劈裂灌浆技术在堤防防渗中的应用

　　艾山水库为邳州市山区小（2）型水库，位于铁富镇艾山与长山之间，建于1958年，设计汇水面积2.4km2。因当时施工条件差，工程管理不到位，造成筑坝土质不均，渗透性差异大，坝体渗漏严重。艾山风景区为邳州市规划中的风景区，水库如不能正常蓄水，在很大程度上影响景观。本次小型水库除险加固工程，对坝体进行了劈裂灌浆防渗处理，解决水库渗漏的问题，取得了良好的效果。
　　一、灌浆设计
　　水利上的堤坝是人工或机械堆筑成的长条形土料建筑物，为梯形断面，由于受多种自然因素的影响，常出现一些不稳定现象。如果向不稳定的堤段造孔并向堤体孔内压注浆液，加上浆液自重因素，使堤体沿轴线方向形成一道或数道粘土帷幕，则可达到消险固堤的作用。
　　1、灌浆形式选择
　　由于坝体施工质量差，坝体密实度、土质均匀性较差，坝坡、坝基均渗水严重，因此本次坝体垂直防渗工程采用劈裂灌浆技术。
　　劈裂灌浆技术在堤坝、软土地基、隧道、路基的加固中都有着广泛的应用，劈裂灌浆利用最小主应力面和堤轴线方向一致的规律，根据土体水力劈裂的原理，顺堤向布孔，在灌浆压力下以适宜的泥浆液为能量载体，有控制地劈裂堤身，将与浆脉连通的所有裂缝、空洞、空隙等隐患用泥浆充填密实，同时浆压将筑堤土压密，最终在堤内顺堤向形成密实、垂直、连续、有一定厚度的浆液防渗固结体，从而达到防渗加固的目的。
　　2、灌浆孔布置与孔序
　　本次除险加固工程主要解决坝体渗漏问题，针对工程实际情况，采用在大坝坝顶沿坝轴线上游侧1.0m处进行单排布孔。为保证浆液对坝体隐患部位和坝身与坝基的接触面得到充分浸透、充填和挤压密实，孔深应深入坝基壤土层。
　　采用分序分次灌浆，分序的目的主要是使浆液在坝体中有充分的析水时间，据工程实际情况，采用两序孔灌浆。第一序孔孔距6m，第二序孔孔距3m。本次灌浆设计单孔灌浆次数不少于5次，复灌间隔时间不少于5天。
　　3、灌浆材料
　　灌浆材料采用粘土水泥浆液，水泥、粘土占混合浆液干料的15%、85%。灌浆土料物理力学指标主要为:粘粒含量20％～30%，粉粒含量30％～50%，砂粒含量10％～30%，有机质含量＜2％，可容盐含量＜8％，塑性指数8%～15%，泥浆比重1.3～1.6t/m3；为加速凝固，掺入15%左右水泥，水泥采用标号为P.O32.5级，并要求具有抗侵蚀性能；水泥的细度要求是通过4900孔／cm2标准筛(筛孔尺寸为0.088mm)的筛余量小5％～2％。
　　二、灌浆施工工艺
　　灌浆施工工艺是土坝安全和保证灌浆质量的关键。一般采用“坝体分段、区别对待、单排布孔、分序钻灌、孔底注浆、全孔灌注、综合控制、少灌多复”的原则，灌浆施工过程主要包括:施工准备→场地布置→造孔→护壁管安放→制浆→灌浆→终灌、封孔。
　　1、施工准备及灌浆设备选择
　　由于灌浆需要24小时不间断施工，施工前必须做好施工准备。
　　首先，灌浆设备要可靠、性能良好。经过多厂家比选，最后确定选用山东泰安产WJ100型卧式灌浆机，该机集搅拌、过滤、储浆、输浆功能为一体，可以连续搅浆和输浆，移动方便灵活。输浆用80/10型泥浆泵，功率4kW，最大工作压力1.0MPa，输浆量0.08m3/min，水平输送距离60～80m，动力配备为12kW柴油发电机2台，一台备用。
　　第二，选择符合要求的土料场，由于灌浆孔吃浆量的不确定性，所选择的料场土料必须充足。
　　2、造孔与护壁管安放
　　造孔前，在坝顶沿灌浆轴线开挖深约1．0m，宽约0．5m的沟槽，并回填粘土夯实，构成阻浆盖，防止孔口过早出现裂缝或冒浆现象。按设计要求布孔，然后采用干法造孔，孔径为100mm，孔深超过坝基1.5m，孔距3m，造孔应保证铅直，偏斜不得大于孔深的2％。
　　3、制浆
　　采用制浆搅拌机湿法制浆，随时测定泥浆密度，控制达到设计要求，泥浆比重控制在1.3～1.5t/m3，为加速凝固掺入15%左右P.O32.5级水泥，使浆液各项指标均达到设计要求。灌浆过程中浆液容重和输浆量每小时测定1次并记录，浆液的稳定性和自由析水率5天测1次，如浆料发生变化，随时加测。
　　4、灌浆技术要求
　　灌浆采用孔底注浆全孔灌注的方法，施灌的原则是“稀浆开路、浓浆灌注、分序施灌、先疏后密、少灌多复、控制浆量”。灌浆开始选用稀浆，经过3～5分钟后加大泥浆稠度；每孔每次平均灌浆量以深计，每米控制在0.5～1.0m3，每孔灌浆次数在5次以上。

　　1）压力控制
　　灌浆的控制压力，可等于或稍小于设计的压力值，初始可选择低些，随着复灌次数的逐步增加，使控制压力应接近或等于设计孔口压力值，本工程设计孔中压力控制在40～80Kpa，孔口压力为113.78Kpa。
　　2）灌浆量控制
　　控制每次灌浆量，可以提高灌浆效果，促使泥浆加快固结，如单孔灌浆量过大，会造成局部土体较大的湿陷变形，由于排水不及时，会带来坝体的不稳定。本工程按设计要求每孔注浆所用的干土料约为7.2T。
　　3)灌浆观测
　　为掌握灌浆质量，防止发生意外事故，劈裂灌浆时需同时进行坝体表面变形(水平位移和沉降)观测，可以随时了解土坝灌浆以及引起的回弹情况，监别大坝的安全，保证灌浆质量。对各观测项目要配合进行，随时掌握不正常现象的发生，发展，防止事故发生，确保工程安全。
　　为检测所做防渗工程实际效果，埋设测压管进行渗流观测。本次安排埋设测压管2组计8根，测压管成孔直径为110mm，测压管为2寸镀锌管，上部为不透水管，下为透水管(含沉淀管)，透水孔直径10mm，透水率不低15％，呈梅花形分布。测压管应与注浆孔在一条直线上，每根测压管埋设后，进行灵敏度试验。
　　4）位移、沉浆量控制
　　为掌握在灌浆过程中及灌浆后坝体位移和沉陷的变化，确保在灌浆期坝体安全。沉降量的控制，根据实践经验要求，位移与沉降量之比应小于相应的1／2坝坡。

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