浅谈劈裂灌浆与高喷灌浆在大坝除险加固中的应用

【摘 要】塑性砼防渗墙在龙怀水库除险加固中的应用。

【关键词】防渗;塑性砼防渗墙

一、工程概况

茅垌水库位于阳西县城西北部塘口镇鹅凰嶂山下，塘口河支流佛高河上游，距阳西县城15km。地理位置为东经111°32′，北纬21°48′。茅垌水库始建于1958年9月，1963年竣工。水库集雨面积21.7km2，库区为半丘陵半山地地带，以砂壤土为主。防洪标准，按五十年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。

水库枢纽建筑物主要包括（1）主坝，均质土坝，（2）Ⅰ号副坝，（3）Ⅱ号副坝，（4）溢洪道一座，（5）南输水涵洞，（6）北输水涵洞（7）泄洪涵洞（位于副坝Ⅰ）（8）电站（位于副坝Ⅰ坝后）。

二、工程建设成因

2006年10月经省水利厅安全鉴定核查，评定为三类坝，并已列入城乡防灾减灾建设实施计划。

水库主坝坝体与坝基接触面清除不彻底局部中～强透水砂砾层未处理，渗漏严重；主、副坝体填筑质量差，碾压不实，现状压实度不满足规范要求。上游坝坡在水位骤降时，抗滑安全系数不满足规范要求，上游坝坡干砌石护坡质量差，且凹凸不平，坝顶宽度仅4m，不满足规范要求，下游坝坡杂草丛生，坡面无排水设施，局部坝破出现雨水冲沟破坏，坝后棱体排水体残缺不全失去作用，因此水库水位多年只能在死水位上下运行，已无法充分发挥水库枢纽工程的效益。

大坝防渗设计

①坝体防渗加固设计

现状坝体填筑土体较疏松且渗漏量较大，浸润线偏高，对坝体安全构成一定的威胁。为提高坝体填筑土体的密实度和解决大坝渗透安全问题，在可研阶段设计方案的基础上，初步设计阶段进行优化。坝体劈裂灌浆设置两排灌浆孔，排距2m，设计幕体总厚度为0.3m，劈裂灌浆，在河床平顺段布孔孔距5m；在岸坡段、弯曲段布孔，应适当缩小孔距，或通过试验来确定；在岸坡段劈裂灌浆前应先进行充填灌浆，后进行劈裂送浆充填灌浆孔距2m。设计采用两序施工。通过实施本次设计的坝体劈裂灌浆方案后，可解决坝体的渗漏问题，同时提高了坝体填筑土体的密实度，进而客有效的调整坝体的应力状态。

②坝基防渗设计

a、坝基防渗措施比选

由于地基存在渗漏砂砾层，其土体结构性差，不适宜进行劈裂灌浆，为解决坝基渗漏问题，本着节省工程投资的原则，综合考虑各种防渗措施后，本阶段设计主要提出了帷幕灌浆、高喷灌浆及混凝土防渗墙三种方案，三种方案均为成熟的施工工艺，均适用于本工程。混凝土防渗墙虽然可靠但是其工程造价较高，故本阶段仅对帷幕灌浆和高喷灌浆基础防渗方案进行详细的比较，主要灌浆工程量及投资如下：

帷幕灌浆方案：劈裂灌浆钻孔进尺3118m,劈裂灌浆深度3118m,帷幕灌浆钻孔进尺5700m,帷幕灌浆深度1234m,总造价178.8（万）

高喷灌浆方案:劈裂灌浆钻孔进尺2848m,劈裂灌浆深度2848m,高喷灌浆钻孔进尺4218m,高喷灌浆帷幕深度1725m,总造价188.3（万）。

经比较帷幕灌浆方案投资略低，但是帷幕灌浆的防渗效果与施工工艺密切相关，与高喷灌浆比较，帷幕灌浆施工难度较大、可靠性较低，而且坝基砂砾层可灌性一般，要求灌浆水泥采用超细水泥，同时若帷幕灌浆采用水泥粘土浆，坝区附近难以找到可用粘土料场，因此难以满足帷幕灌浆对灌浆材料的要求。本次处理砂砾层为主坝坝基主要渗漏隐患部位，为确保坝基防渗效果，本次设计推荐采用坝基防渗采用高喷灌浆方案。

设计计算：

1）劈裂灌浆压力确定

依据《土坝坝体灌浆技术规范》SD266-88灌浆压力分为：起始劈裂压力、单孔最大压力。

（1）起始劈裂压力

P=P+r'h'-ph

P--为孔口压力表读数

（2）单孔最大压力

p=1.5P

经计算控制压力0.05Mpa、单孔最大压力0.075 Mpa。

2）劈裂灌浆幕体厚度确定

通过计算对，δcp―q―h0关系表，每道帷幕设计厚度0.15m，两道帷幕总厚度0.3m，满足设计要求。

3）高喷灌浆孔距确定

a、最小孔距分析计算

高喷灌浆压力35Mpa～40 Mpa，在高灌浆压力下，其中

①高压水连续喷射流的速度公式如下：

r――水的容重

φ――喷嘴流速系数，圆锥型喷嘴φ=0.97；

P――喷嘴入口压力

P0――喷嘴出口压力

V0――喷嘴出口流速

②水气同轴喷射流初期长度公式：

xl=0.048v0

xl――初期区域长度（m）

v0――初期流速（m）

计算的x1=0.82m。水气同轴喷射的构造包括，初期区域，迁移区域，主要区域，根据《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》DL/T5200-2004规范，设计采用摆角25°，计算孔距，考虑墙体搭接长度，设计孔距采用1.2m，其最优孔距应通过现场试验确定。

b、墙体厚度确定

经计算墙体最小厚度为0.2m，故高喷灌浆设计墙体最小厚度为0.2m，对于本工程墙体与劈裂灌浆搭接2m，幕体布置一排孔。

三、结论

坝体防渗施工完成后，现在水库正在良好运行当中，通过工程实践证明劈裂灌浆结合高喷灌浆在大坝防渗的过程中取得了良好效果。