劈裂灌浆技术在水库大坝整治工程中的应用

李振华

摘要：劈裂灌浆技术是水库土坝防渗和除险加固的一种常用方法，具有投资小、见效快、设备和技术简单、操作方便等优点，已经被广泛的运用。但在具体操作中应注意施工工艺，保证灌浆的质量，才能达到预期的效果。本文通过对劈裂灌浆技术在湾田河水库的运用，简明扼要地介绍和论述了劈裂灌浆技术的原理、施工工艺、施工方法和质量控制，同时有针对性的介绍了在灌浆过程中遇到的问题及处理方法，具有较强的参考和借鉴意义。

关键词：劈裂灌浆；防渗加固；制浆；灌浆工艺；灌浆效果

一、工程概况

湾田河水库位于四川省通江县草池乡境内，距县城17km，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电及水源供应等综合效益功能的小（一）型水库。总库容219.6万立方米，最大坝高达26.01米，坝顶长109.00米，坝顶宽3.34米，坝型为均质土坝，大坝上游坡度从上至下为1：2.3、1：2.8、1：3.4；下游坝坡从上至下坡度为1：1.8、1：2.2、和1：2.6；下游坝坡坡脚为块石棱体排水，顶部为干砌条石，马道宽1.5m。水库设计总灌面1.0万亩，有效灌面0.8万亩，现有实际灌面0.42万亩，由于当时各方面条件差，施工难度大，工期短，土坝碾压质量很差，大坝渗漏且存在抗滑稳定隐患。工程自投入运行以来，水库一直带病运行，且大坝长期存在散漏現象，多次出现坝顶开裂、内滑坡，严重威胁大坝的安全，对坝体进行防渗加固势在必行。

二、土坝坝体劈裂灌浆原理

劈裂灌浆就是运用坝体应力分布规律，根据土体水力劈裂的原理，顺坝向布孔，在一定的灌浆压力下以适宜的泥浆液为能量载体，有控制地劈裂坝身，将与浆脉连通的所有裂缝、空洞、空隙等隐患用泥浆充填密实，同时浆压将筑坝土压密，最终在大坝内顺坝向形成密实、垂直、连续、有一定厚度的浆液防渗固结体，堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力。

三、劈裂灌浆设计

按劈裂灌浆的要求进行设计：

（1）孔位布置。由于坝体质量差，下游坝坡大面积漏水，因此应对坝体全面封堵。沿坝轴线方向布置一排孔，分两个次序进行灌注，一序孔距离6.0米，二序孔距离6.0米，终孔孔距3.0m，共27孔（检查试验孔增加3孔），灌浆孔底部高程与基础连接，孔底高程888.26—914.76m，最大孔深28m，最小孔深1.5m，其中河槽部份（坝体中间）的孔深大于26.10m，岸肩部份（坝两端）孔深小于15m，预计钻孔总进尺582.58m，完成防渗面积1273 m2。

（2）钻孔方式。要求进行泥浆护壁钻孔，不能进行清水钻。以免产生增大坝体含水量，降低坝体抗剪强度，减慢浆液固结速度，减少吃浆量等。

（3）浆液选择。选用合适的浆液是保证灌浆质量的重要条件，对浆液的要求是：可灌性好，稳定性高，吸水固结快，形成的浆体防渗性能强，并且考虑充分利用当地材料和造价低等因素，根据对当地粘土泥浆的物理力学性能试验，选用重粉质壤土或重壤土。即：一般塑性指数为（8—10）%，粘粒含量在20%-25%，砂粒的含量小于20%，其余为粉粒，有机物含量小于2%，可溶性盐含量小于8%，泥浆的容量采用1.3—1.6g/m3，普通硅酸盐水泥32.5R掺合量为7%。

（4）灌注方式。灌浆采用孔底注浆全孔灌注的方法，灌浆开始采用稀浆，经过3—5min后加大泥浆稠度。

四、灌浆施工

1、施工准备。由于灌浆需要24小时不间断施工，为保证工程进度与质量，施工前必须做好施工准备。首先，灌浆机、发动机应进行全面检修，保证机械设备正常运行；第二，选择符合要求的土料场，由于灌浆孔吃浆量的不确定性，所选择的料场土料必须充足；第三，选好水源及送水车辆。

2、场地布置。施工现场主要布置在水库坝顶上，根据灌浆泵的输送能力及施工中的具体情况，土料每30 m一堆，每堆大约20 m3。搅拌机、发电机等布置在大坝顶。

3、钻孔。钻孔之前，先根据设计要求布好孔位，采用XJ100—1型回转钻机打孔，造孔应保证垂直，倾斜度不大于2%。

4、护壁管安放。护壁管的作用是使坝顶不致过早劈裂，保证灌浆效果。护壁管为φ100的无缝钢管，长5 m。下管方法：悬吊起护壁管放入孔内，上管口在离地1.0 m时用布缠绕护壁管，徐徐落下；在离地0.3 m时，再用布条二次封堵孔口并填土夯实，防止浆液从孔口冒浆。上述封孔方法在施工中效果较好。

五、技术要求

第一，施工时先对第一序孔轮灌，待第一序孔灌浆结束后，再进行二序孔的灌注。分序分次施灌能使灌入坝体中的泥浆得以尽快析水固结，强度及时提高，同时，能迅速消除由于灌浆引起坝体中局部孔隙水压力升高的威胁，保证大坝施工期的安全，并能促使灌入坝体内的泥浆粘粒向两侧移动，使粘粒在坝体与泥浆交接处进行定向排列，形成一层防渗性能很强的泥浆层，坝身劈裂灌浆应“少灌多次”，分序灌浆，推迟坝面裂缝的出现和控制裂缝的开度在3cm之内，并在灌后能基本闭合；

第二，泥浆比重的控制。制浆采用机械拌制，水与干土重量比为1∶1～1∶1.6，灌浆过程中根据吃浆量的大小变化，调节泥浆比重，吃浆量大时浓些，反之稀些；

第三，时间间隔。初灌与第一次复灌的时间间隔为15 h，复灌1～2、2～3等以后的复灌间隔时间均为30 h。每孔灌浆次数应在5次以上，每次灌浆量控制在每米0.5—1 m3之间，形成的脉状泥墙厚度应在5—20cm之间，如此反复轮灌，即可形成一道粗细颗粒相间，木纹纸状的浆体防渗泥墙；

六、灌浆效果

通过对观测记录分析，孔间劈裂缝的搭接率在80%以上，局部段达到100%，缝宽一般为4～13 mm，最宽的达到30 mm，平均单孔吃浆量为3.15 m3，最大单孔吃浆量为15.8 m3，吃浆量大的灌浆孔说明其周围存在较大的洞穴。灌浆结束后，随机挖深3.0 m、长3.0 m、宽1.5 m的深坑5个，深坑中劈裂缝由灌浆孔底部贯通到了坝顶，裂缝最宽处达到了30 mm，浆脉清楚，浆液固结体密实，水库渗水量0.06m3/s降低到0.02m3/s以下，灌浆效果明显，达到了防渗加固的目的。

七、结 论

劈裂灌浆技术是水库土坝防渗加固的一种常用方法，具有投资小、见效快、设备和技术简单、操作方便、效果好等优点，已经被广泛的运用到水库大坝和堤防的防渗加固。但在具体操作中应注意施工方法和施工工艺，保证灌浆的质量，才能达到预期的效果。