劈裂灌浆技术在大枋水库除险加固中的应用

　　摘要：本文总结了劈裂灌浆技术的施工工艺，通过此工艺在大枋水库大坝除险加固工程中的成功应用，说明此技术不失为大坝加固的一个有效和经济的措施。
　　关键词:劈裂灌浆；土坝加固；施工工艺
　　1、劈裂灌浆的加固原理和特点
　　水利上的堤坝是人工堆筑成的长条形土料建筑物，为梯形断面，由于受多种自然因素的影响，常出现一些不稳定现象。如果向不稳定的堤段造孔并向堤体孔内压注浆液，加上浆液自重因素，使堤体沿轴线方向形成一道或数道粘土帷幕，则可达到消险固堤的作用。而当这些应力超过土体的抗拉强度时，就会在土体内产生一道连贯裂缝，这种施工过程我们称之为劈裂灌浆。它在土坝坝体除险加固中具有投资小、见效快、设备和技术简单、操作方便等优点，已经被广泛地运用。但在具体操作中应注意施工工艺，保证灌浆的质量，才能达到预期的效果。
　　2、工程简介
　　大枋水库修建于1958年~1962年，位于长泰城区的北面。总集雨面积7.19km2,总库容522万m3,正常库容450万m3，现今是一座以对县城供水为主，兼灌溉等综合利用的重要小（一）型水库。有效灌溉面积506公顷。
　　水库大坝为均质土坝，筑坝材料和坝基均为含有细砂的红色粉质粘土。坝顶高程41.01m，最大坝高19.01m，正常蓄水位38.75m，防浪墙顶高程41.86m；大坝迎水坡坡比1：2.5～1：2.2，块石护砌；背水坡坡比1：2.0，高程30.1m采用平台压载，坡脚排水棱体排水。2001年7月，当水库水位达到37.5m高程时，背水坡右坝端24.0～30.0m高程之间有20～40m2的范围出现渗水散浸，且随着水位的升高散浸的范围有所扩大；大坝坝基长期存在渗漏，随着水位的升高，渗流量也随之加大；大坝发现有白蚁活动。为确保大坝安全，水库降低水位并在汛限水位36.0m高程以下运行。2002年8月，被市列为全省三类小（一）型水库之一，需进行加固处理。
　　经对坝体原状土样做饱和快剪土工试验，分析大坝施工质量和安全稳定，查明水库大坝险病原因：经过大坝结构稳定复核分析计算，在各种工况下，坝坡稳定最小安全系数和大坝抗震稳定能达到规范要求；但根据土工试验数据，坝体土体湿容重及计算所得饱和容重偏小而孔隙率偏大，说明大坝土体碾压密实度不能满足要求，大坝浸润线位置较高，从排水棱体上方高程26.27m处逸出，大坝渗流不稳定，是造成大坝背水坡渗水散浸和坝基渗漏的主要原因。
　　2、除险加固措施
　　根据大坝存在的险情和隐患的类型，坝体内存在蚁穴，浸润线出逸点过高，坝后坡出现大面积湿润，按照土坝坝体灌浆技术规范.的要求，决定采用按劈裂式灌浆技术进行除险加固。灌浆方法采用单排布孔，孔距3.0m，灌浆孔施工轴线为大坝坝顶轴线。
　　3、施工方法
　　3.1劈裂灌浆孔施工平面布置
　　施工孔平面布置单排两序布置，间隔进行。
　　3.2劈裂灌浆的主要施工设备
　　主要施工设备的名为：CB30型锤击钻钻机1台，WJG80型搅灌机1台，S3E水准仪1台，J6经纬仪1台。
　　3.3劈裂灌浆施工主要技术参数
　　3.3.1.注浆深度、布孔、段高
　　注浆深度：为坝体清基线以上人工填土部分。
　　布孔：采用单排布孔，孔距3.0m，分二序施工。
　　段高：为全孔一次灌注法。
　　3.3.2.浆料选择
　　选用红粘土浆，浆液比重为1.30。
　　3.4劈裂灌浆施工
　　劈裂灌浆施工采用“坝体分段，单排布孔，分序钻灌，孔底注浆，全孔灌注，综合控制，少灌多复”的原则。
　　3.4.1.劈裂灌浆施工工艺流程
　　开挖沟槽→钻孔→制浆→灌浆→终灌→封孔
　　3.4.2.劈裂灌浆施工方法
　　劈裂灌浆施工CB30型锤击钻1台套造孔，WJG80型搅灌机1台套，分两序施工，先进行Ⅰ序孔施工，再进行Ⅱ序孔施工。材料采用粘土浆，浆液比重为1.30。
　　3.5施工要点
　　3.5.1.钻孔施工：
　　（1）钻孔采用回转钻机钻进，泥浆护壁；钻孔孔径φ75mm。
　　（2）钻孔开孔位置与设计位置偏差不得大于50mm。
　　（3）钻孔施工时应采取预防孔斜的措施，并应按设计要求测量孔斜。孔底偏斜率不应超过1.5%。
　　（4）钻孔的有效深度应穿过坝基1.0～2.0m为宜。
　　（5）选定部分一序孔作为向导孔，其深度应大于墙体深度，间距不宜大于20m。钻进时应详细记录孔位、孔深、地层变化等情况。
　　（6）孔口管埋设：在黏性土地层注浆压力不大的情况下，直接将孔口管打入地层3～5m，利用黏性土的黏结力来防止冒浆及平衡注浆顶托力；在松散无黏性地层或注浆压力较大的情况下，应在孔口预先挖2m左右深的坑，将孔口管下入3～5m后，在管周边回填黏性土并夯压密实，必要时可回填塑性混凝土。
　　3.5.2.制浆。采用搅拌机湿法制浆，随时测定泥浆密度，控制达到设计要求，浆液比重为1.30。开始采用稀浆灌注，待坝体被劈裂后，改用浓浆。
　　3.5.3.灌浆。施灌原则是“稀浆开始，浓浆灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多复，控制浆量”，施工时要将注浆管下到离钻孔底部0.5～1.0m处。孔底注浆可施加较大压力，使坝体内部劈开，把较多的泥浆压入坝体，产生挤压变形。要求每次灌浆后，要提一提注浆管，以免孔底堵塞和孔口冒浆。灌1～2次后，可提管1～2m。
　　3.5.4.终灌。经反复轮注后，浆体帷幕厚度须达到设计标准20cm。如连续3次不再吃浆或坝顶连续3次冒浆即可终灌，直观上要以饱、满、实为度。
　　3.5.5.封孔。在终灌后，先将注浆管插入孔底，再注入浓浆将稀浆或清水置换掉，直至浓浆（采用0.5∶1以上的浓浆）填满全孔为止，待浆液折水沉淀后，再进行第二次封填，直至钻孔封满为止。
　　3.5.6.灌浆期原型观测。按设计要求沿坝轴线方向每隔20m设一观测标点，每级至少分别在坝顶上、下游坝肩处各设一个观测标点，标点用砼桩或木桩做成。灌浆施工前应对布设的各桩垂直位移点观测2次，灌浆期每班观测1～2次，坝面出现裂缝时，应增加观测次数，灌浆间歇期每2天观测1次。灌浆期间坝顶上下游坝肩处横向水平位移每次不得大于25mm。
　　4、效果评价
　　劈裂灌浆完成以后，经过一段时间，等粘土浆完全析水固结后，随机对灌浆的部位进行开挖，检验粘土墙的生成质量。经现场开挖检验，在坝体沿坝轴线方向形成数道粘土帷幕，宽度为10mm～25mm，浆脉累计厚度50mm。
　　在理论上，坝体沿坝轴线方向存在粘土帷幕，能使坝体的浸润线骤然降低，有效地降低了水向背水坡脚的渗水，同时也提高了坝体的稳定性；本工程从灌浆施工完全结束后，汛限水位由36.0m提高到37.5m高程。经过一年多的蓄水运行，大坝背水坡无出现渗水散浸现象；右坝端无明显渗漏，只有局部湿润；坝基无明显渗漏；水库可以正常运行。大坝加固后，水库增蓄水量92万m3，增加保灌面积20.3公顷，年增供水量76万m3，年净经济效益11.6万元，经济效益和社会效益显著。
　　5、结束语
　　土质大坝多建上个世纪60到70年代，由于施工工艺和设备的限制，大坝土体碾压密实度不能满足要求，多存在背水坡湿坡，坝基和坝肩渗漏等问题，在分析确定病险原因后选择土坝灌浆技术进行加固，特别是劈裂灌浆，能够消除病险情，又可节约投资，提高工程效益。