裂缝，则采用优先处理和三孔同时开灌的方式对裂缝进行处理。在裂缝结构的上方以及两侧各2 m位置上同时打孔，并进行灌浆。灌浆的过程中需要尽可能地增加灌浆的压力，并直到水库堤坝边坡出现冒浆现象时停止灌浆压力增加。针对冒浆现象进行处理，并在停工后2～4 h内，完成复灌操作。复灌的过程中其灌浆次数应当比第一次灌浆次数增加2～3次。针对整个水库堤坝上所有产生的裂缝按照上述操作进行处理，直到不再出现裂缝为止。

为了进一步提高水库堤坝的运行质量，引入碳化防护处理技术针对堤坝坝面进行防护处理。采用人工的方式凿除坝面碳化层，将其厚度控制在15 mm以内。通过上述处理方案能够进一步提高水库堤坝表面的抗腐蚀能力，进而提升坝面的耐磨性和抗冲刷能力，同时也能够实现对坝面的美化，确保水库堤坝能够正常运行。

2 实例应用分析

根据上述论述，实现将劈裂灌浆技术在水库堤坝防渗加固施工中的应用，为了进一步验证其在实际工程项目中的可行性，选择以某地区需要进行防渗加固的水库堤坝为例，按照以上步骤完成对该堤坝的防渗加固施工。已知该水库堤坝位于某流域一级支流的上游，是一个兼顾防洪、发电等众多功能的综合性高利用价值大型水库。水库堤坝主要是由黏土薄心墙和砂卵石组成，最高位置上的高度为76.00 m，堤坝上游和下游坡度比为1：0.18。该水库堤坝设计坝顶的高程为263.5 m，水库汛限水位为238.00 m，正常水位高度为243.00 m，设计洪水位为243.50 m。在明确该水库堤坝基本工况条件后，对其堤坝渗流问题进行分析，并结合本文论述内容完成防渗加固处理。在前五年实践中，该水库堤坝水位普遍较低，坝体常常处于干燥状态，没有出现渗漏问题。在近一年中，水库水位迅速上升，最高达到了243.25 m。在这期间，水库堤坝渗水点部位出现3处管涌，均为清水带砂。针对该堤坝需要进行防渗加固的区域进行坡段布孔，并引入劈裂灌浆技术完成分序钻灌施工，最后通过复灌控制和封孔与堤坝坝面处理，完成对其防渗加固施工。为了验证本文施工方法的应用效果，首先从防渗角度，对施工后的水库堤坝渗流量进行记录，对比施工前和施工后的渗流量，渗流量的计算公式(1)如下：

W=s/t

(1)

式中：W为水库堤坝的渗流量，L/s；s为在相应的量水堰中流出的水量，L；t为规定时间，s。根据上述公式，对该水库堤坝五个不同量水堰的渗流量进行计算。针对5个量水堰分别编号为#001、#002、#003、#004和 #005。完成计算后，将记录结果绘制成表2。

表2 施工前后水库堤坝渗流量对比 L·s-1

从表2中数据对比可以看出，施工前各个量水堰的渗流量均超过了1.5 L/s，而在按照本文施工方案完成施工后，各个量水堰的渗流量均降低到了1.0 L/s以下，渗流量均得到明显减小。初步证明，本文引入劈裂灌浆技术的防渗加固施工方案在实际应用中能够使水库堤坝达到理想的防渗效果。为了进一步探究本文提出的施工方法在实际应用中是否能够达到加固堤坝的效果，针对施工前后堤坝表面裂缝情况进行对比。已知在实施加工方案前，该水库堤坝上共出现过5次纵向裂缝和2次横向裂缝，裂缝宽度最大为2 mm，裂缝长度最大为35 mm。在完成施工后，将水库堤坝当前裂缝情况进行记录，得到如表3所示的结果。

表3 施工前后水库堤坝裂缝情况记录

从表3中记录的数据可以看出，施工后量水堰#001没有出现裂缝情况，而#002的裂缝数量仅为1条，并且其裂缝的长度和宽度对于水库堤坝整体运行安全而言不会产生影响。综合上述两方面内容验证得出，将劈裂灌浆技术应用到水库堤坝防渗加固施工当中，可以有效减少堤坝的渗流量，并使其裂缝数量及长度、宽度得到有效控制，提高水库堤坝整体稳定性。

3 结 语

针对当前水库堤坝存在的稳定性差、渗漏问题严重现象，在引入劈裂灌浆技术后，提出一种全新的防渗加固施工方法。通过将该施工方法应用到实际的水库堤坝当中，可有效提高水库堤坝的运行稳定性，保障人们的生命财产安全。在实际施工过程中，还应当根据实际工况条件对相关防渗辅助技术进行合理选择，以此达到更加科学、经济的目的。尽管当前各类施工技术得到了不断的发展，并且能够在基础处理和水库堤坝防渗、加固方面作出贡献，但劈裂灌浆技术仍然在技术上和经济上具备更高的优势，在实际应用中具有可控性强、连接可靠等优势。在今后的研究当中，针对劈裂灌浆技术的上述优势特点，还应从其他建筑工程类型当中对其进行应用研究，从而进一步提高劈裂灌浆技术的应用适应性。