浅谈水库大坝除险加固防渗漏施工技术

摘要：文章首先介绍了某小型水库坝体和坝基渗漏问题，分析坝体劈裂灌浆设计要点，阐述劈裂灌浆施工工艺及技术特点。

关键词：水库大坝；渗漏；劈裂灌浆；灌浆设计

中图分类号：TV文献标识码： A

1 工程概况

本水库总库容 226万m，是一座以灌溉为主，兼有防洪功能的小（1）型水库。该工程建成于1974年底，最大坝高27.50m，坝顶宽度5.0 m，坝顶长度175m，坝顶高程 1226.20 m。迎水坡采用砼预制板护坡，背水坡为草皮护坡，下游坝脚设排水棱体。

2010年 10 月 ，对水库进行除险加固工程设计，经现场勘察水库大坝坝体、坝体与坝基结合面渗漏严重，在水库大坝坝轴线桩号 0+098 断面下游坝坡高程 1209.4m 处至高程 1200.2 m 内有一渗水区域，渗水清澈。

经对水库进行安全鉴定，认为本水库由于坝体填筑质量较差，坝体土料干重度偏小，且无防渗体系是造成大坝渗漏及浸润线偏高的主要原因。为从根本上解决坝体渗漏问题，经方案比较最终确定采用劈裂灌浆加固坝体。劈裂灌浆，即沿着坝轴线布置灌浆孔，利用灌注泥浆的压力，有效地控制大坝劈开，并灌注泥浆，使之形成一道近于竖直并连续有浆体防渗墙幕，解决堤坝的渗透稳定问题。

2 坝址工程地质概况

大坝左岸出露地层由2层组成，第①层为第四系上更新统（Q）风积坡积黄土状粉土，厚度 0.5～2.5m， 该层出露层位较高； 第②层为第四系中更新统（Q）离石黄土，厚度大于 80 m，天然状态下呈密实状，呈砖红色，坝肩地基土干重度 16.5 kN/m，不具有弱湿陷性。

大坝右岸出露地层有 1 层，为第四系中更新统（Q）离石黄土，厚度大于60 m，该层呈砖红色，含大量钙质结核，结核平均粒径 8～15 cm，该层地基土天然状态下呈密实状，坝肩干重度 16.5 kN/m，天然含水量 16%～18.0%。 坝基渗透系数 2.6×10cm/s，坝肩

属于微透水体。 右坝肩与坝体结合部位， 干重度13.1～16.1 kN/m， 平均值 14.95 kN/m， 该指标小于《碾压式土石坝设计规范》要求。由于坝体土料干重度偏小，坝体填筑质量较差，存在明显渗水。大坝坝基出露地层有 2 层， 第①层第四系全新统（Q）冲洪积粉土，厚度大于 3～6 m，主要分布于桩号 0+084.9～0+160.6 之间， 该层呈稍密-中密状，渗透系数为 5.1×10cm/s，属于弱透水层。 第②层为第四系中更新统（Q）离石黄土，厚度大于 50m，该层呈砖红色，含大量钙质结核，结核平均粒径 8～15cm，该层地基土天然状态下呈密实状 ，坝肩干重度16.5kN/m，天然含水量16%～18.0%。 坝基渗透系数为 2.6×10cm/s，属于微透水层。工程区地震动峰值加速度为 0.1g， 相应地震烈度为Ⅶ度。

3 坝体和坝基渗漏

根据除险加固钻探勘察和水库管理单位监测记录，坝体桩号 0+061.4～0+156.2，高程 1 186.2～1209.4 m 之间为大坝坝体和坝基渗漏水分布段，长度 94.8 m。根据地质钻探渗漏浆液和现场压水试验，可详细分为 2 个渗漏层带。第①渗漏层为填筑坝体，渗漏厚度大于 5～10.7 m，渗透系数为 4.3×10cm/s，属于弱透水层。 第②渗漏层为坝基渗漏， 属于第四系全新统（Q）冲洪积粉土层，该层在原大坝坝基施工时，清基不彻底。 椐地质钻探资料，该层厚度 3～6m，下限控制高程 1187.622 m，渗透系数为 5.1×10cm/s，属于弱透水体。 渗漏水分布段，需专门灌浆处理。

4 坝体劈裂灌浆设计

4.1 灌浆施工方法

采用劈裂式灌浆方法施工，主要是通过钻机造孔至设计深度，然后下入灌浆管，封闭孔口，即进行劈裂灌浆工作。

4.2 灌浆孔布置

采用双排布孔，即以坝轴线为中心，沿轴线布置一排主灌浆孔； 主排孔上游 1 m 处沿轴线方向布置一排副灌浆孔。排距1m，孔距5m，呈梅花状布设。同时根据坝体渗漏的具体部位和渗漏特点，沿坝轴线分为 3 个灌浆区。 桩号 0+63.1～0+90.6 为第 1 灌浆区（左坝肩段），控制孔数 12 个，即Ⅰ1～Ⅰ6和Ⅱ1～Ⅱ6孔；桩号 0+93.1～0+135.6 为第 2 灌浆区（主河床分布段），控制孔数 18 个，即Ⅰ～Ⅰ和Ⅱ～Ⅱ孔；桩号 0+138.1～0+163.1 为第 3 灌浆区 （右坝肩段），控制孔数 11 个，即Ⅰ～Ⅰ和Ⅱ～Ⅱ孔。

灌浆分区之间施工顺序： 先钻灌第 3 区 11 个主、副孔；后钻灌第 2 区 18 个主、副孔；最后钻灌第1 区 12 个主、副孔及 1 个检查孔，灌浆孔之间施工顺序：分两个序次钻灌，先钻灌Ⅰ序次孔，后钻灌Ⅱ序次孔。

4.3 灌浆土料设计

土料采用大坝左坝肩均质粉质黏土（第四系中更新统离石黄土）。 经试验室对土料颗粒分析检验，其相关物理性指标为土料塑性指数 9.7； 黏粒含量17%；粉粒含量 83%；砂粒含量 0.0%，灌浆采用的土料完全满足设计要求和《土坝裂缝处理试行技术规范》对土料的规定。

5 劈裂灌浆施工

5.1 灌浆工艺流程

劈裂式灌浆施工采用“坝体分段，双排布孔，分序钻灌，孔底注灌，全孔灌注，综合控制，少灌多复”的原则。 根据每个灌浆孔的深度和坝体填筑土密实情况，每孔每次的灌浆时间为 3～5 d，其持浆量小，则间隔时间短；持浆量大，则间隔时间长。 施工工艺流程为：先施工下游排（主排灌浆孔）Ⅰ序孔移机到孔位造孔至设计深度下注浆管封闭孔口灌浆一次灌浆结束间隔时间复灌二次或若干次灌浆结束。 如此类推灌浆至符合设计要求，然后按规定封填孔口。

5.2 浆液配合比、浆液浓度与比重控制

为了满足灌浆过程中浆液稠度 “先稀后浓”；浆液比重“先小后大”的灌浆工艺要求，便于熟练掌握水土配合比和搅拌（槽）浆液所需的土料量，计算编制了浆液配合比表，水与黏土配合比分为 7 个比级，即 5∶1、3∶1、1.5∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1， 需添加水泥时，其重量为黏土重量的 15%～20%。由于造孔过程中， 钻头与孔壁互相挤压使得孔壁较密实，灌浆时不易裂缝，为了及早打开浆液流动通道， 在浆液的浓度和比重掌握上， 第Ⅰ序孔开灌时，按水土比 3∶1，浆液比重为 1.19 g/cm，灌注 10～30 min 后变换浆液浓度， 使比重达到 1.34 g/cm左右，再根据孔内持浆量大小掌握，一般情况下，当孔

口不起压而持浆量较大时， 同一浓度浆液比重由1.34 g/cm增至 1.46 g/cm。当坝体土层劈裂后，采用浓浆，配合比为 0.8∶1，浆液比重达到 1.54 g/cm，随后采用灌-停-灌的工艺流程灌注，直至该孔灌浆结束。 灌注第Ⅱ序孔时，开灌 10～30 min 内配合比仍按3∶1，浆液比重为 1.19 g/cm，之后改为浓浆灌注 ，配合比控制在 1∶1～0.8∶1 之间，即比重 1.46～1.54 g/cm。随后采用灌-停-灌的工艺流程灌注，直至该孔灌浆结束。

5.3 灌浆压力控制

掌握和控制灌浆压力是深孔灌浆质量的关键。采用偏大的压力可能对坝体稳定不利， 但如果压力偏小，则降低灌浆效果，达不到除险加固的目的，因此，以孔口压力 0.2～0.4 MPa 来控制全孔段压力，具体操作如下：

（1） 压力大小随灌浆孔深度增减。 即孔深则压力适当增大；孔浅则压力适当减小。

（2） 灌浆开始时的压力应小， 控制在 0.1～0.2MPa 之间 ，坝体土层一旦劈裂后 ，可将压力升高并控制在 0.25～0.30 MPa 之间， 如果出现孔内持浆量逐渐减少，且灌浆时间不断延长的情况下，将压力升到 0.30 MPa。

（3） 根据灌浆过程中的持浆量变化及坝面、坝顶裂缝出现情况的分析和确定， 绝大多数灌浆孔内土层劈裂时的最大孔口压力为 0.2 MPa。

（4） 第 3 灌浆区，即桩号 0+138.1～0+163.0 范围内的多数灌浆孔，在灌浆初期均不起压，甚至个别孔如 17、18、19 号孔出现负压， 即孔口压力表指示为零。 只在复灌时压力才会慢慢升起，但刚一升起后，又突然下降，升降变化频率较高，直到第 3 次复灌时压力才会趋于平稳上升。 分析其原因，该区段位置正好处在主沟槽位置即坝体下游边坡渗漏最大的部位。

（5） 第 1 和第 2 灌浆区，即桩号 0+63.1～0+90.6和桩号 0+93.1～0+135.6 范围内的多数孔，在灌浆初期，压力已出现变化，虽然不稳定，但第 2 次复灌时压力基本平稳上升。 其原因是在这一范围内坝体碾压相对较均匀和密实，因此，灌浆前渗漏点也少。

5.4 灌浆成果

完成 3 个灌浆区所控制的 41 个灌浆孔，累计总深度 1466.1 m，灌入浆液总量 170.1 m，单位灌入量0.116 m/m；注入黏土总量 135.8 t，单位注入量 0.0926 t/m，其中 ：第 1 排 （主排 ）21 个 、第 2 排 （副排 ）20个灌浆孔；第Ⅰ序 21 个、第Ⅱ序 20 个灌浆孔。 第Ⅰ序孔累计深度 725.1 m，灌入浆液 119.7 m，单位灌入量 0.165 m/m；注入黏土 97.3 t，单位黏土注入量0.134 t/m。 第Ⅱ序孔累计深度 741.0 m， 灌入浆液40.9 m，单位灌入量 0.055 m/m；注入黏土 38.5 t，单位黏土注入量 0.052 t/m。

6灌浆质量检测

（1） 灌浆结束后，根据设计要求打 5%检查孔检查灌浆效果，经提取的岩芯来看，浆脉明晰可见，固结密度大，连续性好，分布均匀。 由此可以充分证实了坝体中黏土帷幕确已形成。

（2）灌浆前，坝体下游坡脚处渗漏量约5L/min，经灌浆后，渗漏量约 0.4 L/min。

（3）经过探坑检查，灌浆前坝体侵润线逸出点高程为1209.4 m，经灌浆后，现降到高程为 1 200.2m，下降了8.6 m。

（4）灌浆施工过程中，通过对坝顶、坝面出现的裂缝（宽度 1～2 cm）闭合情况的观测，大部分灌浆孔在终灌后3d，其裂缝完全闭合，个别灌浆孔由于复灌次数较多，且持浆量较大，裂缝闭合时间稍有延长，但最长不超过终灌后的第5d 即完全闭合。

7 结语

通过本水库除险加固工程大坝劈裂灌浆施工的成功经验，再次证明了大坝劈裂灌浆技术成熟，灌浆效果显著，既提高了坝体的密实度，又增强了坝体防渗能力，降低坝体侵润线，提高了大坝的稳定性，达到了除险加固的目的。

参考文献：

［1］SL 252-2000，水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准［S］.

［2］SL 274-2001，碾压式土石坝设计规范［S］.

［3］SDJ/SG 715-65，土坝裂缝处理试行技术规范［S］.