劈裂灌漿在壩體加固中的應(yīng)用

　　摘要：劈裂灌漿利用最小主應(yīng)力面和堤軸線方向一致的規(guī)律，根據(jù)土體水力劈裂的原理，順堤向布孔，在灌漿壓力下以適宜的泥漿液為能量載體，有控制地劈裂堤身，將與漿脈連通的所有裂縫、空洞、空隙等隱患用泥漿充填密實(shí)，同時(shí)漿壓將筑堤土壓密，最終在堤內(nèi)順堤向形成密實(shí)、垂直、連續(xù)、有一定厚度的漿液防滲固結(jié)體，從而達(dá)到防滲加固、提高壩體穩(wěn)定性的目的。本文主要介紹了劈裂灌漿在秋風(fēng)嶺水庫(kù)主壩加固工程中的施工過(guò)程和質(zhì)量控制。

　　關(guān)鍵詞：劈裂灌漿；加固；　

　　1工程概況

　　秋風(fēng)嶺水庫(kù)位于廣東省汕頭市西南部的兩英鎮(zhèn)境內(nèi)，屬練江支流的秋風(fēng)水系，總庫(kù)容6903萬(wàn)m3。水庫(kù)主壩為均質(zhì)土壩，總長(zhǎng)為1650m，壩頂高程48.0m，壩頂寬度7.0m，壩體平均高度約20m。壩體建于上世紀(jì)50年代末期，主要依靠人工挑土筑壩。水庫(kù)經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，壩體部分已出現(xiàn)險(xiǎn)情，壩后坡滲水現(xiàn)象較嚴(yán)重，大部表現(xiàn)牛皮脹，局部呈沼澤狀，壩體的加固已刻不容緩。

　　壩體加固采用劈裂灌漿，劈裂灌漿就是沿壩軸線布孔，利用壩體小主應(yīng)力成基本沿壩軸線分布這一規(guī)律，用灌漿壓力沿壩軸線劈裂壩體，灌入泥漿構(gòu)造漿體防滲幕墻，同時(shí)與漿脈連通的裂縫、洞穴等壩體隱患，均被泥漿充填擠壓密實(shí)，達(dá)到防滲加固的目的。本大壩灌漿工程量為11127.2m，劈裂灌漿孔施工軸線為平行于壩頂軸線，位于大壩改建后壩頂軸線下游0.5m，劈裂灌漿形成的墻體與高噴防滲墻相連接。

　　2灌漿設(shè)計(jì)

　　2.1布孔

　　根據(jù)壩體隱患的性質(zhì)，采用單排布孔，孔與壩頂防浪墻的距離為4m，孔距4.0m，分二序施工，施工孔平面布置如下圖所示：（空白孔為Ⅰ序孔，陰影孔為Ⅱ序孔）

　　2.2孔徑孔深

　　灌漿孔徑為φ89mm，為了保證隱患部位得到充分處理，灌漿孔深為壩體清基線以上人工填土部分，以增加土體強(qiáng)度和防滲效果。

　　2.3漿液選擇

　　對(duì)漿液的要求是：可灌性好，穩(wěn)定性高，析水固結(jié)快，形成的漿體防滲性能強(qiáng)，并且考慮充分利用當(dāng)?shù)夭牧虾驮靸r(jià)低等因素。根據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，選用丘陵的紅粘土，漿液比重為1.3～1.6。

　　2.4灌漿壓力確定

　　灌漿壓力是劈裂施工中一個(gè)重要控制指標(biāo)，當(dāng)灌漿壓力大于起裂壓力和裂縫擴(kuò)展壓力時(shí)，孔就隨著裂縫擴(kuò)展，漿液進(jìn)入壩體而形成防滲幕墻。灌漿壓力如果控制得好，對(duì)于壩體的壓密和回彈，漿體的壓密和補(bǔ)充壩體小主應(yīng)力不足、保證防滲幕墻的作用等，都能起到好的效果，否則有可能破壞壩體的結(jié)構(gòu)，甚至出現(xiàn)險(xiǎn)情。

　　3施工方法

　　3.1劈裂灌漿主要施工設(shè)備

　　主要施工設(shè)備的名稱、規(guī)格型號(hào)、數(shù)量                          

　　3.2劈裂灌漿注漿試驗(yàn)

　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇有代表性地質(zhì)的地層進(jìn)行試驗(yàn)，開(kāi)挖檢查以直接觀察情況，測(cè)定灌漿厚度，有關(guān)技術(shù)要求參照《水利水電工程鉆孔試驗(yàn)規(guī)程》執(zhí)行。根據(jù)試驗(yàn)確定起初劈裂壓力P、裂縫擴(kuò)展壓力Pc、最大控制注漿壓力Pmin、注漿量Q等，以指導(dǎo)本工程整個(gè)過(guò)程的施工。

　　3.3劈裂灌漿施工

　　劈裂灌漿施工采用“壩體分段，單排布孔，分序鉆灌，孔底注漿，全孔灌注，綜合控制，少灌多復(fù)”的原則。

　�。�1）劈裂灌漿施工工藝流程

　　開(kāi)挖溝槽→鉆孔→制漿→灌漿→終灌→封孔

　　（2）劈裂灌漿施工方法

　　劈裂灌漿施工采用XY-100型鉆機(jī)2臺(tái)套造孔,YSB-250/120型調(diào)速注漿泵4臺(tái)套，分兩序施工，先進(jìn)行Ⅰ序孔施工，再進(jìn)行Ⅱ序孔施工。

　　3.4施工步驟

　　3.4.1鉆孔施工

　�。�1）鉆孔采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁。

　�。�2）鉆孔開(kāi)孔位置與設(shè)計(jì)位置偏差不得大于50mm。

　�。�3）鉆孔施工時(shí)應(yīng)采取預(yù)防孔斜的措施，并應(yīng)按設(shè)計(jì)要求測(cè)量孔斜,孔底偏斜率不應(yīng)超過(guò)1.5%。

　　（4）鉆孔的有效深度應(yīng)穿過(guò)待注漿地層進(jìn)入下部地層1.0～2.0m為宜。

　�。�5）選定部分一序孔作為向?qū)Э祝�采用芯樣、劃分層位，其深度�?yīng)大于墻體深度，間距不宜大于20m。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)詳細(xì)記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿、掉鉆等特殊情況。

　　（6）孔口管埋設(shè)：注漿鉆孔時(shí)埋設(shè)孔口管，以防止孔口塌落及孔口返漿，使壩的頂部注漿壓力由孔口管承擔(dān)，以避免地層表面劈裂，使灌注漿液在地層內(nèi)始終處于封閉狀態(tài)，因而可施加較大的注漿壓力，促使?jié){液析水固結(jié)；當(dāng)孔口壓力消失后，地層所產(chǎn)生的回彈壓力較大，有利于提高漿液的固結(jié)速率和漿體固結(jié)的密實(shí)度。在黏性土地層注漿壓力不大的情況下，直接將孔口管打入地層3～5m，利用黏性土的黏結(jié)力來(lái)防止冒漿及平衡注漿頂托力；在松散無(wú)黏性地層或注漿壓力較大的情況下，應(yīng)在孔口預(yù)先挖2m左右深的坑，將孔口管下入3～5m后，在管周邊回填黏性土并夯壓密實(shí)，必要時(shí)可回填塑性混凝土。

　　3.4.2制漿

　　采用攪拌機(jī)濕法制漿，隨時(shí)測(cè)定泥漿密度，控制達(dá)到設(shè)計(jì)要求，漿液比重為1.3～1.6。開(kāi)始采用稀漿灌注，待壩體被劈裂后，改用濃漿。

　　3.4.3灌漿

　　施灌原則是“稀漿開(kāi)始，濃漿灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多復(fù)，控制漿量”，施工時(shí)要將注漿管下到離鉆孔底部0.5～1.0m處，啟動(dòng)灌漿泵泥漿由射管?chē)姵�。漿液劈裂壩體始于注管底部，沿小主應(yīng)力作用面，逐漸向上發(fā)展�？椎鬃�漿可施加較大壓力，使壩體內(nèi)部劈開(kāi)，把較多的泥漿壓入壩體，產(chǎn)生擠壓變形，待停灌后，壩體產(chǎn)生回彈，有利于提高壩體和漿脈的密度。全孔灌注，漿液從注漿管底部涌出，自下而上、從壓力大處向壓力小處、從壩體質(zhì)量好部分向質(zhì)量差部分、從已充填部分向未充填的部分、從裂縫中間向邊緣流動(dòng)和充填。要求每次灌漿后，要提一提注漿管，以免孔底堵塞和孔口冒漿。灌1～2次后，可提管1～2m。

　　3.4.4質(zhì)量控制

　　一是灌漿開(kāi)始先灌稀漿，水泥漿比重控制在1.3，等孔口壓力突然下降后，再次將比重提高到1.4～1.6之間；二是初灌時(shí)應(yīng)避免壩頂出現(xiàn)裂縫，復(fù)灌時(shí)壩頂裂縫寬度控制在３cm以內(nèi)；三是每孔復(fù)灌間隔時(shí)間不少于5ｄ；四是孔口壓力控制在設(shè)計(jì)最大允許灌漿壓力之內(nèi)；五是每孔必須達(dá)到終孔標(biāo)準(zhǔn)后方能起管，直至漿面不再下沉為止，最后加填土夯實(shí)。

　　3.4.5終灌

　　灌漿采用初灌一次，復(fù)灌兩次，漿體幕墻厚度須達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如果復(fù)灌2次后的吃漿量大于總吃漿量的15％或壩頂連續(xù)冒漿即可終灌，否則則應(yīng)進(jìn)行第三次復(fù)灌、第四次復(fù)灌，直至最后一次的吃漿量小于總吃漿量的15％為止，直觀上要以飽、滿、實(shí)為度。

　　3.4.6封孔

　　在終灌后，先將注漿管插入孔底，再注入濃漿將稀漿或清水置換掉，直至濃漿填滿全孔為止，待漿液析水沉淀后，再進(jìn)行第二次封填，直至鉆孔封滿為止。

　　3.4.7灌漿期原型觀測(cè)

　　按設(shè)計(jì)要求沿壩軸線方向每隔20m設(shè)一觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，每級(jí)至少分別在壩頂上、下游壩肩處各設(shè)一個(gè)觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，標(biāo)點(diǎn)用砼樁或木樁做成。灌漿施工前應(yīng)對(duì)布設(shè)的各樁垂直位移點(diǎn)觀測(cè)2次，灌漿期每班觀測(cè)1～2次，壩面出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)增加觀測(cè)次數(shù)，灌漿間歇期每2天觀測(cè)1次，灌漿期間壩頂上、下游壩肩處橫向水平位移每次不得大于25mm。

　　3.4.8注漿中特殊情況的處理

　　注漿過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到冒漿、串漿等一些特殊情況，對(duì)這些情況的處理往往需采用一些特殊的方法。分述如下：

　�。�1）冒漿：對(duì)孔口冒漿可采用重新回填黏土或在黏土中摻入少量水泥的方法，封堵套管外壁與孔壁之間間隙。對(duì)孔口以外部分的冒漿，可采用限流、限壓及嵌縫的方法處理，如該法處理無(wú)效，則應(yīng)停注待漿液凝結(jié)后再進(jìn)行復(fù)注。

　�。�2）串漿：在注漿過(guò)程中，若出現(xiàn)相鄰兩孔或隔孔冒漿，這表明堤壩地基已經(jīng)劈裂，串漿兩孔之間漿脈已經(jīng)溝通。處理這種現(xiàn)象，一是將冒漿孔用止?jié){塞堵上，然后在注漿孔再繼續(xù)注漿，另一種是將注漿孔與冒漿孔并聯(lián)，同時(shí)進(jìn)行灌注。

　�。�3）隆起：注漿期地層隆起，一是由于注漿時(shí)產(chǎn)生水平劈裂，在注漿壓力作用下，對(duì)地層產(chǎn)生抬動(dòng)。在這種情況下，應(yīng)采取限壓方法或在保持注漿壓力的前提下，控制注入量。二是由于在注漿壓力作用下，對(duì)濕陷性大的土體產(chǎn)生擠壓變形，而造成局部隆起，這時(shí)則應(yīng)降低注漿壓力或調(diào)整施工方案。

　�。�4）吸漿量過(guò)大：一種情況是注漿土體過(guò)于疏松，在注漿壓力作用下，伴隨著出現(xiàn)較大的壓縮變形，使裂縫加寬，吸漿量增大。這時(shí)，伴隨注漿量的增加，壓力將逐步上升，應(yīng)繼續(xù)灌注到壓力上升至設(shè)計(jì)壓力或反復(fù)灌注到地層不吸漿為止。另一種情況是地層存在掏刷形成的空洞，這時(shí)應(yīng)一直灌注到空洞填滿為止。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　從灌漿施工情況來(lái)看，大部分孔產(chǎn)生壩頂裂縫、冒漿，且相鄰兩孔劈裂縫連接，說(shuō)明漿體防滲幕墻已形成，在壩體比較疏松的部位也能形成多道密集漿脈，壩體中的裂縫和洞穴被泥漿充填密實(shí)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，等粘土漿完全析水固結(jié)后，隨機(jī)對(duì)灌漿的部位進(jìn)行開(kāi)挖，檢驗(yàn)粘土幕墻的生成質(zhì)量。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖檢驗(yàn)，在壩體沿壩軸線方向形成數(shù)道粘土幕墻，寬度為10mm～50mm，漿脈累計(jì)厚度約100mm。通過(guò)漿壩互壓作用和壩體濕化變形，使壩體的小主應(yīng)力得到補(bǔ)充，調(diào)整了壩體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，增加了壩體的穩(wěn)定性。理論上由于壩體沿壩軸線方向存在粘土幕墻，阻隔了壩體內(nèi)水的滲透，使粘土幕墻下游側(cè)壩體的浸潤(rùn)線得到降低；從實(shí)際情況觀察，灌漿后大壩背水坡腳的滲水得到了有效控制，從而達(dá)到防滲加固的目的。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]《土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范》SD266-88[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1988.