论土坝劈裂灌浆技术在水库土坝除险加固中运用

摘要：劈裂灌浆技术作为近年来发展速度较快的一种施工工艺，是改进坝体稳定性和提高坝体防渗水平的重要形式。本文结合工程应用实例，介绍了土坝坝体的设计工作及岩土工程地质条件，着重就劈裂灌浆施工技术进行探讨，并总结了施工质量控制措施及质量检查工作，为类似工程研究提供借鉴意义。
关键词：土坝坝体；劈裂灌浆技术；施工方法；质量控制

随着我国社会经济建设的快速发展，市政基础设施建设步伐加快，水库作为水利水电工程的重要部分，在推进城乡经济发展方面发挥着不可替代的作用。目前许多水库主坝主要是土料和砂、砂砾、卵砾、石碴、石料等材料构筑而成的均质土坝，但由于土坝坝体密实度差、坝身不能溢流，加上容易受到地质条件、天气环境和人员操作等因素的影响，坝坡及坡脚处会有裂缝现象的产生，导致坝体出现渗水的情况，严重威胁到水库坝体结构的稳定性及质量安全。因此，水库坝体防渗加固处理就显得十分重要了。劈裂灌浆技术是一项新兴的工艺技术，具有施工方便、工艺简单和造价低等优点，能够有效改进水库坝体结构的稳定性和耐久性，提高坝体的防渗水平，目前在水库除险加固处理中得到广泛的应用及推广。

1 工程概况

某水库主坝为均质土坝，坝高17m，长度386m，坝顶宽度6m。坝体土质密实度差，坝坡及坡脚多处出现渗漏水，其中坝坡脚的渗漏较严重，渗漏量达到96.30m3/d；主坝河槽段坝体出现裂缝多条，缝宽5～25mm不等，上述问题严重影响着坝体及下游群众生命财产安全。鉴于上述情况，必须对水库主坝进行除险加固；根据场地工程地质条件，对常用的几种坝体除险加固方法进行了比较、论证，最终选用劈裂式灌浆施工技术作为本工程的除险加固方法。

2 设计要求

根据主坝存在渗漏水、河槽段部份坝体出现裂缝等安全隐患，选用劈裂式灌浆技术除险加固。
(1)泥墙厚度≥12cm，要求其连续性好，有一定的密实度，并垂直于坝体；
(2)坝体渗透系数采用钻孔分段注水检测法，渗透系数应小于或等于1×10-6cm/s，
(3)浆液材料为粘土+水泥。对粘土料的要求：塑性指数8～15，粘粒含量20%～30%，粉粒含量30%～50%，砂粒含量10%～30%，有机质含量＜2%，可溶盐含量＜8%。水泥品种：普通硅酸盐水泥，强度等级32.5，掺入量为粘土重量的10%。

3 坝体和坝基岩土工程地质条件

坝体及坝基的岩土工程地质条件自上而下为：
①素填土，厚度7.10～18.80m，主要由粘土组成，上～中部含少量碎石，底部的碎石含量较多，碎石直径8～22mm，孔隙比e=0.857。
②粉质粘土，厚

2.30～3.70m，含少量中细砂，孔隙比e=0.758。

③残积土，揭露厚度3.70～1

1.20m，属花岗混合岩风化土，孔隙比e=0.897。

渗透性试验：除险加固施工前，在坝体进行了3个钻孔的注水试验工作，钻孔深度12.50～20.50m，共计10段注水试验孔段。其试验结果：渗透系数为K=4.46～8.36×10-4cm/s，平均K=6.41×10-4cm/s。由于坝体底部的碎石含量较多，局部与坝基填筑的密实度差，导致坝坡脚产生大量的渗漏水，其渗漏量达96.30m3/d。

4 施工方法

土坝劈裂式灌浆施工方法：通过钻机造孔至设计深度，做好孔口的防护工作，防止灌浆过程中孔口垮塌而影响后续的灌浆工作；然后下入灌浆管、封闭孔口，进行劈裂式灌浆工作。劈裂式灌浆是运用坝体应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈裂，同时灌入合适的浆液，使其形成近似于垂直的连续防渗墙，堵塞漏洞或裂缝，提高坝体的防渗能力；同时通过浆、坝互压和湿陷，使坝体的应力重分布，提高坝体的变形稳定性。
(1)施工难点
主坝河槽段部份坝体在灌浆施工前，其坝顶及坝坡沿坝轴线出现长度12.50～46.00m的裂缝多条，缝宽5～25mm，同时在坝坡及坝坡脚出现多处渗漏水。灌浆施工期间正处于雨季，坝土体湿度大、稳定性差，施工中若有不慎，将会造成原裂缝增大、坝坡滑落等事故，严重影响主坝的安全。因此，施工中必须控制好灌浆压力及灌入量，将原裂缝处理后的发展宽度控制在允许的范围内。保证上述坝段的安全是本工程施工的难点和重点。
(2)布孔
以坝轴线为中心，在坝顶按坝的全长度布设两排灌浆孔，排距2m，孔距3～5m，两岸坡段的孔

摘自：学术论文网{#GetFullDomain}

距3m，河槽段的孔距为5m。钻孔深度1

2.50～20.50m，总灌浆孔数225个。

(3)工艺流程
本工程的灌浆孔分Ⅲ序进行钻灌施工。其施工工艺流程：先钻灌河槽段，后钻灌岸坡段；首先施工下游排工序孔→钻机就孔位→造孔至设计深度→加固孔口→下入灌浆管→封闭孔口→灌浆→第一次灌浆结束。
达到复灌的时间间隔后，复灌的工艺流程：钻机就复灌孔位→扫孔至原钻孔深度→下入灌浆管→封闭孔口→灌浆→第二次灌浆结束。灌浆至符合设计要求的次数，然后按要求封填孔口，该孔的灌浆施工结束。
下游排Ⅰ序孔施工完毕，以此类推，施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔；待下游排的钻孔钻灌施工完毕，即可进入上游排的钻灌施工，其钻灌顺序同下游排孔。
(4)造孔
按照工艺流程中的施工顺序开展造孔工作。为方便加固及封闭孔口，提高灌浆质量，本工程的造孔口径为91mm。造孔时必须保证钻机及机台周正、平稳，钻孔偏差不大于孔深的1.5%。灌浆施工期间正处于雨季，为减少坝体土质湿化，保证主坝的安全，采用干法造孔。造孔过程中指定专人记录钻探进尺、孔内情况；发现坝体中存在大的裂隙、蚁穴等应及时处理，保证后续工作顺利进行。
(5)灌浆材料
根据设计要求，灌浆材料采用粘土+水泥配制成混合浆液。粘土的塑性指数、粘粒、粉粒、砂粒、有机盐和可溶盐含量等指标必须符合设计要求。水泥品种为普通硅酸盐水泥，强度等级3

2.5，掺入量为粘土重量的10%。

(6)灌浆
灌浆顺序同造孔顺序，造孔至设计深度或复灌时扫孔至原钻孔深度即可进行灌浆工作。根据施工工艺流程：首次灌浆时钻一孔灌一孔，复灌时将原孔扫孔至原孔深，扫一孔灌一孔；以此类推，每一钻孔灌浆应满足设计要求。
本工程的灌浆采用孔底灌浆全孔灌注的方法：将灌浆管下至孔底并封闭孔口，使灌入孔内的浆液由孔底翻向全孔，并处于半循环状态，全孔的灌入浆量大且效果好。浆液在坝体内处于封闭状态，便于提高灌浆压力，保证灌浆质量。当灌浆停止时，坝体产生的回弹压力较大，有利于提高浆体的密实度和固结速度。
浆液浓度：浆液浓度应根据先稀后浓的原则，合理选用。本工程选用浆液的密度范围在

1.3～6g/cm3，灌浆施工应根据其灌入量大小变化情况，及时调整浆液浓度。

封孔：每孔灌浆结束拔出灌浆管后，即可灌入密度大于1.6g/cm3的稠泥浆；当浆面下降时，可继续灌入稠浆，直到浆面升至坝顶不再下降为止。待其沉降密实后，用干粘土封填孔口，边投粘土边捣实至平坝顶。

5 主要技术参数

(1)灌浆压力。通过现场试验得出灌浆压力达到0.5～0.55MPa时，坝体即产生劈裂，因此，该压力值作为灌浆施工时应控制的最大允许灌浆压力；
(2)浆液密度

1.3～6g/cm3；