＿ 水利水电施工 ２０１０・第６期 总第１２３期 劈裂灌浆技术在印沟水库除Ｉ￣Ｊｌ１］固工程中的应用 蛰蒋自胜／（中国水利水电第十一工程局有限公司） （１）开挖回填黏土方案：需放空水库，工程量大，造 １ 工程概况 印沟水库位于洛阳新安县境内，系该县卫星渠总干 渠上的一个“结瓜水库”，卫星渠在大坝顶上通过，水库 价高，且对坝前的输水建筑物和护砌容易造成破坏。 （２）混凝土防渗墙方案：能解决坝体的防渗问题，但 对坝体的变形稳定却无能为力。而且，采用该方案必须 拆除坝顶卫星渠，工期长，工程量大，造价高。 为渠道调剂水量，是一座以防洪、灌溉为主的小型一类 水库。 印沟水库建于１９５８年４月，１９５９年５月完工。设计 （３）高喷灌浆方案：采用水泥灌浆，适用于各类地层 的防渗处理，造价高。 （４）劈裂灌浆方案：允许在较高水位下进行施工， 能较好地解决土坝的变形稳定及渗透破坏问题，施工设 备和技术简单，操作方便，见效快，可就地取材、造 价低。 总库容２１＇７万ｍ。，死库容６．５万ｍ３。设计防洪标准３０ 年一遇，按５００年一遇校核，最大坝高２５．５ｍ，坝长 ２７２．Ｏｍ，坝顶宽７．５ｍ，为均质土坝。 坝体填筑土料主要为低液限黏土（粉质黏土）。受当 综上所述，从方案的技术性、经济性定性分析，劈 裂灌浆方案优于其他三种方案，故选择该方案作为本工 程的加固处理方案。 时技术条件局限，工程施工技术和工艺较为落后，造成 坝体施工质量较差，坝体土料压实度合格率仅为３Ｏ ， 渗透系数不能满足设计要求。加之坝体经过多年的水压 作用，年久失修，坝体相继出现了裂缝、局部沉降、渗 水量大等严重的质量问题。给下游的陇海铁路以及上万 居民与耕地造成了很大威胁，对坝体的加固处理已刻不 容缓。 ３劈裂灌浆加固机理与灌浆参数设计 ３．１劈裂灌浆加固机理 劈裂灌浆是运用坝体应力分布规律，用一定的灌浆 应力将坝体沿坝轴线方向劈裂，同时灌注适宜的泥浆， 形成铅直连续的防渗泥墙，堵塞漏洞、裂缝以提高坝体 防渗能力，同时通过浆、坝互压和湿陷，使坝体内部应 力重新分布，由应力的不均衡趋向均衡，以提高坝体变 形稳定性。 ２加固处理方案比选 针对工程存在的质量问题，主要应采取两方面的措 施：一是从坝体的变形稳定方面消除裂缝及不均匀沉降 隐患；二是从渗流稳定方面解决渗流量大的问题及渗流 破坏隐患。对于土坝这类质量问题，目前所采取的加固 处理方案主要有：开挖回填黏土、混凝土防渗墙、高喷 ３．２灌浆参数设计 灌浆参数包括布孔、灌浆深度、段高、浆液性质、 灌浆应力等。 灌浆和劈裂灌浆等。 ４８ ・ ・ 基础处理与灌浆工程 ３ ２ １布孔 形布置，孔距５．０ｍ。每排孔分两序施灌。 ３．２．２灌浆深度 根据坝体处理的范围，首先从坝顶向下清除２．Ｏｍ至 高程３０６．８０ｍ处，再进行灌浆施工。共布两排孑Ｌ，排距 劈裂灌浆深入库区淤积面以下３．Ｏｍ，如果已钻至基岩， 姗 瑚 １．５ｍ，第一排孔距上游坝面７．２５ｍ，长２７２．０ｍ；第二排 孑Ｌ距下游坝面７．７５ｍ，长１８５．Ｏｍ。两排孑Ｌ位交错呈梅花 枷 则应进入弱风化层以下１．Ｏｍ。钻ＴＬＴＬ径７５ｍｍ，孔距５．０ｍ。 灌浆布孔及灌浆深度见图１。灌浆钻孔进尺明细见表１。 第一排灌浆孔 ＿Ａ４ Ａ５ Ａ６ Ａ ＿＾。Ａ Ａ ０一Ａ Ｉ—Ａ ２＾ ３Ａ ４＾ ５一Ａ ７＿＾ Ｂ１ Ｂ２ Ｂ３ Ｂ４ Ｈ‘鼬Ｂ７ Ｂ８ Ｂ９ⅢｎＨ“珊 “ 如 Ｂ１ 剐 脚叫髓时曲 皿６砬７瞄瞄＿ 第二排灌浆孔 Ｂ３０阱 ３１０ Ｖ３０８．８坝 图１ 印沟水库土坝劈裂灌浆纵剖面图 表１ 灌浆钻孔进尺明细表 （ｍ） 压力，有可能造成坝坡的位移。 泥浆劈开土体所需压力一般较小，通过灌浆试验， 编号 Ａ１ Ａ２ Ａ３ Ａ４ Ａ５ Ａ６ Ａ７ Ａ８ Ａ９ Ａ１Ｏ～Ａ３Ｉ 土层 ３．６７ ３．９５ ４．２Ｏ ４．４０ ４．６Ｏ ４．９５ ５．５６ ６．６３ ９．８７ 岩层 １ １ １ １ １ １ １ １ １ １２．６ Ｏ 灌浆孔口压力一般控制在ｌＯＯｋＰａ左右。二序孔灌浆压力 应大于一序孔。 编号 Ｂ１ Ｂ２ Ｂ３ Ｂ４ Ｂ５ Ｂ６ Ｂ７ Ｂ８ 土层 ３．８１ ４．０８ ４．３Ｏ ４．４９ ４．７５ ５．２Ｏ ６．Ｏ５ ７．７９ 岩层 １ ｌ ｌ １ ｌ ｌ １ １ Ｂ９～Ｂ３１ １２．６ Ｏ ４灌浆施工 ４．１ 劈裂灌浆施工工艺 ３．２．３段高 采取全孔一次灌注法。灌注从孔底开始，直至灌浆 平台。 ３ ２．４浆液性质 ｆ制浆卜 ４．２劈裂灌浆施工方法 劈裂灌浆施工采用“坝体分段、分序钻灌、孔底注 浆、全孔灌注、综合控制、少灌多复”的原则，即灌浆 选用适宜的浆液是保证灌浆质量的重要因素。浆液 应可灌性好、稳定性高、析水固结快、形成的浆体防渗 性能强，并且考虑充分利用当地材料和降低造价等因素。 通过对当地黏土泥浆的物理力学性能试验，选用重粉质 时先河槽段、后岸坡段，先灌第一排孔、再灌第二排孔， 同排孔先灌一序孑Ｌ、再灌二序孔，注浆从孑Ｌ底开始、全 壤土或重壤土，泥浆的密度采用１．２Ｏ～１．６０ｋｇ／ｃｍ３。 ３．２．５灌浆压力 孔注浆，注浆标准采用注浆压力与注浆量控制，单孔注 浆重复５次以上。其施工方法简述如下。 ４．２ １钻孔 灌浆压力是劈裂灌浆施工中一个很重要的指标，当 灌浆压力大于起裂压力和裂缝扩展压力时，随着裂缝的 钻孔采用回转钻机，湿法钻进，泥浆护壁。开孑Ｌ位 扩展，浆液进入土体而形成防渗帷幕，灌浆压力适宜， 泥浆可以通过灌浆压力对防渗帷幕两侧土体进行挤压、 充填、渗透以提高其压实度与作用范围。但过大的灌浆 置与设计位置偏差不得大于５ｃｍ，孔底偏斜率不得大于 １．５ 。钻孔时应详细记录孔位、孔深、地层变化、漏浆 等特殊情况。 ・４９・ 水利水电施工 ２０１０・第６期 总第１２３期 ４．２．２制浆 冒浆孔用止浆塞封堵，然后在注浆孔再继续注浆；二是 将注浆孑Ｌ与冒浆孔并联，同时进行灌注。 浆液采用纯土配置，搅拌机湿法制浆，随时按设计 要求测定、控制浆液密度。浆液密度一般每小时测定１ （３）隆起：注浆期坝面隆起，一般是由灌浆量过大、 时间长、压力高等原 引起的。处理办法：马上停灌， 处理隆起部位，延长灌浆间隔时间至７～１０ｄ，复灌时采 用低压力、小浆量多次重复施灌。 （４）裂缝：说明压力过大、工艺不合理或一次灌浆量 过大。此时应停灌，表面开挖、回填黏土，夯实堵缝， 复灌时采用低压力、小浆量多次重复施灌。如果裂缝较 深，可以用稠浆灌注裂缝，先灌上游，再灌下游，后灌 次，保证泥浆质量。开始采用稀浆灌注，待坝体被劈裂 后，改用浓浆。 ４ ２．３注浆 注浆采用灌浆泵，灌浆方法为：孔底注浆、全孔灌 注，稀浆开始、浓浆灌注，少灌多复、控制浆量。 注浆管下至距孔底２０ｃｍ左右，灌浆前，先将回浆管 打开，待泥浆输出后再关闭回浆管，形成慢压灌浆。灌 浆过程中，定时观察灌浆压力，测试浆液指标，计量进 浆量，观测坝体水平位移湿陷量。 注浆的原则是：一次灌浆量要少，重复注浆次数要 多，以加速浆液在坝体中的析水固结，提高泥墙质量。 按孔深每次单位灌浆量控制在不大于１．０３ｍ３／ｍ为宜， 单孔重复注浆５～１０次，间隔时间５ｄ左右。每次灌至基 本不吃浆时，将注浆管提升１～２ｍ，达到间隔时间后， 再复灌，直至注浆至灌浆平台。 ４．２ ４终灌 终灌标准为：①每孔灌浆量第一排孔每米平均不少 于ｌｍ３干土，第－－ｈＦｆＬ不少于０．５０ｍ。干土；②坝顶纵向 裂缝反复冒浆，孔内的浆液面不再下沉；③经过分序、 分次反复轮灌后，坝体基本不再吃浆说明坝体内所有裂 缝、洞穴均被泥浆充填挤压密实。 ４．２．５封孔 每孔灌完后将注浆管拔出，注满密度大于１＿５０ｔ／ｍ。 的稠浆封孔。为加大泥浆密度，在泥浆中掺人适量粉细 砂。封孔后用黏土覆盖。 ４．２ ６监测 灌浆过程中，成立专门观测小组对坝顶沉陷、坝顶 裂缝、坝坡漏浆、坝后渗流及库水位变化、灌浆压力等 进行观测，并收集整理观测成果，确保施灌安全。如发 现异常现象，应立即停灌，待异常现象排除后，再继续 施灌。 ４．３特殊情况的处理 注浆过程中，有时会遇到冒浆、串浆、裂缝等一些 特殊情况，需采用相应的处理方法后才能保证施工的顺 利进行，总结如下： （１）冒浆：对孔口冒浆可采用重新回填黏土或在黏土 中掺人少量水泥的方法，封堵套管外壁与孔壁之间间隙。 对孑Ｌ口以外部分的冒浆，采用限流、限压及嵌缝的方法 处理，如该法处理无效，则应停注待浆液凝结后再进行 复灌。 （２）串浆：在注浆过程中，若出现相邻两孔或隔孔冒 浆，这表明坝体内部裂缝串通或灌浆压力过大。一是将 ・５０・ 中间。 ５加固效果分析 本工程自２００８年３月１日始施工，至５月２０日结 束，历时７０ｄ，共造孔９２个，钻孔总进尺１０３８．２６ｍ，完 成防渗面积１５９３．７５ｍ ，灌入土料１７８６ｍ。。 从灌浆施工情况来看，第二序孔和第－－ｈ￣Ｌ吃浆量 明显减少，灌浆压力升高，大部分孔产生坝顶裂缝、冒 浆，且两孔劈裂缝连接，这足以说明浆体防渗帷幕已形 成，在坝体比较疏松的部位也能形成多道密集浆脉，坝 体中的裂缝和洞穴泥浆充填密实。 为了检查灌浆施工是否满足设计要求，在施工结束 一年后，在河槽段和岸坡段分别开挖两个探井，从探井 揭示情况看，坝内均自上而下形成近乎铅直连续的浆体 防渗帷幕，且浆体帷幕宽为１５ｃｍ左右。 从两探井所取土样进行现场试验，灌浆后土体干密 度最小为１．５３ｇ／ｃｍ３，最大为１．７２ｇ／ｃｍ。，其平均值为 １．６１ｇ／ｃｍ３，与灌浆前土体干密度值１．４０７ｇ／ｃｍ。相比有 了大幅度的提高，说明灌浆的效果是显著的。 ６结束语 印沟水库土坝系２Ｏ世纪５Ｏ年代建设，由于施工控 制不严，碾压不密实、压实度低，产生了疏松土层，降 低了坝体的抗渗能力及稳定性。经过劈裂灌浆加固处理， 压力泥浆通过挤压、渗透，充填了因碾压不实造成的土 体水平疏松层，弥补了施工上的缺陷，使土体的渗透系 数接近于设计指标，防渗能力提高，坝体密实度增大， 增大了坝坡稳定性，使土坝的正常使用功能得以继续 发挥。 综上所述，劈裂灌浆的机理和土坝的破坏机理相结 合，能够对应地解决土坝的变形和渗流破坏。且施工设 备及操作工艺简单，施工速度快，处理效果显著，可就 地取材、造价低廉，是水库病、险土坝进行加固处理行 之有效的好办法，应予推广。