２０１ １年第４期江苏水利 劈裂灌浆在小水库除险加固工程中的应用 劈裂式灌浆是运用坝体应力分 布规律，用一定的灌浆压力，将坝体 沿坝轴线方向劈裂，同时灌注合适的 泥浆，形成铅直连续的防渗泥浆，堵 塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高 坝体的防渗能力，同时通过浆、坝互 压和湿陷，使坝体内部应力重分布， 提高坝体变形稳定性。在除险加固工 程设计中，我们根据坝体的病险情 况，对一些水库采取了劈裂式灌浆， 达到了减轻渗漏、堵塞漏洞、加固坝 体的目的，灌浆效果十分显著，并具 有投资省、见效快等特点。本文以芝 麻凹水库为例简述如下： １工程概况 芝麻凹水库位于金坛市薛埠镇 赤岗村，属太湖流域，建于１９５７年， 是一座以防洪、灌溉为主的小（２）型 水库，集水面积０．４１ ｋｍｚ，干流长度 ０．６７ ｋｍ，总库容１４．■目圜霸叠２１万ｍ 。水库设 计洪水位４０．８９ ｍ，校核洪水位４１．３０ ｉｎ，兴利、汛限水位４０．００ ｍ。大坝属 均质壤土坝，坝顶高程４０．９２～４２．１２ ｍ，坝顶宽度４．０ ｍ，土坝坝顶长度 ２５６ ｍ，最大坝高７．９ ｍ。 芝麻凹水库坝基渗水比较严重， 西端与山体结合部渗漏，局部散浸， 集中形成个别大漏洞，出口处洞径达 １５ ｃｍ，位置接近坝脚。隐患集中在大 坝西侧６０ ｉｎ部位内，大坝白蚁防治 从１９９２年起施药诱杀。为了解决大 坝两段渗漏，２０００年６月、２００３年５ 月两次对大坝进行了灌浆，坝体局部 得到增强，但西端山体结合部的漏水 一直未能解决，在高水位时漏水明 王卫国孙平 显，流量较大。 ２工程病害原因分析及加固措施确 定 经参建各方沟通并查看现场，分 析坝体渗漏的因素主要有两个：一是 因为坝体地基处理不当和填筑质量 不高。金坛市小水库工程均建于上世 纪５０～６０年代，坝体施工主要靠人工 挑、挖、压实，施工＿［艺落后，技术标 准较低，坝基处理时未能有效清除或 采取必要措施。二是由于白蚁和老 鼠、狗獾等动物活动，其中白蚁活动 时间长，洞穴路径长，路线复杂，危害 最大。经过讨论，提出了增设防渗土 工布和劈裂灌浆两种加固方案，一是 在上游增设防渗土工布，该法施工方 便，但须插入不透水土层，使大坝形 成防渗封闭体，在施工开挖时发现坝 基夹杂碎石土层，土工布、坝体和坝 基难以形成封闭体系，因此决定采用 劈裂灌浆。 ３灌浆设计 ３．１孔深和孔距确定 造孔深度一般应大于隐患深度 ２～３ ｍ，漏水处坝基高程３６．０ ｍ，确定 孔深为４２—３６＋２：８ ｍ；在孔深小于１５ ｍ时，孑Ｌ距可采用５ ｍ左右，由于渗 漏明显，孑Ｌ距初定为５ ｍ，在渗漏出口 位置附近适当加密至２．５～３ ｍ，实际 的孔深在施工初期尚需通过试验最 终确定。原坝体密实度一般，布孔采 用双排布置。 ３．２泥墙设计 包括泥墙厚度和设计干容重，根 据规范，结合本次加固的针对性，泥 墙设计厚度为５ ｃｍ，干容重１．５ ｔｉｍ 。 ３－３最大灌浆允许压力确定 系指注浆管上端孑Ｌ口压力。采用 如下公式确定： ＡＰ＝ＴＨ＋ｆ， 一 ｈ 式中： △尸一最大灌浆允许压力，ｋＮ／ｍｚ； １，一坝体土的容重，ｋＮ／ｍ３； 月一计算点以上的坝高，ｍ； ｒ，ｒ一土的单轴抗拉强度，ｋＮ，ｍ２； 浆液容重，ｋＮ／ｍ ； 全孑Ｌ灌浆时的注浆管高度， ｍ０ 考虑渗流孔径较大，并有流水通 过，为加速浆液凝固并提高后期强 度，在灌浆时掺入１０％的水泥。 ４灌浆施工 ４．１库水位控制 因在除险加同施工期间，芝麻凹 水库水位已降至死水位，适宜灌浆处 理，坝面为沥青路面，迎水坡已浇筑 混凝土护坡，背水坡种植草皮，施工 期间已经开挖，便于冒浆位置处理。 ４．２造孔 将孔布置在大坝顶上靠上游坝 肩附近（离坝肩一般１．０～１．２ ｍ），可 有效达到防渗堵漏，消灭背水坡窖潮 区，堵塞坝体内空穴、蚁道及充填不 实土体。灌浆采用两排布孔，第一排 孔靠近迎水坡，孔距为２．５～５．０ ｍ；第 二排孑Ｌ，孔距为２．５ ｍ。第一排２１孑Ｌ， 第二排８孑Ｌ，共计２９孑Ｌ。采用ＳＨ３０ 型钻机的卷扬功能，吊动８０ ｋｇ铁锤， 锤击带堵塞器的５０摩擦杆（压浆杆） 成孔，孑Ｌ深均进入坝基土层，最深７．５ ２０１ １年第４期江苏水利 ｍ，最浅３ ｍ（老山坡），均为干法造 法进行压浆施工。 孔，确保铅直。锤击高度１．２ ｍ，最大 压浆方式：全程采用综合控制方 锤击量３０ ｅｍ／－￥（土松），最小０．３ 法进行灌浆施工。多孔轮灌，少灌多 ｅｍ／击（土实）。摩擦杆与坝体土层紧 复，控制压力、速度。严密观察上下游 密接触，堵塞器确保孔底注浆。造孔 及坝面，即时做好各项记录，即时处理 时做好观察及记录。 各类冒浆现象。灌浆压力也从小到大， ４．３灌浆材料 头几次均小于０．５ ｋｇ／ｃｍ２，到劈裂后的 灌浆土料采取水库大坝东首近 几次复灌，压力上升到０．７ ｋｇ／ｃ１１１２左 库边的土山坡土料，租用挖掘机及装 右，大的超过ｌ＿５ ｋｇ／ｅｍ２，稠浆采取慢 载机挖取，拖拉机、卡车运输，土料经 压方式，孔口及压浆泵均安装有压力 土工试验，土质较好，符合灌浆要求， 表，专人观察并记录压浆过程。一旦 适宜制作浆液。主要技术指标如下：含 有坡面冒浆出现或坝面出现斜裂缝 水量ｗ＝２３％－２６％，湿容量ｒ＝１９．５－２０．０ 均停灌处理，间隔一段时间再进行复 ｋＮ／ｍ ，于重度ｒｄ＝１６ １６．６ ｋＮ／ｍ ，比 灌。每孔灌浆均在坝面纵向裂缝冒浆 重Ｇ＝２．７３，塑性指数１１％～１４．４％，粘 ３次以上，复灌在５次以上。 性含量３０％～３５％，粉粒含量４０％～ ４．６终灌、封孔 ５５％，系重粉质壤土。 灌浆满足以下条件之一即停止 水泥采用地方产的３２．５号普通 灌浆：①当浆液升至孔口，连续复灌３ 硅酸盐水泥。 次不再吃浆；②坝体连续３次冒浆， ４．４浆液制作 或连续３次超过控制压力、位移和裂 本次灌浆采用原镇江地区水利 缝宽度；③虽然没有达到上述指标， 工程处建造的泥浆搅拌机，配套２９５ 但坝肩位移、坝顶裂缝长度和宽度均 匹柴油机，造浆量８ ｍ３／ｈ左右。浆液 达到规定值时，也要停灌。 通过３５孔／ｍｚ的过滤筛后进入铁质 终止灌浆后，将浆管拔出，注满 的泥浆池，浆液比重一般为１．３－１．５。 容重大于１．５ ｔ／ｍ３的稠浆，如果浆面 制浆时通过控制水量、加料进度、放 下降，可继续灌注稠浆，直至浆面升 浆阀门开启大小等措施来达到泥浆 至坝顶不再下降为止。 质量要求，用１ Ｌ量杯称重来随时测 ５灌浆出现问题的处理 定浆液的比重。水泥随土料渐次加入 本次灌浆相继出现了冒浆、裂 打浆，掺入量一般不超过１０％，并适 缝、护坡隆起等现象，均属灌浆作业 当增加搅拌时间以增强浆液粘度达 中常见问题。 ３Ｏ ｓ左右，泥浆稳定性小于０．１ ｇ／ｅｒａ３， ５．１ 冒浆情况处理 泥浆胶体率大于９０％。根据经验，首 灌浆中除正常的坝面劈裂缝冒 先用泥浆疏通压浆管，然后采用水泥 浆外，尚有上下游坡出现冒浆的情 浆，经综合控制可形成理想的防渗帷 况，主要发生在上游库底，离坝脚约８ 幕，也能有效充填空穴，挤密松散土 ｍ处，以及下游坝脚原渗漏出口处。 层，密实坝体。对浆液时常留样观察 坝顶和坝坡冒浆，立即停灌，挖 收缩率、水分析出状况及强度。 开冒浆出口，用牯性土料回填夯实。 ４．５灌浆 库底冒浆，水面有明显的黄色泥浆泛 灌浆之前将阻塞器的摩擦杆下 起，采用稠浆问歇灌注，少灌多复，直 到坝基土层，然后全孔灌浆，多孑Ｌ轮 至冒浆基本消失。下游坝脚漏水洞冒 灌，使防渗帷幕从坝基土层移植上升 浆，挖出冒洞口用木桩堵塞，采取少 到坝面。 灌多复、慢压和延长间隔时间来处 灌浆孔打好后一般用０．１－０，２ ｉＴｌ， 理。冒浆情况均及时做相应处理和记 的纯泥浆（比重１．２左右）进行始劈， 录。 俗语压通浆，目的是浆液走的通。所 ５．２裂缝情况及处理 有灌浆孔始劈压力最大３～４ ｋｇ／ｅｍ２， 一般纵向裂缝产生后则稠浆少 最小０．１ ｋｇ／ｅａｒ２。用此法每日灌注过 灌多复，控制坝面裂缝在１～２ ｅｍ。如 水泥浆后均需用泥浆冲压摩擦杆内 果出现横向裂缝，则立即停灌，顺延 水泥浆入坝体，以免浆管被水泥沉淀 裂缝方向挖槽回填粘土并夯实后，再 凝固影响复灌，严重时导致无法复 继续灌注，并随时观察。如果ｍ现纵 灌。所有孔均自始至终采用全孑Ｌ注浆 向裂缝，则分析发生的原因，如果是 湿陷缝则继续灌浆；如果是劈裂缝， 即加强观测，将缝宽控制在３ ｃｍ以 内，同时将坝体纵向位移控制在２．５ ｃｍ以内。 ５－３隆起情况处理 隆起发生在上游坝坡，发现隆起 后，立即停灌。观察周围坝坡正常，非 滑坡引起，分析原因主要是由于该处 坝体松散、压力较大导致。停灌５ ｄ 后，继续灌浆，并注意监测。 ６结束语 灌浆施工完成后，在坝轴线形成 连续的浆脉，对坝体的防渗起到了较 好的作用。经过１年多的运行观测， 下游坡面散浸集中渗漏点消失，渗流 量明显减少，无明显的水平位移和沉 降，灌浆效果较好。 通过芝麻凹水库的劈裂灌浆可 以得出这样的结论： １．坝体灌浆应在水库低水位时 进行，保证加速泥浆固结，保证灌浆 质量。此前２次灌浆均是在水库运行 期间，由于水压力较大，灌浆不能保 证密实、连续，故均告失败。 ２．劈裂灌浆应根据隐患的位置 和性质，具体确定孔距、孔深。本次作 业先通过布孑Ｌ发现了主要渗漏来源， 在局部渗漏严重地段加密布孔，此时 的灌浆类似于充填式灌浆作业，发现 洞穴很大时，可适当增加灌浆量和提 高浆液稠度。 ３．大坝进行劈裂灌浆时河槽段 应沿坝轴线附近布孑Ｌ，一般１－３排分 ２－３序比较合适，孔距４～８ ｍ较好。 岸坡坝段为了容易实现纵向劈裂灌 浆，减少横向裂隙的产生，可不分序， 采用同排并灌施工，灌孔数一般为 ２～４个。 ４．灌浆时的位移观测及冒浆观 测处理是确保安全、质量的重要措 施。由于劈裂灌浆要分排、分序，且每 孔复灌次数要达５次以上，每次又必 须间隔５～７ ｄ，故施工时间长，为加快 进度，可在前１排的最后１序孔的最 后２次充填灌浆（这时该排该序已劈 裂）的同时进行后１排的第１序孔的 钻孑Ｌ及灌浆（这时尚未完全劈裂），从 实践来看，并不会影响质量。 （作者单位：金坛市水利勘测规 划设计室２１３２００）