劈裂灌浆技术在水库除险加固中的应用

摘要：随着我国中小型水库病险加固工程的实施，人们对水库的防渗加固技术提高了重视。为了能够有效地提高坝体的稳定性，文章结合云浮市东风水库加固工程，阐述了劈裂灌浆技术在水库除险加固中的应用，对劈裂灌浆技术的推广具有积极的意义。

关键词：水库加固;劈裂灌浆;施工技术

在水利工程建设中，土石坝在众多的坝体工程中运用最广，在土石坝快速发展的过程中，时有发生一些安全事故，给人们的生命财产安全造成严重威胁，因此我们必须对这个问题进行深入思考。劈裂灌浆是一种利用水力劈裂原理有控制地劈裂坝体，并灌入黏土泥浆，形成防渗泥墙，同时也使泥墙连通的其他裂缝、洞穴、软弱夹层等坝体隐患在浆液的充填和挤压下变得密实，使坝体达到防渗和加固目的的一种施工方法。

1 工程概况

东风水库位于云安县石城镇，距云浮市区37公里，坝址以上集雨面积33.6平方公里，主河全长13.3公里，河流平均坡降为0.01，水库总库容为1401万立方米，是一座以灌溉、防洪、发电和养殖等综合效益相结合的中型水库。水库于1970年10月开始筹建，1971年10月正式动工兴建，1973年主体工程投入运行，现枢纽工程由大坝、泄洪洞、输水涵管和电站等组成。最大坝高43.3米，坝顶高程为17O.5m，坝顶长180米，主坝为辗压式均质土坝。大坝填筑受当时施工条件所限，施工碾压不均匀，坝体渗漏较大，经过30几年的运行，现水库只能控制水位160.0米运行。2005年肇庆市水利勘测设计院勘测报告显示坝体填筑土属中等透水性土层，当水位达到162.0（正常蓄水位）时后坝坡就出现大面积湿斑，坝坡面出现不均匀沉陷，经稳定复核计算前坝坡不能满足现行规范要求，大坝需要进行除险加固。

2" 坝体劈裂灌浆原理

土坝坝体劈裂灌浆技术是依据土坝坝体应力分布规律建立的。土坝坝体应力分析研究成果表明：坝体小主应力面基本沿坝轴线分布这一规律，在坝轴线附近沿小主应力面布置灌浆孔，灌注泥浆时，泥浆便能沿这个弱应力面将坝体劈开裂缝。在泥浆自重和浆、坝互压作用下，灌入坝体的泥浆反复充填，劈开坝体并逐渐排水固化，在坝体内形成一道近乎垂直连续的防渗墙体。解决了土坝坝体的渗透稳定问题。不仅如此，土坝坝体劈裂灌浆时，灌入坝体中泥浆在坝体内充填挤压，与劈裂缝贯通的原有裂缝和孔洞在灌浆中得到充填，补充坝体部分土区的小主应力不足，恢复坝体的应力平衡，提高了坝体的整体性。另外，泥浆在排水固结时，析出的水扩散、湿陷、密实坝体，改善土坝内部应力状况，加固了坝体，提高了坝体的整体性，解决了坝体的变形稳定问题。

3" 水库除险加固劈裂灌浆技术

土坝坝体劈裂灌浆可解决病险土坝的变形稳定和渗漏稳定问题。在土坝坝体除险加固中具有投资小、见效快、设备和技术简单、操作方便等优点，已经被广泛运用。但在具体操作中应把握基本技术参数和施工工艺，保证灌浆的质量，才能达到预期的效果。

3.1 灌浆孔布置

（1）孔位布置。应按河槽段、岸坡段、弯曲段和其它特殊坝段的不同位置情况进行布孔，在河槽段，一般沿坝轴线（或稍偏上游）布孔，必要时在灌浆轴线上下游布置副排孔，钻孔排数应根据坝体隐患的范围和程度确定;在岸坡段、弯曲段和其它特殊坝段，由于坝体内部应力复杂，灌浆初期一般采用多排梅花形布孔，并采用“少灌多复” 的办法，调整坝体应力，灌浆后期，沿坝轴线布孔，形成连续的帷幕。

（2）孔深及孔距。孔深应大于隐患深度2-3m，如布置双排孔或多排孔时，副排孔处如无隐患，孔深可为主排孔深的1/3;孔距在河槽段孔深>15m 时，可采用5-10m;孔深<15m 时，可采用3-5m，可通过现场灌浆试验确定。岸坡段、弯曲坝段布孔应适当缩小孔距，或通过试验确定。

（3）孔序。为使浆液在坝体中有充分的析水固结时间，应分序灌浆。根据施灌坝段的长短来确定序数，如果坝段过长且灌浆机组少，一般分为两序，如坝段较短则可分为三序或四序。

3.2 灌浆材料选择

浆液土料基本上是采用与坝料的物理力学指标基本接近的土料，但由于各类坝型和填筑坝料的不同，对原材料的要求也不一样。通过大量工程实践，目前我县采用的灌浆材料为粘土水泥浆液，一是胶结快，后期强度高;二是一次性灌入量大，减少复灌次数，三是可缩短工期。

3.3 灌浆压力计算

灌浆压力计算。一般确定灌浆的最大孔口压力是指注灌浆管上端压力表的压力值，根据工程实践一般灌浆孔口压力为0.01-0.05MPa。最大允许孔口压力可按公式估算，公式为

△p = y H ±γh。

式中：△p-灌浆孔压力;Y-坝体土的密度;H-计算点以上坝高;γ-灌浆密度;h- 全孔灌浆时，注浆管高度。

鉴于灌浆压力的大小不仅与灌浆范围大小、水文工程地质条件等因素有关，而且还与地层的附加荷载及灌浆深度有关，所以不能用一个公式准确地表达出来，应根据不同情况通过经验和灌浆试验确定。为了简化计算，方便施工，根据有关资料、施工实践、灌浆压力，可根据不同的深度确定见下表：

表1 "灌浆压力值

孔深（m）

﹤10

10-15

15-20

﹥20

灌浆压力（MPa）

0.15

0.15-0.2

0.2-0.3

0.35

3.4 钻孔灌浆

3.4.1 坝体灌浆

（1）灌浆槽段：先灌河槽段，后灌岸坡和弯曲段;

（2）灌浆孔序：先灌副排一序孔，插灌二序孔。

坝体劈裂灌浆的施工采用孔底注浆全孔灌注法，灌浆采用“稀浆开始，浓浆灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多复，控制浆量” 的原则。用全孔底灌注法可由孔底反向全孔使孔内泥浆处于半循环状态，有利于提高灌浆质量，注浆孔距钻孔底部0.5-1.0m，孔口压力保持在设计要求的压力指标上，灌浆开始，先用稀浆灌3-5min，然后加大泥浆稠度至设计要求。每次灌浆后，要提一提注浆管，以免孔底堵塞和孔口冒浆，灌1-2 次后，可提高1-2m。

3.4.2 坝体与基岩接触带灌浆

坝体与凹凸不平的基岩面直接相连，坝体回填时基岩和坝体接合不十分紧密，在高水位作用下局部出现接触渗漏，造成集中渗流和接触冲刷。经反复试验，采取以下方法：

（1）钻孔钻到距基岩面0.5-1.0m 时，用击入法将套管下至基岩面，由于基岩面凹凸不平，套管不可能与基岩面完全接触，但在击入过程中套管可以与坝体紧密接合，保证浆液沿坝体与基岩接触面流动。

（2）在浆液沿接触面流动且局部坝体质量较差时，部分浆液将进入坝体，造成坝体的劈裂、冒浆和隆起变化。针对这种情况，对坝体隆起变化不大，或虽产生裂缝，但未冒浆，可在低压下结束灌浆，待凝结后在规定压力下进行复灌;对坝体隆起变化较大，或发生冒浆，应立即停灌，待初凝后进行复灌。这样既可把坝体与基岩接触面及坝体裂隙灌好，又保证了大坝的安全，效果良好。

3.4.3 基岩表层风化破碎带灌浆

基岩表层风化严重，岩石破碎，且被较多的粘土、碎石等松散物充填，钻孔不易冲洗干净，灌浆在坝顶上进行，灌浆压力的增加受到限制，浆液不易被灌入。为了保证灌浆质量，一是缩小段长。将一个灌段5.0m分为1.5m、1.5m、2.0m 三段进行灌浆，段长越小，裂隙的差异性越小，压力越集中，越易被灌好;二是逐级提高压力，在保证大坝安全的前提下，增加浆液的扩散范围，在较高的压力下结束灌浆。

4 劈裂灌浆的质量控制

有效地控制劈裂灌浆施工，是确保工程质量达到设计要求的关键。在水库加固施工过程中，要施工步骤、操作要求、问题处理（裂缝、冒浆、串浆、隆起等）、施工技术措施以及管理制度等五个方面加以控制。采用“先稀后稠、少灌多复”的原则。一是每个灌浆孔都要经过多次复灌，前两次应避免坝顶裂缝，后几次复灌时，坝顶裂缝宽度控制在3cm 以内;二是孔口压力控制在设计最大允许灌浆压力之内;三是每孔必须达到终孔后，方能起管，直至浆面不再下沉为止，最后加填夯实。

5 结束语

综上所述，劈裂灌浆简便易行，速度快，质量可靠，防渗效果好，经济适用，是土坝防渗加固的有效方法之一。通过不断改进施工技术，劈裂灌浆将对土坝除险加固具有很大意义。东风水库大坝坝体通过劈裂灌浆，达到浆坝互压作用和坝体湿化变形，补充了坝体小主应力，调整了坝体内部的应力不平衡状态，增加了坝体稳定性，提高了坝体防渗效果。

参考文献：

[1]王洪恩、卢超.《堤坝劈裂灌浆防渗加固技术》.水利水电出版社ISBN：9787508432335.2006.1

[2]白永年、关德斌、王洪恩、刘宪奎.《土坝坝体劈裂灌浆技术》.北京：水利电力出版社.1987：131

[3]傅琼华.病害水库整治中的土坝坝体劈裂灌浆技术.江西水利科技.1994.12