劈裂灌浆技术在水利工程中的应用

劈裂灌浆技术是我国首创的土石坝除险加固技术,主要用于解决病险土石坝的渗流问题,自20世纪70年代开创以来,已取得了巨大的经济和社会效益。龙林水库在使用劈裂灌浆后不久，在坝顶挖槽检查劈裂灌浆的效果，被劈裂坝体粘土充填均匀密实，又经过十年运行观测，原来漏水点得到封堵，大坝下游面也没有发现新的漏水点，坝体劈裂灌浆达到了预期的效果。说明了该项技术在水利工程中应用的可行性及其良好的效果。

1工程概况

龙林水库位于大姚县金碧镇龙林村，属金沙江水系龙川江一级支流蜻蛉河支流。水库始建于1957年，1990年扩建为小（一）型水库，是一座以农业灌溉为主兼顾防洪的小㈠型水利工程。坝址以上控制径流面积10.40km2，经复核水库总库容为108万m3，灌溉面积为2250亩，保护耕地0.25万亩。

水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水隧洞组成。大坝为粘土心墙坝，最大坝高25.50m，坝顶长185.00m，溢洪道布置于大坝右坝肩，输水隧洞布置于大坝左岸山体内。1993年8月竣工，当年投入运行后就发现大坝有渗透现象，下游坝坡浸湿面积达700m2。

2 渗漏原因分析及危害性

2.1 渗漏原因分析

2.1.1 由于当地缺乏优质土料，建坝心墙所用的土料中局部夹有含角砾、碎石土，坝壳料采用风化砂质泥岩碴料填筑。并且，限于无大型施工机械碾压设备，土料压实不规范，施工质量差，整个坝体铺土厚薄不均，碾压遍数不均，含水量控制不严，土料碾压密实度不能达到设计要求，从而造成坝体有架空和漏水通道存在。

坝体心墙土质不符合要求及密实度较差是造成坝体渗漏的主要原因之一。

2.1.2 坝基基础土层为碎石土，呈半胶结态，块径一般20～60 cm，最大块径100cm，属中等透水层～强透水层，施工时未进行基础防渗处理，坝基基础也普遍存在分散性渗漏。

2.2 危害性分析

2.2.1 坝体渗漏：库内水体透过坝身渗流而造成水量流失。同时，影响土质坝体的稳定，危害大坝安全。轻则坝体出现局部集中渗漏、管涌，严重的就会出现溃坝。

2.2.2 接触面渗漏：大坝建在中强透水土层上，违背设计原则。库水会透过坝基土体和坝基与坝体接触面渗流而造成水量流失。渗漏水严重的话，水库会失去正常蓄水功能。

3 灌浆施工

为确保水库灌浆防渗处理以后能恢复水库正常蓄水的功能，依据设计要求，坝体土采用劈裂灌浆工艺，坝基碎石土采用水泥灌浆防渗帷幕工艺，本文介绍坝体劈裂灌浆施工部分。

3.1 灌浆材料选择

由于当地无法找到优质粘土，将海涂泥送实验室对其进行各项性能指标的测试：其容量为1.35～1.55 g／cm3 ，粘度20～70s，稳定性0.1～0.15 g／cm 3 ，胶体率>70％，失水量10～30 cm／30 min，含砂量<10％。粘土各物理力学指标基本符合规范的要求。

3.2 劈裂灌浆工艺流程

3.3 钻孔

本工程劈裂灌浆范围为桩号0+003～0+196 m，共计193.0 m，孔距为2.0 m，共布孔98个，要求分二序施工，先完成I序孔后，才能对Ⅱ序孔进行施工，灌浆深度以钻穿坝身控制。

3.3.1 放样布孔

按设计图纸对各序灌浆孔进行精确孔位放样，并分别做出明显标记。单号为I序孔，双号为Ⅱ序孔。

3.3.2 钻机就位

根据放好的孔位，摆稳钻机，校正平台及立轴，确保平台水平，立轴竖直。孔位偏距<3 cm。

3.3.3 造孔

劈裂灌浆造孔采用回转式钻机，造孔采用套管取土法或湿钻法，严禁冲水钻进。护壁套管采用单管，套管尺寸为φ108 mm。

3.4 泥浆制备

3.4.1 泥浆制备时，泥浆质量必须符合SD266-88《土坝坝体灌浆技术规范》的规定。

3.4.2 泥浆池的容量必须满足一天用的容积，劈灌施工时，不允许边拌制泥浆边使用，必须保证泥浆有4 h以上的沉砂过程。

3.4.3 劈灌开始时，泥浆容重为1．3～1．4 g／cm3，劈开后应为1．5～1．6 g／cm 3，为此要分设泥浆池，才能满足劈灌的技术要求。

3.4.4 沉砂池与泥浆池需及时清理。劈灌时，当泥浆池中存浆不多时，若发现池底沉砂混入浆中，应立即停灌处理。

3.4.5 泥浆性能控制：初灌时，泥浆容重应为1．3～1．4g／cm3 ，劈开后，泥浆性能的验收标准为：容重≥1．45 g／cm3 ，粘度=20～70s，稳定性<0．15 g／cm3。

3.5 灌浆

灌浆段以上土体用套管保护。在河槽段第1、2次劈灌，套管保护长度约为土体厚度的70％；第3、4次复灌约40％；第5次及以后，套管保护长度约2．5 m左右。注浆管须保持在离孔底1m左右，第5次及以后可向上提至约1／2坝高。

每次单孔灌浆量控制：在河槽段以每米段长0．5～1．0 m3控制，在岸坡段以每米段长≤0．2 m3。控制。

3.6 劈灌压力控制

灌浆孔压力由 ，式估算，式中：γ为土体密度，取1．9 t／m3 ；h为计算点以上坝高； 为土的单轴抗拉强度，取0．03 MPa； 为粘土浆密度，取1．45 t／m ； 为泥浆柱高。

3.7 劈裂重复次数与间隔时间

重复灌浆次数≥7次，每次间隔时问为5 d。其它技术要求按《土坝坝体灌浆技术规范》的要求执行。

3.8 劈裂灌浆结束标准

当浆液升至孔口，经连续复灌3次不再吃浆，即可终止灌浆。

3.9 封孔

封孔采用1．50 g／cm3密度的稠浆，浆面下降须及时补灌，直至不再下降为止。

3.10 灌浆记录

3.10.1 原始记录应包括开灌时间、劈灌压力及时问。

3.10.2劈开后每5 min录一次孔口压力、泥浆比重、灌人浆量(换算成干土重)。每15min记录一次泥浆粘度。

3.10.3 原始记录还应记录坝顶裂缝出现时间、范围、冒浆地点、停机灌孔间的互通孔段等。Ⅱ序孔劈灌时，需在灌浆前、灌浆过程中及灌浆后观测临近孔的浆面变化并加以记录，以了解各孔劈通及联幕情况。

3.11 灌浆监视及注意事项

为确保土坝坝体灌浆质量和安全，应在坝顶灌浆轴线钻孔上下游的两侧布置观测桩，以对劈裂灌浆过程中坝顶出现裂缝、冒浆、串浆等情况进行有效控制，一般设桩间距为20 m。灌浆过程中，应一边灌浆一边监视，以随时掌握坝体变化情况；正常施工期间，一般每天观测2次；非灌浆期间，应每5天观测1次。

灌浆裂缝的控制标准为：当坝顶钻孔之间出现横向裂缝并有泥浆渗出，以缝宽小于3．0 cm进行控制，同时，为严格控制好劈裂质量，应注意如下事项。

3.11.1 劈灌时，受灌孔附近不得有钻机、枕木及其他堆积重物，要严格按照技术要求进行施工。为确保劈裂灌浆施工质量，结合规范，本水库限制缝宽控制在3．0 cm以内，停灌后坝体裂缝基本闭合后再进行。

3.11.2 劈裂灌浆施工应尽量安排在白天进行，以提高坝顶监测桩测量的准确度，如遇台风或强降雨天气，灌浆施工应该停止。

3.11.3 劈裂灌浆过程中，当坝顶出现横向劈裂缝并有浆液从裂缝中渗出时，要马上停灌施工。

3.12 质量检查与处理效果

灌浆结束3个月，通过坝顶挖槽检查劈裂灌浆的效果，被劈裂坝体粘土充填均匀密实，在一条基本均匀灌缝两边，局部呈树根状分布，坝体缝隙得到有效充填，各孔劈通及联幕情况良好。经过一个雨汛期和灌浆结束1年后，按照要求对大坝防渗灌浆部分进行分项验收，在查看灌浆记录、成果资料、坝顶挖槽检验劈通及联幕照片以及实地检查大坝下游面是否有渗漏水部位后，结果没有发现有渗漏的部位。

该水库自1997年6月开始灌浆施工，至1998年1月大坝防渗灌浆结束，10年后，对大坝下游坝坡、坝脚和原先渗漏的部位进行观测，没有发现渗漏水部位。实践表明，所采用的劈裂灌浆工艺方法以及压力值选取是合适的，劈裂灌浆防渗堵漏达到了预期效果。