均質(zhì)土壩劈裂灌漿的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

彭學(xué)文

【摘要】土壩灌漿是加固土壩壩體的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，70年代中期發(fā)展了劈裂灌漿新技術(shù)，由于該項(xiàng)技術(shù)在土壩壩體防滲加固中收到良好效果，得以廣泛推廣應(yīng)用。在長期的工作中，積累了較多的土壩灌漿的經(jīng)驗(yàn)。在此我以甲方現(xiàn)場(chǎng)工程師參加的宜賓縣解放水庫除險(xiǎn)加固工程為具體實(shí)例加以說明，本文主要對(duì)灌漿部份進(jìn)行介紹和探討。

【關(guān)鍵詞】土壩灌漿；實(shí)例說明；探討

一、解放水庫的基本情況

解放水庫樞紐工程位于宜賓縣柏溪鎮(zhèn)解放村，集雨面積14.85km2（其中大壩控制流域面積1.75km2，外加引入許溪溝集雨面積13.1km2）。由于歷史原因，該水庫1978年出現(xiàn)外坡及坡腳漏水，后雖經(jīng)內(nèi)坡增設(shè)瀝青砼斜墻防滲、壩肩帷幕灌漿等處理，但壩體外坡中部散浸現(xiàn)象較為嚴(yán)重，從大壩下游壩面觀察滲漏更明顯。

1999年7月四川大學(xué)水利水電工程學(xué)院編制的解放水庫壩體《土工試驗(yàn)報(bào)告》及《主壩滲流壩坡穩(wěn)定計(jì)算分析報(bào)告》對(duì)解放水庫大壩，滲透穩(wěn)定作出了透徹分析。鑒定意見如下：大壩浸潤線位置偏高，下游壩面長期處于散浸、濕潤狀態(tài)；瀝青砼防滲斜墻部分失效，下游壩坡各濕潤帶的滲水補(bǔ)給皆來源于庫水；滲水外泄位置偏高，乃因壩體材料屬黃色礫質(zhì)土及硬塑重砂壤土和壩體碾壓不實(shí)；濕地橫坡水平成帶，系壩料分層和壓實(shí)層差異所引起。

二、灌漿方法的選用

土壩壩體灌漿是加固大壩的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，在我區(qū)大壩灌漿防滲方法主要有低壓填充式灌漿法、高壓劈裂式帷幕灌漿法2種。劈裂式帷幕灌漿法對(duì)于加固壩身，防止壩身滲漏有很好的效果，比較適合施工土質(zhì)差，碾壓不密實(shí)的土壩壩身防滲加固。鑒于解放水庫隱患，本次解放水庫大壩灌漿采用劈裂式帷幕灌漿，達(dá)到加固壩身，防止壩身滲漏的目的。

三、灌漿設(shè)計(jì)

（一）布孔

孔位布置和孔距大小與壩體結(jié)構(gòu)、壩內(nèi)裂隙分布、產(chǎn)狀、漿液性能好壞和灌漿壓力大小等有關(guān)，結(jié)合解放水庫病害情況，本著“先稀后密”的布孔原則，根據(jù)帷幕灌漿設(shè)計(jì)，沿平行壩軸線布孔兩排。沿軸線上游2.1m布一排孔，沿軸線下游2.3米布一排孔，形成雙排帷幕，排距2m?？拙酁榈冖裥蚩卓拙?0m，第Ⅱ序孔孔距為10m，第Ⅲ序孔孔距為5m。灌前將前排15號(hào)做為注水孔，灌后在兩排之間布檢查（注水）孔3個(gè)。孔深為深入基礎(chǔ)巖2m。

（二）灌漿材料選擇及漿液配比

本期工程灌純泥漿和粘土、水泥混合漿。在施工前期（前排1序孔和劈裂灌漿試驗(yàn)孔）為加速泥漿硬化，漿液采用水泥、粘土混合漿，水泥含量約為10%。灌漿開始采用稀漿，比重為1.3（克/ cm3）左右，到一定階段后，采用稠漿，漿液比重在1.45-1.60（克/ cm3）之間。后因考慮解放水庫壩頂要過車、加入水泥灌漿形成的防滲帷幕其收縮比與原壩體土料的收縮比不一致，在大壩灌漿析水固結(jié)，壩體應(yīng)力重新調(diào)整形成的過程中，容易產(chǎn)生收縮裂隙，不均勻濕陷裂隙以及壩頂過車的過程中，大壩抗整體變形能力差，經(jīng)多方探討，最后停加水泥，采用純粘土漿灌注。

（三）孔口壓力的確定

取值代入后計(jì)算結(jié)果為Δρ=2.4kg/cm2，即劈裂灌漿孔底起劈孔口控制壓力。

四、灌漿施工

（一）灌漿機(jī)械的選擇

灌漿主要機(jī)械設(shè)備有：100型地質(zhì)鉆機(jī)3臺(tái)，其中2臺(tái)用于造孔，1臺(tái)改裝后用于制漿，200/40型雙缸泥漿泵2臺(tái)，三相渾水泵3臺(tái)，潛水泵3臺(tái)，吊錘2個(gè)，摩擦護(hù)壁管、輸漿管若干。

（二）造孔

首先按設(shè)計(jì)要求布孔，然后按序進(jìn)行造孔，造孔應(yīng)保證鉛直，偏斜度不得大于1°。造孔應(yīng)采用稀泥漿護(hù)壁循環(huán)鉆進(jìn)，不得用清水循環(huán)鉆進(jìn)。

灌漿造孔機(jī)械采用天津探礦機(jī)械廠100型地質(zhì)鉆機(jī)，先用φ108mm鉆頭干鉆1-2m，導(dǎo)向后再用φ110mm摩擦護(hù)壁管用吊錘打至5-8m，然后用φ90mm鉆頭鉆至終孔，在鉆孔過程中嚴(yán)禁鉆頭、鉆桿等碰撞、摩擦護(hù)壁管。

（三）制漿

采用100型地質(zhì)鉆機(jī)改裝后制漿，在大壩左肩與壩頂齊平的一個(gè)平臺(tái)地，挖一個(gè)泥漿池，用改裝后的鉆機(jī)制漿，制成漿液經(jīng)2mm網(wǎng)篩過濾后流入泥漿池。制漿的土料塑性指數(shù)IP≥15.4，本次灌漿使用的土料經(jīng)有關(guān)部門檢驗(yàn)合格后確定使用。

（四）灌漿

灌漿采用孔底注漿全孔灌注的方法。在灌漿中，先對(duì)第Ⅰ序孔進(jìn)行輪灌，采用“少灌多復(fù)”的方法，待第Ⅰ序孔灌漿結(jié)束后，再對(duì)第Ⅱ序孔進(jìn)行灌漿。每次最大灌漿量按不超過0.5 m3/m，控制在前三次盡量灌到最大漿量，但壩頂又最好不劈裂，每孔灌漿5次，每次間隔5天；灌漿過程中，壩頂裂縫小于2cm，壩肩處橫向水平位移小于3cm。

在灌漿過程中，前三次灌注時(shí)，灌漿管每灌注一次向上提2-3m，第四、五次灌注時(shí)又將灌漿管下到孔底進(jìn)行灌注。

五、灌漿過程中遇到的問題及分析處理辦法

（一）對(duì)個(gè)別孔口在達(dá)到設(shè)計(jì)壓力時(shí)而壩體未被劈裂的處理辦法

在施灌中，右壩段部分孔口壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力值時(shí)壩體仍未劈裂，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員研究同意后，提高孔口壓力，但重要壩段最高值不得超過3.0kg/cm2。在實(shí)際灌漿中僅前排25號(hào)孔最大壓力達(dá)3.5 kg/cm2，灌孔才大量吃漿和壩頂逐漸劈裂。

（二）有待探討的問題

在大壩灌漿施工過程中，出現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象，特別是前排孔，幾乎所有孔的壩頂劈開裂隙均朝一個(gè)方向（大壩右壩肩方向發(fā)展）這個(gè)現(xiàn)象在以前的劈裂灌漿施工中還未出現(xiàn)過，有待認(rèn)真探討、研究。

六、灌漿效果與結(jié)論

在灌漿施工過程中，共計(jì)完成劈裂灌漿44孔，進(jìn)尺1012.98m，灌漿（水泥粘土漿）1045 m3，均嚴(yán)格按照《土壩灌漿技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行施工。

灌漿后外壩高程470米以濕潤帶、散浸和積水的現(xiàn)象全部消失。灌漿后1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)3個(gè)注水試驗(yàn)檢查孔的單位吸水率分別為0.36呂容、0.31呂容、0.95呂容（均小于規(guī)范要求的5呂容）。從以上的直觀現(xiàn)象和單位吸水率的數(shù)據(jù)說明，劈裂灌漿在解放水庫除險(xiǎn)加固工程中的效果很好，達(dá)到了土壩防滲的技術(shù)要求。

七、在劈裂灌漿實(shí)踐工作中的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

（一）灌漿方案的選擇

在宜賓縣范圍內(nèi)，小型土壩絕大部分是修建于20世紀(jì)50-70年代的均質(zhì)土壩，其筑壩土料差，施工工序混亂，碾壓不實(shí)，所以在宜賓縣進(jìn)行的土壩灌漿中，除了對(duì)土壩內(nèi)外壩坡進(jìn)行滅蟻灌漿是采用充填灌漿方法外，其余均采用劈裂灌漿。

（二）排距的確定

土壩灌漿排距，控制在1～2m灌漿效果較好，排與排之間既不容易串漿，而且施工也更方便[一般小（一）型、小（二）型的壩頂寬均為3m左右]。在鉆灌施工過程中，本著先前排后后排的原則進(jìn)行鉆灌。

（三）孔距的確定

一般情況下最小孔距應(yīng)由灌漿試驗(yàn)確定，但根據(jù)我縣壩體劈裂灌漿的經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)壩體（由粘土、粉質(zhì)粘土組成）灌漿最小孔距應(yīng)在5m左右適誼。

（四）摩擦護(hù)壁管下管深度與操作方法

摩擦護(hù)壁管的下管深度及其與壩體土料的接觸緊密程度，對(duì)大壩劈裂灌漿的質(zhì)量好壞影響很大。若下管深度不夠，接觸緊密程度不好，容易造成壩頂過早劈裂或泥漿從護(hù)劈管外沿串出而劈不裂壩體。一般情況摩擦護(hù)壁管的下管深度不小于3m，根據(jù)壩體情況還可適當(dāng)加深；具體方法為先用φ110mm開孔干鉆1m左右導(dǎo)向后，下φ110mm摩擦護(hù)壁管用吊錘打至預(yù)設(shè)深度。

（五）劈裂灌漿材料的選擇

根據(jù)我縣已劈裂灌漿50多座均質(zhì)土壩的經(jīng)驗(yàn)，土壩劈裂灌漿如無特殊要求一般用純粘土泥漿，純粘土漿好于水泥粘土混合漿，更有利于與壩體土料結(jié)合，水泥粘土混合漿所灌的壩體，經(jīng)多年高、低水位反復(fù)運(yùn)行后，含水泥的粘土泥墻與原壩體土的濕陷沉降收縮不一致，容易拉裂含水泥的粘土泥墻形成新的過水通道，讓灌漿效果降低。

（六） 灌漿質(zhì)量檢查

我縣均質(zhì)土壩壩體灌漿均采用注水試驗(yàn)方法進(jìn)行質(zhì)量檢查（讓試驗(yàn)條件符合納斯別爾格公式計(jì)算滲透系K= 0.423 的要求）單位吸水率ω由ω= 直接計(jì)算。根據(jù)我縣眾多水庫灌漿的注水試驗(yàn)資料，只要由ω= 算出的數(shù)據(jù)符合規(guī)范要求，則根據(jù)K= 0.423 計(jì)算出的滲透系數(shù)也符合規(guī)范要求。并可從灌漿時(shí)的吸漿量反證單位吸水率和滲透系數(shù)的關(guān)系，及灌漿時(shí)吸漿量大灌后注水試驗(yàn)的單位吸水率和滲透系數(shù)就小，反之就大。