劈裂灌浆技术在土石坝坝体防渗加固中的应用分析

林玉成

四会市东城街道水利水电管理站 526200

摘要：劈裂灌浆技术是我国水利工作者通过总结土坝坝体灌浆经验提出的一种新式灌浆方法，由于施工简便、材料来源广、投资省而在土坝坝体防渗加固工程中取得显著成效，本文结合广东四会大南山水库大坝坝体防渗加固实践分析了该项技术的应用。

关键词：劈裂灌浆；防渗加固；应用；土石坝

劈裂灌浆技术产生于20世纪70年代，是在充填灌浆基础上发展起来的一种新型灌浆技术，已成功用于上千座土坝坝体，在中小型水库大坝除险加固工程中取得良好效果[1]。该项技术具有处理效果好、施工简便、经济性强等优势，适用于各类型的土坝坝体，如低矮均质坝和高薄心墙坝坝体。土坝坝体施工时若碾压不实就会出现坝体松散、裂缝较多、渗漏严重等问题，通过劈裂灌浆可有效填塞渗漏通道，并能在坝体内部形成一道连续的防渗墙，这样就能达到防渗加固的效果[2]。广东四会大南山水库应用劈裂灌浆技术很好地解决了坝体渗水严重的问题，本文相关应用进行了分析。

1 工程概况

四会大南山水库建于1971年12月，是一座以灌溉为主，结合防洪、养殖的小（一）型水库。集雨面积3.36km2，总库容145万m3，承担4.7km2以上的农田灌溉任务。大坝为均质土坝，迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2.5，坝顶长141m，坝顶宽6m，坝顶高程110m，最大坝高35m。水库建设时发动群众采用大兵团作战方式，建成之初坝体就出现了严重的渗漏，加上其他一些问题，使水库一直未能正常运行。于是上级主管部门决定投资对水库进行维修加固，其中大坝坝体防渗选择了劈裂灌浆技术。经过处理大坝坝体渗漏问题得以解决，水库最终也可以正常运行了。

2 劈裂灌浆施工准备与试验

2.1 灌浆孔布置

由于坝顶宽只有6m，所以沿坝轴线布置单排孔。由于该坝坝体碾压质量较差，并且渗水又较严重，所以决定钻孔至坝底，最大孔深大于等于35m。根据《土坝坝体灌浆技术规范》规定，孔深大于15m时，终孔孔距可采用10m。岸坡段孔深小于15m时，终孔孔距取5m。为了保证浆液在坝体内有足够的析水固化时间，所以分两序施工。根据钻孔深度，考虑泥墙厚度10～20cm。灌浆液采用纯黏土浆，干容重取灌浆1年后1.40～1.60t/m3。

2.2 灌浆仪器设备准备

根据大坝劈裂灌浆设计要求，选择钻机为XJ-100型，该设备最大钻进深度可达100m，终孔直径75mm，并且具有回转和冲击两种钻进功能。泥浆搅拌机采用WJG-80型，搅拌容量为280L。泥浆泵采用BW-250/50型（2套），为3缸泵，流量15m3/h，最大压力可达5MPa。其他设备和仪器包括水泵（配套柴油电动机）、1000L储浆罐、测斜仪、压力表、输浆胶管、比重计、经纬仪、水准仪、灌浆记录仪等。

2.3 灌浆试验

正式施工前，根据设计要求进行劈裂灌浆生产性试验，以确定施工参数。泥浆采用当地经过筛选的黏土配制，黏土性能符合《土坝坝体灌浆技术规范》规定的要求。开灌浆液密度取1.2～1.3g/cm3，坝体劈开后更换为密度1.5～1.6 g/cm3浓浆，封孔浆液密度取1.7 g/cm3。起始劈裂压力为130～190kPa，最大单孔灌浆压力为230 kPa。

3 劈裂灌浆施工

3.1 施工流程

平整场地→做阻浆盖→布孔放样→造孔→制浆→灌浆→终灌→封孔→顶面处理

3.2做阻浆盖

为避免灌浆时孔口开裂或冒浆，沿坝轴线（即孔口中心线）挖一条沟槽，宽、深为0.7m×1.5m，然后填入黏土并夯实，这就是阻浆盖。

3.3布孔放样

按设计要求测量放样，放出孔口位置。然后在各孔口位置打入钢制孔口管。管子直径101mm，长2m。

3.4造孔

钻孔分序钻进，先钻1序孔，孔距为20m或10m。完成1序孔灌浆后再在孔之间造2序孔，终孔孔距就达到10m或5m。钻孔采用湿钻方法，并以少量泥浆护壁。开钻直径85mm，终钻直径75mm，控制孔斜不超过孔深的3%。经过检测孔深达到设计深度就下放注浆管。管底距孔底0.5～1m。整个钻孔过程做详细记录。

3.5制浆

采用湿法制浆。黏土先经过浸泡，再过筛后加入搅拌机中，搅拌之后过2道5mm孔的筛网就可以放进储浆罐内。安排专人测试泥浆密度和黏度，黏度应控制在20～100s之间，开灌或小裂缝采用20s的泥浆，大裂缝采用50～100s的泥浆，终灌用100s以上的泥浆。灌浆前泥浆应再过1道35孔/cm2的筛网。

3.6灌浆

劈裂灌浆原则是“稀浆开路，浓浆灌注”、“限量灌浆，少灌多复”的原则。稀浆开路是指采用1.2～1.3g/cm3的稀浆开灌，坝体开裂后再采用1.5～1.6 g/cm3的浓浆。限量灌浆是指每个孔每次灌浆量控制在0.5～1.0m3之间，少灌多复是说每孔灌浆次数要达到5～10次。复灌间隔5d。灌浆采用孔底注浆、全孔灌注的方式，同时控制一次灌浆量和灌浆压力。每次复灌浆前提升灌浆管1～2m，避免孔底堵塞和孔口冒浆，但最后1次灌浆管不能太短，距坝顶不少于5m。灌浆压力控制要满足“内劈外不劈”的原则。对于初灌和复灌不起压的孔，劈裂压力一般在50kPa以内，这种情况下应全泵量灌注，直至限定灌浆量为止。对于孔内吃浆量明显，同时孔口压力也会升高的情况，国内工程劈裂压力大都在50～300kPa范围内，本工程在130～190kPa之间，最大不超过230kPa。灌浆开始后压力升至最大值，劈裂后压力迅速下降直至零。随着复灌次数增加，坝体质量改善，灌浆压力会有所提高。为了保证大坝安全和取得较好的灌浆效果，每次灌浆时都要监测坝体横向水平位移量。本工程设计要求最大位移限定在3cm以内，实测平均位移1.5cm，最大位移为3.3cm，此时最大裂缝宽度为2.1cm。

3.7终灌

当坝顶裂缝开始冒浆，在无压状态下反复轮灌，直至坝顶表面3次冒浆，并且裂缝内浆液面不再下沉，这时即可终灌。

3.8封孔

终灌后拔出注浆管，静置1d后抽出孔内清水，填入密度1.7 g/cm3的浓浆。再静置1周后抽水并注入浓浆，然后填入干土封孔，压实。

4灌浆问题处理

4.1冒浆问题

施工过程中曾出现输水涵管处冒浆问题。钻孔时产生严重冒浆会降低钻进效率，延长施工工期，所以要采取措施处理。解决办法是停灌待凝，并在泥浆中加入膨润土增稠，通过少灌多复方式封堵冒浆处的裂缝。

4.2 卡钻现象

由于坝体填筑时使用了部分塑性较大的黏土，施工时发生缩孔而卡钻，采用常规倒打吊锤起吊钻杆方式起吊缓慢，而且因为振动加重了缩孔，导致注浆管无法下放到位，后来改用倒链起吊钻杆才解决了这个问题。

4.3 串浆问题

施工过程中出现相邻两孔或隔孔冒浆现象，表明两孔或隔孔之间的浆脉连通了，这种现象称为串浆。为了阻止串浆，应堵塞冒浆的孔后再继续灌浆。

4.4 复灌压力

前已述及，随着复灌次数增加，灌浆压力会有所提高，但很多时候复灌压力低于初灌压力，究其原因是浆液未凝结所致，可在浆液中掺入干土质量15%的水泥，可加快浆液凝结。

5 結语

四会大南山水库土坝坝体经灌浆处理后，坝体渗漏量明显减小。两年后探测发现劈裂灌浆形成的浆脉已连成整体，防渗帷幕墙已经形成，坝体内裂缝、空穴等缺陷已被填实，表明劈裂灌浆技术应用于土坝坝体防渗加固取得满意效果。

参考文献：

[1] 王或果. 劈裂灌浆技术应用过程控制要点分析[J]. 水利建设与管理，2015（3）：23-26.

[2] 胡皓. 土石坝劈裂灌浆技术在病险水库防渗处理中的应用[J]. 内蒙古水利，2015（4）：113-114.