浅谈土坝劈裂灌浆施工质量控制方法

摘要：我国小型水库大多建于上世纪六七十年，由于受当时施工技术条件的影响，大部分小型水库渗漏严重，严重影响了水库效益的发挥。在目前的除险加固措施中，大部分小型水库坝体灌浆主要采用劈裂式灌浆方法进行，坝基主要采用帷幕灌浆的方法进行处理，能否正确掌握灌浆施工方法是保证施工质量的关键。

关键词：土坝；劈裂灌浆；施工质量；控制方法

中图分类号： O213.1 文献标识码： A 文章编号：

1认真做好灌浆试验

1.1灌浆试验目的

首先，要根据设计要求，在进行大坝防渗帷幕灌浆生产孔施工前需作灌浆试验，其目的是在技施设计拟定的施工技术要求下，进一步实地探究的施工方法、施工程序、施工工艺等有关技术参数，为后续的生产性灌浆施工确定合理的施工方案提供相关依据。

1.2灌浆试验孔的布置

灌浆试验孔的布置应根据灌浆试验要达到的目的并结合工程实际情况进行，由于小型水库坝顶长度一般不长，因此，在布置灌浆试验孔时可选择在坝肩结合部至河槽段边缘地段，劈裂灌浆孔距坝土段一般设计为4.0m、基岩段为2.0m，灌浆试验段长考虑16米共9个孔即可，灌浆顶界为正常蓄水位，灌浆基岩底界按q≤10Lu控制，即通过压水试验，当进入q≤10Lu一段即可结束。但若坝体基岩灌浆段超过4个灌段（20米左右）仍达不到q≤10Lu时，可视实际情况与设计共同商议，在不影响大坝基础稳定的前提下，可终止灌浆。

2掌握正确的灌浆施工方法

2.1灌浆施工顺序

灌浆施工总体原则是先灌接触带（第四系覆盖层和基岩接合部，下同）和基岩段，再灌坝土段。劈裂灌浆孔施工时为先对结合部和坝基进行灌浆，再对坝体进行劈裂灌浆。所有灌浆孔须分三个施工次序，按逐渐加密的原则进行灌浆，在灌浆过程中，先对第Ⅰ序孔轮灌，采用“低压少灌多复”的方法，待第Ⅰ序孔灌浆结束后，再进行第Ⅱ序孔施工，第Ⅱ序孔灌浆结束，最后进行第Ⅲ序孔施工。

2.2灌浆段长划分

段长：接触带控制在2.0～3.0m之间（在岩石中的长度不得大于1m），其余灌浆段控制在4.0～6.0m之间，一般主要以段长5 m灌段为主，但最长不得超过7m。

2.3灌前压、注水试验

试验区每个孔灌浆前坝土和接触带应全部作注水试验，基岩应全部作压水试验。生产过程中Ⅰ序灌浆孔，灌浆前坝土和接触带作注水试验，基岩作压水试验，Ⅱ、Ⅲ序孔按孔数的50%作注水、压水试验。其目的是了解各灌浆段岩、土体的透水性和可灌性，用以确定起灌浆液浓度及耗灰量等指标是否符合实际情况。

(1)注水试验成果可按下式计算：

式中：

K—试段渗透系数（cm/s）；

Q—稳定流量（L/min）；

S—作用于试段的水头压力（m）；

L—试段长度（m）；

r—钻孔内半径（m）；

注水试验水头抬高至孔口，试验流量稳定标准：每5min测读一次注入量，连续6次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%时，试验即可结束，取最后一次注入流量作为计算值。

(2)基岩段采用单点法进行压水试验，压水试验成果可按下式计算：

式中：

q—试段透水率（Lu）；

Q—稳定流量（L/min）；

S—作用于试段的全压力（MPa）；

L—试段长度（m）；

压水试验压力采用灌浆压力的80%（不大于1MPa），压水试验20min，每5min测读一次压入流量，当流量无持续增大趋势，且连续4次读数，其最大值和最小值之差小于最终值的10%，或最大值和最小值之差小于1L/min时，试验即可结束，取最终值作为计算值。

2.4灌浆方法

坝土采用由下往上分段劈裂式灌浆，接触带和基岩采用由上至下分段充填式灌浆（循环式灌浆法）。

坝土段劈裂灌浆灌段长为5m。灌浆开始先用1.3g/cm3稀浆，经过3～5min后再加大泥浆稠度。若孔口压力下降和注浆管出现负压（压力表读数为0以下），再加大浆液稠度，浆液的容重应按技术要求控制。在灌浆中，先对第一序孔轮灌，采用“低压少灌多复”的方法。待第一序孔灌浆结束后，再进行第二序孔，第二序孔灌浆结束后，再进行第三序孔。每孔每次平均灌浆量控制在0.5～1.0m3/m之间，达到要求后按5.0～6.0m依次上提射浆管分段灌浆至全孔结束，每孔灌浆次数不少于5次。作好灌浆记录，并绘制图表。Ⅰ、Ⅱ序孔不允许将坝顶劈裂（如出现劈裂，则减小压力灌注），Ⅲ序孔再进行劈裂。

3选取符合要求的灌浆材料

为加速浆液的凝固和提高后期强度，劈裂灌浆浆液采用水泥粘土混合浆，水泥掺入量一般控制在15%左右。

坝土段灌注1：5的水泥粘土混合浆，接触带灌注1:1的水泥粘土混合浆，基岩灌注纯水泥浆。

水泥：采用P.042.5普通硅酸盐水泥，水泥细度要求通过80um方孔筛的筛余量＜5%，具有较高的早期强度和较短的初凝时间，受潮结块的不合格水泥不能使用。

粘土：塑性指数不宜小于15%，粘粒（粒径小于0.005mm）含量不低于25%，粉粒（粒径0.05mm～0.005mm）含量35%以上，含砂量（粒径0.05～2mm）不大于15%，有机物含量不大于2%。采土前需清除其上部腐植质根系后取用有用层土料并经取样试验，质量能满足设计要求的土料才能使用。

掺合料：基岩段灌浆中若有吸浆量特别大地段，可加入砂料、水玻璃等速凝剂。

4严格控制好灌浆压力

(1)灌浆压力观测。在注浆管上端安装压力表，压力表精度0.1kgf/cm2，在灌浆过程中，应随时观测压力变化，并应注意记录瞬时最大压力，对照坝移和裂缝张开宽度，合理控制灌浆压力。

(2)土坝灌浆量一般采用泥浆泵流量进行控制。每孔每次灌浆量及总灌浆量皆应准确记录，每次灌浆量不得超过设计允许值，以便控制灌浆质量。

根据规范和相关工程经验，坝土段劈裂灌浆当孔深≤15.0m时，初始劈裂压力不大于0.05Mpa（表压）；孔深＞15.0m时，初始劈裂压力不大于0.10Mpa（表压）；最大允许灌浆压力按下式计算：

式中：

P—孔口最大允许灌浆压力（MPa）；

γ—坝土的天然密度，取1.90～2.0kg/cm2；

H—灌浆计算点以上坝高（m）；

бt—土的单轴抗拉强度，取0.01～0.02MPa；

γ′—浆液容重（kg/cm3）；

h—灌浆时注浆管高度（m）；

基岩灌浆压力按下式计算：

式中：

P—灌浆压力（MPa）；

P0—地表允许压力，取0.10MPa；；

m1—坝土经验参数，取0.015～0.03MPa；

D1—灌浆段顶板以上坝土覆盖层厚度（m）；

m2—基岩经验参数，取0.025～0.035MPa；

D2—灌浆段顶板以上基岩覆盖层厚度（m）；

在灌浆过程中，吃浆量小的灌段采用一次升压法，对于吃浆量大的灌段，若一次升压难于达到设计压力时，则按0.3P、0.6P、1.0P三级压力升压，最终达到设计规定压力。同时结合耗浆量情况（特别是观察出现灌浆临界压力值），以及观察地表是否开裂、冒浆、抬动等现象，对灌浆压力做出适当调整，吃浆量小的灌段取高限值，吃浆量大的灌段取低限值。

5掌握好浆液的使用和变换原则

坝土段灌注1：5的水泥粘土混合浆，接触带灌注1：1的水泥粘土混合浆，浆液的配制采用湿法制浆法，先将粘土投入制浆机中搅拌成粘土基浆，经沉淀过筛后放入储浆池中备用，灌注时，按不同的粘土基浆浓度加入水泥和水，配制成所需浓度的混合浆，经过校证浆液的比重后进行施灌。根据规范和相关工程经验，水泥粘土混合浆液的水灰比应相对浓一些，以减少土体中的含水量，便于灌入的浆液尽快泌水固结及保证浆脉形成的厚度，使施工进度加快并确保灌浆过程中不因坝体中含水量过高而发生坝体滑塌等事故。因此，坝土段、接触带灌浆的比重采用1.2、1.3、1.4、1.5、1.6五个比级。基岩灌注纯水泥浆，采用的水灰比为5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1七个比级，开灌水灰比可采用5：1，或根据工程实际情况而定。

浆液变换应遵循先稀后浓、逐级变换、优浆多灌、浓浆结束、少灌多复的原则，具体变换方法如下：

(1)当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

(2)当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力和注入率改变不显著时，应改浓一级。

(3)当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

6严格控制好待凝时间

为了保证灌浆质量和大坝在施工中的安全，在灌浆施工中应进行如下控制：

(1)坝土段灌浆两次复灌待凝时间不少于2d，如2d后扫孔时浆液未呈软塑状，则适当延长待凝时间。

(2)接触带灌浆的待凝时间不少于12h。

(3)基岩段灌浆的待凝时间，若在地下水位以上（或岩芯为块状），可不待凝；若在地下水位以下（或岩芯为土状），则应待凝4～8小时。

7认真执行灌浆结束标准和封孔要求

(1)基岩段和接触带灌浆。由于基岩段和接触带灌浆采用自上而下分段灌浆法，因此，在设计压力下，当注入量小于0.4L/min时，继续灌注60min；或不大于1L/min时，继续灌注90min，灌浆可以结束。

(2)坝土段灌浆。a:经过分序分次反复轮灌以后，坝体不再吃浆，并且浆液升至孔口，经连续复灌5次不再吃浆时，即可终止灌浆。b:该灌浆孔的灌注浆量或灌浆压力已达到设计要求。

(3)封孔。灌浆孔灌浆结束后，及时做好封孔工作，用比重大于1.5的浆液封孔，封至孔口不再下沉为止，每孔限3天封好。

坝土段封孔材料采用粘土：水泥=1：4混合浆，基岩采用纯水泥浆。

8认真做好灌浆观测

8.1目的和要求

(1)为保证土坝坝体灌浆质量和坝体安全，检验灌浆效果，在灌浆期间应进行观测。

(2)在灌浆过程中，应有专门观测人员负责观测工作，全面控制灌浆质量及时发现和解决问题。

8.2坝体变形观测

(1)横向水平位移观测。沿坝轴线方向每隔15m坝顶上下游设一组观测标点，每组至少分别在坝顶上、下游坝肩处各设一个观测标点，标点用混凝土桩。在灌浆期间，每天观测1～2次，非灌浆期间，每5天观测1次。

(2)竖向位移观测。竖向位移桩应与水平位移桩结合，并同时进行观测，以便进行资料分析。在灌浆前，至少观测2次。在灌浆期间，每天观测1～2次，非灌浆期间，每5天观测1次。

8.3灌浆压力和灌浆量观测

(1)灌浆压力观测。在注浆管上端安装压力表，压力表精度0.1kgf/cm2，在灌浆过程中，应随时观测压力变化，并应注意记录瞬时最大压力，对照坝移和裂缝张开宽度，合理控制灌浆压力。

(2)土坝灌浆量一般采用泥浆泵流量进行控制。每孔每次灌浆量及总灌浆量皆应准确记录，每次灌浆量不得超过设计允许值，以便控制灌浆质量。

8.4裂缝和冒浆观测

(1)裂缝观测内容包括：裂缝位置、宽度、长度、走向、深度、错距和裂缝发生历时、开展速度等。正在灌浆的坝段每天观测1～2次。如裂缝发展较快，应加强观测。非灌浆坝段每5天观测1次。要做好观测记录，并绘制在平面图上。

(2)冒浆观测。在灌浆期间要有专人经常巡视坝坡、坝面。如发现冒浆，应及时处理，同时应记录和描述，并绘制在平面图上。

9处理好灌浆施工中的特殊情况

在灌浆过程中若出现地面裂缝、冒浆、串浆、灌浆中断、注入量大而难于结束等特殊情况，可按下述的方法处理。

(1)裂缝处理。当坝面出现纵向裂缝时，若是湿陷缝，继续灌注，若是劈裂缝，则加强观测使劈开裂缝宽度不超过2.0㎝，并降低压力，控制进浆量，当地表溢出浓浆后停机待凝，等裂缝回弹闭合后再扫孔复灌。当坝面出现横向裂缝时，立即停机检查，当裂缝较浅时，挖开裂缝用粘土回填夯实后继续灌注，当裂缝较深时，采用稠浆灌注裂缝，按先上游，次下游，后中间的顺序进行填缝处理。

(2)冒浆处理。冒浆量小，一般采用减压灌注处理，同时对冒浆点进行封堵，经过20～30min后，逐渐提高灌浆压力，恢复灌浆。冒浆量大，采用降压处理后还继续冒浆，则可越级使用浓浆灌注，灌浆压力逐渐提高时，恢复至原来的浆液浓度继续灌注至达结束条件。

如果用降压和改变浆液浓度的方法处理后，还继续冒浆，则采间歇灌浆，停一段时间后再灌浆，如此反复，直至地面不再冒浆达到结束标准为止。

(3)串浆处理。如果被串孔处在停歇时间，直接对其封堵，如果被串孔处在钻进中，则立即停钻起钻，对其进行封堵，灌浆孔正常灌浆直至结束。

(4)灌浆中断处理。灌浆过程中因机械事故而造成灌浆中断时，除及时抢修尽快恢复灌浆外，对中断时间超过30分钟的灌段，采用冲洗钻孔后重新灌浆的方法处理，恢复灌浆时按正常浓度级别逐级变换，直至正常结束。

(5)注入量大而难于结束处理。灌浆段注入量大而难以结束时，采用低压、浓浆、限流限时、间歇、复灌等措施进行处理。

10认真做好灌浆质量检查

(1)质量检查可以分为灌浆过程中的中间检查和灌浆结束后的最终检查。前者是为灌浆质量控制而进行的阶段性检查，后者是为验收和鉴定提供依据。

(2)中间质量检查的主要内容包括：按设计要求检查布孔，造孔，工艺操作，浆液性能，综合控制情况，各孔终止灌浆达到的标准，灌浆中出现的问题和处理情况等。

(3)最终质量检查的主要内容包括：坝体内部的质量（泥墙厚度、密度、连续性、均匀性），坝面裂缝，浸润线出逸点，渗流量变化情况等。

(4)最终质量检查方法，主要是分析资料和进行观测，并配合钻孔，探井取样测定。

(5)质量检查应全面完整地搜集资料，及时准确地进行记录，作为工程验收的依据，并应归入技术档案。

(6)质量检查由灌浆施工单位负责进行。施工单位应提出质量检查报告，并应接受工程质量管理部门和设计部门的监督和抽样检查。

经上述检查，若达不到质量要求，施工单位必须无偿返工补孔补灌直至达到质量要求为止。灌浆质量检查须在灌浆施工全部结束后14天进行，位置由建设方、设计方、监理方及施工方根据布置原则会商后确定，分为钻孔注、压水试验和探坑两种检查方法。检查孔数量为生产孔数的10%，检查质量合格的，由下而上按灌浆的要求进行压力灌浆封孔，质量不合格的，按生产孔的灌浆要求进行补灌。