石坝水库坝体劈裂灌浆探讨

[摘要]：本文以工程实际为依据，对劈裂灌的浆液、压力、灌浆综合控制及质量检查等问题进行深入探讨。
　　[关键词]：劈裂灌浆；探讨；土坝；石坝水库
　　
　　1工程概况
　　石坝水库位于珠江流域西江水系块泽河源头，迳流面积75.50km2，坝高25.80m，坝长120.0m，正常库容2670.0万m3。不仅要满足农业灌溉及人蓄饮水的需要，还要承担白水电厂的供水任务。其地位举足轻重。为此，对水库安全和供水保证要求很高。
　　由于施工质量差，大坝坝高16.0m以下较密实，以上实为松堆坝，结构松散，防渗能力差。致使外坝坡大面积潮湿，渗漏面积达700.0多m2，并有两处集中漏水，高水位时渗漏量达20.0L/s。这样，不但水库不能很好地发挥效益，而且，大坝安全受到严重威胁。
　　2工程设计
　　针对该工程坝体具体渗漏情况，设计采用劈裂灌浆。帷幕线位于坝轴线上游0.5m处，帷幕线长120.0m。一共20个孔，分两序进行，孔距5.0m，孔深以接触基岩为准，总孔深355.10m。压力0.26～0.30MPa之间，不得超过0.30MPa。采用粘土水泥混合浆，重量比7:3,浆液稠度1.2～1.6t/m3之间，帷幕面积1855.70m2，要求帷幕平均厚度不低于0.2m。
　　3劈裂灌浆工程施工
　　3.1钻孔
　　钻孔分三序进行，第一序孔孔距20.0m，第二序孔孔距20.0m，第三序孔孔距10.0m，即按20.0m、10.0m、5.0m的孔距逐渐加密。开孔孔径110.0mm，终孔孔径91.0mm。一次性成孔，不分段，下定向管后，一次打到基岩为准。钻进方法为回转式钻机干钻或反循环钻进，不允许送水。
　　3.2浆液配制
　　干发制浆，先用打浆机打碎粘土，过滤粗颗粒，搅成粘土浆，然后，再掺入水泥配成粘土水泥混合浆。粘土水泥重量比为7:3。配浆时固定水泥用量，通过调整粘土和水的用量来吻合所需要的浆液稠度。
　　3.3灌浆压力
　　为了获得较可靠的灌浆压力，从先导孔取土样进行相关试验，由于坝土质量差，样品不能满足相关试验的要求，未能获得相关参数。通过一段时期的工程施工，发现设计灌浆压力不能满足现场施工的要求，指导意义不大，采用设计灌浆压力多数情况下，不是劈不开就是不到设计压力就劈开。经过总结分析，该工程最终采用每孔每次都结合具体工程实际，通过现场试验确定灌浆压力，并加之有效的综合控制来实现。获得了很好的效果。具体各孔灌浆的第一次至第五次劈裂压力见表1。
　　
　　3.4灌浆
　　具体灌浆过程中，操作和控制遵循以下原则：
　　①全孔一次性灌注，孔口封闭，不分段，射浆管下至距孔底0.5m处。
　　②以清浆开路，浓浆为主进行灌注。即先灌清浆，使坝体劈裂，然后用浓浆将裂缝充填满。起始浆液稠度为1.2t/m3，结束时一般为1.5t/m3。
　　③为了坝体安全，压力从零开始缓慢提高，逐级升压。最高压力值不受设计限制，其值的选择以能使坝体劈裂为准。
　　④浓浆各项参数控制为：比重不小于1.5，粘度不大于30s，稳定性不小于0.02g/cm3，胶体率不小于90％。
　　⑤少灌多复，一般每孔复灌次数为5次，最终以满足浆体厚度不小于20cm为准。
　　⑥规范对混合浆待凝时间没有具体要求。本工程一般采用72h，低水位时48h便能满足要求。
　　⑦结束标准安停灌和终灌两个标准来控制。停灌标准是为保证大坝安全和灌浆质量的重要措施，是单孔每次灌浆量、灌浆压力、横向水平位移及裂缝开展宽度等达到控制标准的控制。其次，冒浆过大、产生横向裂缝、弧形裂缝等也必须停灌。结束标准是整个孔的灌浆已达到设计要求，结束该孔灌浆的标准，是以灌浆次数、总灌浆量和帷幕厚度来控制的。
　　⑧采用浓浆封孔，单孔灌浆结束后，把孔内清理干净，然后注入浓浆，有时需要数次注入才能填满。
　　⑨灌浆过程中随时对坝体沉降、位移和裂缝开展宽度进行监测。
　　3.5特殊情况处理
　　①往往在灌浆过程中坝顶或坝坡会发生冒浆，致使灌浆不能实现坝体劈裂。这时，停止灌浆，将冒浆点回填夯实，停歇待凝后，再进行灌浆。
　　②对于机械事故或停电造成的灌浆终止，若是灌浆已达到或基本达到设计要求，便作为一次有效灌浆。否则，并入下一次灌浆计算。
　　③岸坡段靠坝肩部分孔，由于应力分部复杂，呈空间状态，劈裂效果不明显。后经分析研究，决定进行加密孔处理。取得了较理想的效果。
　　4综合控制
　　施工综合控制包括灌浆量、灌浆压力、横向水平位移及裂缝开展宽度控制。综合控制贯穿于整个灌浆工作的始终。
　　① 灌浆量控制。每次灌浆每米孔深耗浆量浓浆不超过2.0m3。
　　② 灌浆压力控制。派专人对压力进行重点观测，每次灌浆前都要对压力表系统、孔口设施及灌浆管路系统进行认真检查，以完好和工作状态良好为标准。以确保能准确反映和控制压力。具体灌浆时控制压力缓慢升高，劈裂后在小于劈裂压力的情况下进行灌浆，直到结束。
　　③ 横向水平位移控制。为了观测和控制坝体位移情况，顺坝轴方向埋6排桩，即坝顶两边各一排，内外坝坡各两排，分别置于坝坡中央和坝脚，每排5个桩，纵横基本等距离布置。这样就能在灌浆过程中或间歇期间对坝体的变形进行有效监测和控制。具体要求每次灌浆位移不超过3cm。
　　④ 裂缝开展宽度控制。灌浆过程中控制每次灌浆裂缝开展宽度不超过3cm，沿裂缝发展方向设置若干观测点，自始至终进行现场观测和控制。
　　⑤ 除以上四项控制外，还要注意不能出现横向裂缝、斜向裂缝及弧形裂缝。注意控制裂缝延伸长度不超过20.0m。
　　5灌浆质量检查
　　土坝坝体劈裂灌浆在理论上和工艺上都和其它灌浆具有明显区别。劈裂灌浆没有扩散半径，浆液只是沿坝轴线方向扩散，形成一道连续的防渗墙。并且，防渗墙是若干条浆脉连同坝土共同形成的整体。因而，劈裂灌浆不宜采用打检查孔作压（注）水试验的方法来进行其质量检查。而是采用综合检查法，重点检查浆体帷幕质量和下游坝坡渗漏、潮湿情况。
　　①帷幕厚度检查。通常是用耗灰量来进行帷幕厚度折算，这与实际相差太大。因为河槽段与岸坡段，孔上部与下部的帷幕厚度不一样，所形成帷幕不是等厚的。因而，采用计算、挖探坑和水平位移观测结果三者来比较，见表2。
　　
　　帷幕厚度计算检测结果表 表2
　　　
　　探坑深2.0m，直径1.0m。河槽段和岸坡段各开挖一个。与其比较的横向位移是与其相同位置的观测数值，是最终结果。探坑揭示帷幕厚度是坑底所揭示的各条浆脉厚度的累加值。从表中各项数值看，所形成帷幕厚度还是比较理想的。
　　②帷幕强度检查。从探坑所揭示情况看，浆液结石坚硬、耐击，成分均匀，充填密实。确实达到了饱、满、实的要求。坝体回弹好，帷幕附近无空隙，浆液与坝土胶结好，无分离现象。通过取样试验，帷幕线上坝体渗透系数达到1.19×10-6cm/s。可见，效果是显著的。
　　③外坝坡渗漏观测。工程结束3个月，库水位升至接近正常蓄水位，库容达道2501.80万m3，外坝坡全部干燥，无潮湿现象。并经浸润线观测证实，浸润线比灌浆前显著降低。
　　④坝体沉降观测。通过灌浆过程中坝土的湿陷、压密作用，使得坝体断面缩小、坝体更加稳定、坝土更加密实了。与灌浆前相比，坝高缩小了20.60cm，为最大坝高的0.80％。同时，大坝横断面也缩小了0.80％。经过对各个观测点的沉降和位移进行分析，发现二者共同作用的结果都是使观测点向坝内移动。对大坝安全十分有利。
　　⑤ 从几次特大洪水看，库水上升速度很快，不到一个星期就满了。但大坝没有出现任何险情。可见工程质量是很有保障的。
　　6技术探讨
　　通过石坝水库坝体劈裂灌浆工程施工，对劈裂灌浆技术有了更进一步的实践和认识，并且对其实施的一些关键性问题有了较好的解决方法。对今后的工程实践具有现实的指导意义。
　　6.1关于灌浆浆液
　　通过在区内取样分析，本地土料粘粒含量高，在40％以上；粉粒含量低，小于30％。不符合规范要求，故不宜采用纯粘土浆。采用粘土水泥混合浆较适宜，但其配合比例最好通过试验确定。
　　6.2关于灌浆压力
　　对于劈裂灌浆来说，灌浆压力是个很棘手的问题。在本工程的实践中，发现了问题，并且有了较好的解决办法。
　　①设计很难有效地提出劈裂灌浆压力，有效的办法是在工程现场根据具体情况试验确定。
　　②通过取土样进行室内试验，取得一些参数，从而用于计算灌浆压力是不现实的。因为，影响灌浆压力的因素很多，灌浆过程中坝体条件又在不断地得到改善，不断变化。
　　③从表1可以看出，劈裂灌浆压力随着孔序的增加在不断地增加。因此，在确定劈裂灌浆压力时，绝对不能忽视随着灌浆的进行，坝体条件在不断改善这一重要因素。
　　
　　6.3关于灌浆控制
　　为了保证灌浆质量和大坝安全，灌浆控制十分关键。它直接关系到工程的成败。
　　①劈裂灌浆就是一个浆坝互压的过程。先是通过浆液的压力将坝体劈开；然后是坝体挤压浆液，使浆液与坝土很好地胶结，同时也使裂缝得到闭合。因此，单次灌浆裂缝开展宽度不能太大，否则坝体不能很好地回弹，裂缝不能很好地闭合。不仅影响灌浆质量，可能还会出现大的质量安全事故。
　　②单次灌浆量不宜过多。否则会影响坝体回弹，超过坝体承受能力会造成滑坡等事故。因此，坝体劈裂后就不宜再施压，应采用注浆的办法完成灌浆。
　　③灌浆使得坝体断面收缩，坝高减小、横断面减小。具体表现是位移观测点逐渐向坝内收缩。这是劈裂灌浆有效和安全的具体反应。反之，就要特别注意了。
　　④一定要注意不能出现横缝、斜缝和弧形缝。一旦出现，必须立即停止灌浆，待处理好后再恢复灌浆。
　　6.4关于灌浆质量检查
　　一旦每次灌浆都能很好地进行，很好地实现劈裂、很好地进行灌浆控制。就不愁灌浆质量好不好了，这也是劈裂灌浆有别于其它灌浆的一个方面。但为了有说服力，检查还是有必要的。以进行帷幕厚度、帷幕强调、渗漏对比及坝体断面变化等综合检查更能说明问题。其中帷幕厚度以计算、横向水平位移观测和探坑等综合检查为好，只要各项结果都能符合要求，就能保证帷幕厚度达到了设计指标。
　　7结语
　　对于土坝灌浆，目前，劈裂灌浆是最经济有效的办法。但其工艺还需要在实践中不断地总结完善。石坝水库坝体劈裂灌浆的成功实践，获得了一些很好的成果，希望能起到一定的有效的作用。