劈裂灌浆施工技术在罗坑径水库坝体防渗加固中的应用

□林文平

一、工程概况

罗坑径水库位于广东省博罗县麻陂镇境内，距麻陂镇7km，为小(1)型水库，工程枢纽由主坝、副坝、溢洪道、灌溉涵管等组成。主坝为均质土坝，其中最大坝高21.5m，坝顶长110m，水库的任务以灌溉为主兼顾防洪、城镇供水。

从施工期布设先导孔所探明的地质勘查资料得知，主坝坝体填筑土多为含砾粘土，干密度在1.29～1.48g/cm3之间，孔隙比在0.847～1.136 之间，数值波动变化较大，说明坝体的填筑质量不稳定，绝大部分填筑土粘性较差，结构较为松散，因此坝体的渗透系数较大，经水库管理单位观测检查，在高水位时，发现坝背坡表面湿润、有渗水，个别部位出现“牛皮涨”现象，当水库水位稍高时，坝的渗透量加快，给水库带来安全隐患。经过加固方案的论证比较，决定主坝坝身及坝基采用坝体劈裂灌注粘土浆进行防渗处理的加固方法，以期达到坝体防渗的要求，确保水库大坝的安全运行。

二、劈裂灌浆技术的机理

劈裂灌浆技术是一项处理病险堤坝的常用技术。其基本施工工艺是：沿坝轴线小应力面布设灌浆孔，通过较高的灌浆压力劈开坝体，由防渗浆液沿坝轴线构成垂直连续的防渗帷幕，以解决坝体渗透稳定问题，同时在反复劈裂—回弹过程中的浆坝互压和析水湿陷固结，使灌浆轴线两侧一定范围内坝体土的密实度也得到提高。由于采用较高的灌浆压力，浆液具有劈裂、穿透、充填、渗透等作用，凡是横穿坝体的洞穴、裂缝、松散土层都被充填渗透、挤压密实，形成以浆脉为主体，并有一定宽度的防渗带，从而达到防渗加固的目的。

三、灌浆施工

在本工程施工中，主要是围绕以下五方面技术要点来进行实施，包括:灌浆布孔、施工设备选择、灌浆压力确定、浆液选择与制作、灌浆过程控制以及特殊情况的处理。

(一)灌浆布孔及设备选择

沿主坝轴线全线布孔，布置范围：0+000～0+100桩号，最终孔距5m。为掌握坝体及地基的地质情况，沿布孔线每隔40m布设一个先导孔，以确定灌浆孔底坝基岩和相对不透水层顶线高程。灌浆分三序进行，第一序孔距为20m，第二序孔距为10m，第三序孔距加密为5m。孔深钻至坝基下3m的相对不透水层(见图1、图2)。灌浆设备采用XL-100型钻机1台，WJG-80型搅浆机1台，YSB-250/120型灌浆泵2台，经纬仪1台，DS3水准仪1台，1000L储浆罐2个。

(二)灌压力的确定

灌浆压力分为起始劈裂压力、单孔灌浆最大压力和屈服压力，是在灌浆施工必须确定和严格控制的压力。灌浆压力受坝高、坝坡、坝体土料特性、压实质量、钻孔深度以及实施灌浆的材料等因素影响。根据设计的要求和本工程已进行的先导孔作劈裂灌注试验，来确定起始劈裂压力、单孔灌浆最大压力、屈服压力和初步估算注浆量，以指导工程的全过程灌浆施工。

本工程通过试灌实测起始劈裂压力为0.13～0.19MPa，确定单孔灌浆最大压力为0.23MPa，单孔灌浆最大压力是灌浆时一定要控制不能超过的压力。依据已有的经验和施工图估算，一般坝体防渗帷幕厚度呈“上下薄，中间厚，两端薄”的状态，故拟定浆体厚度为5～10cm。

(三)灌浆材料的选择与制作

劈裂灌浆制浆材料原则上使用纯粘土浆，粘粒含量要适宜，相关的指标应符合规范及设计的要求。本工程的取土料场经试验，其颗粒级配较合理，有机质可溶盐含量低，含砂量少，稳定性好，胶体率较高，适于作劈裂灌浆制浆材料。

采用搅浆机湿法制浆，随时测定泥浆的浓度，浆液稠度由专门人员用比重计进行控制。泥浆浓度在灌浆初始时用稀浆，密度为1.2～1.3kg/cm3,待坝体被劈裂开后改用浓浆，正常灌注浆时浓度可达1.5～1.6 kg/cm3,封孔时浓度可达1.7 kg/cm3以上。土料经浸泡、过筛，送入搅浆机搅拌，制出浆液后再经过两次孔目为5mm的筛子过滤后，贮入储浆罐备用。

(四)灌浆过程的控制

灌浆采用孔底注浆全孔灌注法，施灌时按照：稀浆开路、浓浆灌注、分序施灌、先疏后密、少灌多复、控制浆量的原则进行，实施时将注浆管下到离钻孔底部0.5～1.0m处。其工艺流程按：开挖沟槽→钻孔→制浆→灌浆→终灌→封孔。具体的施灌方法及工艺依据《土坝坝体灌浆技术规范》执行，在此就不一一阐述。现主要介绍在施工过程中应注意控制的要点：压力、灌浆量、坝体的变形控制、复灌次数及间隔时间。

1、严格控制灌浆压力。灌浆压力根据上述试验初定的大小按每阶段控制，使用准确可靠的压力仪表和仪表旁的排浆阀控制孔口压力，不得随意施压。每孔每次均有专人负责观测记录，从起始灌注至终灌均须按照预定的方案进行，通过逐步提高压力的方式，增加灌浆压力，并按“内劈外不劈”的原则加以把握，严禁一次劈裂很长的情况出现。

2、灌浆量的控制。在灌浆过程中尽量推迟坝顶出现裂缝的时间，采用控制灌浆泵流量等措施控制好每次的灌入量，否则坝体裂缝会逐渐扩大，同时坝体会产生压缩和位移。制定好停灌标准，当灌注时不吃浆、坝顶连续冒浆3次或孔口压力达到0.23MPa时，立即停灌，再提升注浆管3.5m，继续进行灌注，如此反复，直至达到实际要求为止。每次灌浆量控制在5m3以内。

3、坝体的变形控制。本工程重点控制坝体的横向水平位移与竖向沉陷，在坝轴线方向每隔20m设置一组木桩观测标点，每组分坝顶、上下游坝肩、背水坡各一个观测标点，利用经纬仪、水准仪等测量仪器在灌浆期间，每天观测2次，非灌浆期间，每5天观测1次，观测坝体的横向、竖向的位移情况，同时观测局部位置的沉陷等其他情况，做好观测记录，以判断坝体的位移是否在规范的范围内，以便制定对策。

4、复灌次数及间隔时间。按规范每孔必须复灌至少5次以上，第一序孔吸浆量较大，复灌次数也相应多些。按现场的实测，基本每孔复灌6～8次。第二序孔主要起到均匀帷幕的作用，复灌次数可少些，一般为4～5次。第三序孔主要是起到加密、充实帷幕的作用，复灌次数3次。在靠近坝肩两边段，因钻孔深度较浅，三个序段的复灌次数也相应减少。总之，依据现场的实际吸浆量、坝体的变化情况，可适当调整复灌次数。

复灌的间隔时间，采用的控制原则是“灌浆量大，间隔时间长；灌浆量小，间隔时间短”。待前一次灌入的泥浆基本固结后，再进行复灌。本工程的复灌时间最短3天，最长22天。

四、灌浆的效果

罗坑径水库主坝坝体经劈裂灌浆加固后，原坝体湿润、渗水及牛皮涨的现象被解除；在正常蓄水位的条件下，检查坝后埋设的测压管，其下游坡水位比灌浆前明显降低；经检查孔注水试验，其指标均能满足设计与规范的要求；测量坝横断面面积均比灌浆前略有缩小，说明坝体干密度有一定的提高。

五、结语

在小型水库土坝坝体防渗加固中，劈裂灌浆技术具有造价低、质量好、易于操作的特点，经过实施可以解决土坝渗漏的问题，提高坝体的密实度，增强水库大坝的质量标准，使得水库能正常蓄水，安全运行。实践证明，劈裂灌浆技术是一项很有应用价值的工程技术，是可行的，值得推广。