探讨中小水库土坝防渗施工技术

【摘 要】渗透破坏是中小型水库土坝损毁的重要原因之一，本文分析了劈裂灌浆技术基本原理，重点对在水库土坝防渗工程中劈裂灌浆施工技术的工序与要点及常见问题处理进行分析，以供同行参考与借鉴。

【关键词】坝体加固；劈裂灌浆；应用；效果

0.引言

劈裂灌浆技术在中小水库工程中经常用到，其主要针对的是病险堤坝。其施工工艺如下：首先顺着坝轴线处的小应力面进行灌浆孔的设计，再利用大灌浆压力将坝体劈开，以使防渗浆液顺着坝轴线漫开，这样就会组成不间断而且垂直的防渗帷幕，使坝体渗透稳定性方面的问题得到了很好的处理，与此同时在劈裂―回弹的循环中，由于浆坝之间的互压以及析水发生了湿陷固结，所以增强了灌浆轴线两侧部分区域内的坝体土密度。此外，因为灌浆压力较大，再加之浆液还可以作填充、劈裂、渗透及穿透之用，所以全部穿过坝体的松散土层、洞穴以及裂缝均得到了充填以及渗透，并最终被挤压直到完全密实，形成了一条防渗带（其主体是浆脉），最终实现了防渗加固目的。

1.劈裂灌浆试验

由于填筑土料的差异，因而坝体产生破坏的原因也不相同。为了搞好灌浆设计和施工，灌浆试验是必不可少的。试验分为室外和室内试验。室内试验包括坝体回填土料和浆体土料物理力学性质试验及浆体性质试验等。室外原型试验，即现场灌浆试验，一般包括位移、回弹比、灌浆压力、一次灌浆量试验等。

在劈裂灌浆中，选用合适的泥浆是保证灌浆质量的重要条件，不同的浆液直接影响泥浆的固结速率和所形成浆体帷幕的防渗效果。所以，在灌浆前根据大坝的填料，对本地粘性土土料进行抽样，对形成的不同稠度的泥浆进行物理力学性能试验，以便掌握各种浆液的物理力学性质，在灌浆施工中选用合适的泥浆。泥浆试验内容有流动性试验、自由析水率试验和稳定性试验。根据试验结果来选择一种适合的材料。

2.灌浆施工过程

2.1设备设施的合理选择以及灌浆布孔问题

顺着主坝轴线进行全线布孔，确定桩号与孔距。为明确坝体和地基所处的实际地质条件，需要顺着布孔线布置一些先导孔（间隔为40m），以掌握灌浆孔底坝部位的基岩以及不透水（相对）层顶线的实际高程。灌浆共包括三个序孔，第一序孔的孔距设定为20m，第二序孔的孔距设定为10m，第三序孔的孔距设定为5m。孔深需要达到坝基以下3m的地方，也就是相对不透水层。关于灌浆设备的选择，具体情况如下：一台经纬仪，一台搅浆机（型号是WJG-80型），一台水准仪（型号是DS3），一台钻机（型号是XL-100），最后还需要2个灌浆泵（型号为YSB-250/120型）以及2个储浆罐（容积是1000L）。

2.2设定灌浆压力

灌浆压力主要包括三类，即第一是起始劈裂压力，第二是最大单孔灌浆压力，第三是屈服压力，以上三种压力需要在灌浆施工过程中进行确定并给予严格的控制。灌浆压力的影响因素有很多，比如是否压实、坝高、钻深、坝坡、坝体土料的主要特征和灌浆过程中使用的材料等。以设计规定参数及已设置先导孔为依据，开展劈裂灌注试验，来得出以上三种压力大小，并对注浆量做出初步预测，以更好的指导灌浆的整个施工过程。

通过试灌实验，得出了起始劈裂压力及最大单孔灌浆压力，它们分别为0.13～0.19MPa及0.23MPa，在此需要特别注意的是，在灌浆过程中务必要控制好最大单孔灌浆压力，以防其大于规定要求。结合实际经验以及施工图估算，可以得出坝体防渗帷幕通常要满足的要求是上下和两端部位均薄，中间较厚，所以应该将浆体厚度设定为5～10cm。

2.3制作灌浆材料

原则上要求劈裂灌浆制浆材料最好是纯粘土浆，而且其粘粒含量一定要合理，指标要满足规范或者是设计标准。取土料场通过试验，得出其颗粒级配相对科学合理，而且具有较少的有机质可溶盐和砂成分，稳定性能较强，胶体率相对较高，因此，可以作为劈裂灌浆制浆材料。

制浆要选择搅浆机这一方法，需要经常对泥浆浓度进行测试，要安排专人借助比重计实施控制浆液稠度。在刚开始灌浆时，泥浆浓度最好选择稀浆，其密度具体为1.2～1.3kg/cm3，当劈来坝体后再选择浓浆取代，灌注浆以及封孔时其浓度分别为1.5～1.6kg/cm3以及1.7kg/cm3（最低值）。土料需要先进行浸泡并过筛，再放进搅浆机进行搅拌，这样制作的浆液还要再接受两次过滤（用5mm孔目的筛子进行），最终再将其放进储浆罐以便后使用。

2.4控制灌浆过程

灌浆选择孔底注浆全孔灌注的方式，施灌过程要严格遵循以下原则：即稀浆用来开路，浓浆用来灌注；分步骤施灌；由疏到密，每次保持少量但反复灌注；对浆量实施控制，实施过程中要把注浆管伸至与钻孔底部位置相距0.5～1.0m的地方。它的工艺流程如下：首先是开挖沟槽及钻孔，其次是制浆及灌浆，最后是终灌并同时封孔。在此详细说明施工中需要重点控制的环节：复灌次数、压力、间隔长短、灌浆量以及坝体变形等。

（1）对灌浆压力的控制。灌浆压力根据以上试验确定值按各个环节控制，选择精准的压力仪表及其旁排浆阀来对孔口压力进行控制，禁止随便加大压力。所有孔都要安排专门人员进行观察并做好记录，从灌注起直到灌注完成都要以预定方案为根据，逐步加大压力，同时遵循“内劈外不劈”这一原则进行控制，要注意不能使一次劈裂时间过久。

（2）对灌浆量的控制。在灌浆时要尽可能将坝顶裂缝发生的时间延后，通过相关措施，如对灌浆泵流量进行控制等来掌握好每次灌入量大小，否则，坝体裂缝会随着时间的推移而不断增大，与此同时坝体还有可能出现压缩或者是位移等现象。要明确停灌标准，如果灌注时出现不吃浆及坝顶不断冒浆达到3次，具有0.23MPa大的孔口压力等情况时，就应停止继续灌浆，这时需要将注浆管增高3.5m，然后再继续灌注，这样不断反复，直到满足标准。每次灌浆时其数量要维持在5m3这一范围。

（3）对坝体变形的控制。本工程主要针对坝体垂直沉陷以及水平位移进行控制，沿着坝轴线要进行很多木桩观测标点的设置，其每组间隔距离为20m，每组包括背水坡，坝顶以及上下游坝肩（每处都需要一个观测标点），在灌溉时，需要借助水准仪以及经纬仪等测量仪器进行观测，具体要求是每天2次，如果不是灌浆期，则5天进行1次即可，主要是观测坝体水平以及垂直方向的具移状况，与此同时还要对实际沉陷部位进行观测，要注意做好记录，以明确坝移所在范围，判断其是否符合规范要求，进而为制定改进措施提供依据。

2.5对特殊问题进行处理

（1）关于冒浆问题。第一序孔灌注时，背水坡涵管处有两个地方出现冒浆现象，选择停灌待凝以及少灌多复方式，同时加入一些稠浆（以膨润土制作而成）进行封堵。

（2）关于裂缝问题。在灌注第一以及第二序孔的过程中，坝体裂缝长、宽都满足规范，第一次劈裂时其缝长及裂宽分别为8m和2cm。在0+060桩号灌注时，出现3.5cm裂缝，为防止裂缝进一步加剧，停止灌注时间12小时，接着当坝体回弹闭合后，再继续进行灌注。

（3）关于串浆问题。相邻两孔（也可以是隔孔）孔口出现冒浆现象，这意味着坝基被劈裂，两孔之间的浆脉已经连通。选择堵塞冒浆孔，并继续进行灌注方式进行了处理。

（4）关于隆起问题。灌注过程中，坝背坡面出现过两次隆起现象，通过检查后发现，主要是由于灌浆压力大，挤压该处导致，通过采取降压并对灌浆泵流量大小进行调整、停灌12小时等措施，同时，有效解决了局部隆起问题。

3.结语

在病险水库土坝坝体防渗加固中，劈裂灌浆技术具有造价低、质量好、易于操作的特点，解决土坝渗漏问题效果较好。实践证明，劈裂灌浆技术是一项很有应用价值的工程技术，值得推广。

【参考文献】

[1]林泽和.灌浆技术在土坝坝体加固中的应用[J].民营科技，2009，（06）.

[2]赵廷华.窄口水库大坝坝体防渗加固技术研究[J].人民黄河，2010，（06）.