劈裂灌浆在淤地坝除险加固中的应用

张钧锋

（宝鸡市渭河拦河闸工程管理中心，陕西 宝鸡721006）

陕西淤地坝建设数量居全国第一，目前建成淤地坝3.4万座，约占全国的60%，已累计拦泥58亿t，淤地6万hm2，每年可增产粮食4亿kg。虽然治理取得显著成效，但生态环境依然脆弱，重治理、轻保护，治理成果保存率底，淤地坝被冲毁时有发生。陕北红柳河流域1994年8月5～10日发生了一场约50年一遇的降雨，流域内11座大中型淤地坝几乎于一日内被冲垮，3万多座淤地坝一次水毁7 347座，其中垮掉1 590座。2007年夏天，横山县的一场暴雨使陈石畔流域内淤地面积3.3 hm2以上的57座淤地坝44座被冲毁。目前全省尚有3 200座淤地坝需要除险加固。

大量垮坝的事实证明主要是工程质量问题。淤地坝一旦冲毁，多年淤积的泥沙，将被“零存整取”地排泄到下游，造成更大的灾难和损失。提高工程质量，延长淤地坝寿命，是目前水土保持工作的重中之重。

由于淤地坝建成时间早、设计标准低、工程质量差、坝体设施不配套、病险坝数量多，坝体填筑不密实、沉陷裂缝多，迫切需要除险加固。作为黄土高原有力水力设施，淤地坝在防治水土流失等方面发挥了独具特色的作用。淤地坝具有预防水土流失、拦泥淤地、拦截泥沙、增加耕地面积、解决抗旱水源、拦蓄径流以及解决山区交通不变的效果。

陕西省水利厅2021年3月3日召开2021年全省水利工作会，投资375亿元助力乡村振兴，大力推进新型淤地坝建设试点，实施病险淤地坝除险加固，建设一批水土保持科技示范园。全面推进国家水土保持重点工程、坡耕地水土流失综合治理等项目建设，启动实施黄河粗泥沙集中来源区拦沙工程一期项目。

1 存在问题

淤地坝是黄土均质碾压土坝，坝身裂隙通常包括坝肩的横向裂缝和库区迎水坡纵向裂缝，防洪标准低，排洪能力差。据调查统计，达不到防洪标准的淤地坝超过半数。其次淤地坝盐碱化是影响淤地坝利用的主要原因。库容淤满，无滞洪能力。工程不配套，缺少排洪泄水设施。

黄土质碾压坝为当前大部分淤地坝的构成形式，淤地坝蓄水后出现在迎水坡的纵向裂缝以及两坝肩横向裂缝是淤地坝的主要裂缝形式。在处理淤地坝裂缝时，因为受经济条件制约，常见的治理纵横裂缝的方法多为回填、灌浆、开挖等处理方法。第一步标记裂缝位置，主要是白灰水的灌入。第二步做开挖处理，开挖的边坡坡陡要小于1∶1，为阶梯状，开挖到较小裂缝时，以较好流动性或较细颗粒的泥浆做灌浆处理，再做人工回填夯实处理开挖面，通过3~5年的循环往复治理，此类裂缝问题可完全消除。

目前，工程老化失修。黄土高原地区约80%~90%的淤地坝建于20世纪六七十年代，运行时间大多在30年左右，许多工程由于年久失修，设施老化，不同程度地存在病险问题。另外，由于多年淤积，相当一部分淤地坝已丧失了继续拦泥和滞洪能力，急需加固、提高标准。再者，资金投入不足，影响淤地坝的正常维护。

2 劈裂灌浆技术的应用

土坝劈裂灌浆技术，国家科委列为“8.5”期间国家重点推广项目，1988年5月水利部颁发《土坝坝体灌浆技术规范》SD266-88，在全国土坝、堤防除险加固工程中广泛应用，绝大部分收到较好效果。劈裂灌浆技术通过浆、坝互压和湿陷，使坝体内部应力重分布，提高坝体变形稳定性、防渗透能力。其主要靠基本垂直土坝渗流方向沿坝轴线所形成的竖直连续的防渗泥墙，防渗泥墙经过反复多次的浆坝互压，渗透系数达到10-5～10-7cm/s。另外，压力泥浆通过挤压、充填、渗透、湿化固结对土体的压实在防渗墙两侧形成宽5 m左右的防渗带。泥墙和防渗带共同解决坝体防渗透问题。渗透、变形稳定是病险水库土坝安全的主要隐患。

劈裂灌浆技术是解决土坝坝体渗透、变形稳定的最好的措施。同时劈裂灌浆技术具有施工设备轻便，工艺简单，施工速度快，工期短，经济效益显著，施工质量有保证等优点。

3 施工工艺

3.1 简化设计

减少前期工作，用淤地坝纵剖面图，沿坝轴线单排布孔，孔距5 m，孔深入坝基1～2 m，计算出钻灌总孔数和钻孔总深度。设计淤地坝内防渗泥墙厚度10～15 cm，干容重1.6 t/m3，计算出所需灌自然土量和单位平均灌自然土量，考虑坝体内已有裂缝和空隙对所需灌土量增加10%～15%，作为实际应准备的总灌自然土量。陕北地区多为重粉质黏土，在泥浆中掺入5%～10%膨润土，提高淤地坝抗渗强度。

3.2 灌浆施工

1）造孔。钻机干法造孔或泥浆护壁钻孔。孔径50～80 mm。

2）制浆。采用专用机械，建议采用WJG80型联合泥浆搅拌机，可连续一体浇灌作业，适应性强，最大输浆距离150 m。

3）灌浆。注浆管长3～4 m，内径30～50 mm，安装距孔底0.5～1.0 m，在第2根注浆管的下端，缠绕干海带至孔壁封堵分段，注浆管安装结束后，向孔壁内填满细土至孔口密封。灌浆先坝中间后左右岸，单、双号交错施灌。

3.3 终灌封孔

钻孔最后一段灌浆结束后，可再加灌1～2次，不再吃浆，可终灌。封孔，终灌后拔出注浆管，孔内注满稠浆，到不再下降为止。

3.4 检查验收

1）检查。检查主要在施工过程中，对钻孔深度、灌浆工艺、泥浆比重、压力控制、每段灌土量多少，认真检查，特别要对每班的灌浆记录进行核实。还要注意观察坝体外表有无特殊的变化。

2）验收。工程验收可在灌浆结束后1周内进行。业主的验收重点是核实最终灌入淤地坝内的黏土量。此外，还应对土场开挖空间，每日运入坝面的土料方量进行对照核查，最后确定真正灌入淤地坝内的土量。灌入淤地坝内土量的多少，决定坝体内形成的泥墙有多厚，是评价灌浆质量最简单最真实可靠的标准。灌土量泥墙厚度达到5 cm以上，评定合格；泥墙厚度达到10 cm及以上，评定良好；泥墙厚度达到15 cm及以上，评定优良。

4 结语

劈裂灌浆具有压力大、劈缝宽、进浆多、泥墙厚等特点，防渗能力可达到混凝土标准。施工设备简单，可就地取材，工期短，且经济效果显著，能在淤地坝除险加固中推广应用，达到质量、经济双收益。对目前正在开展的淤地坝除险加固工作具有较好的借鉴作用。