劈裂灌浆技术在普宁三坑水库除险加固中的应用

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三坑水库建成于１９５９年，土坝坝高２９．５ｍ，坝长５５０ｍ，集水面积３８ｋｍ２，库容９６２万ｍ３，灌溉农田１５８７ｈｍ２，并作为县城流沙的供水水源，兼有发电效益。随后，按照千年一遇的标准完善配套设施、加固大坝并完成加高土坝３ｍ，使库容增至１４６８万ｍ３，效益更加显著。 然而，由于水库所处的大南山区，是省内四大暴雨区之一，洪患无常，水库未能发挥更大的拦蓄洪水作用。于是，１９８０年在水库上游库尾建成１座总库容１６５０万ｍ３的调节水库，集水面积２４．８ｋｍ２，大大减轻下库的防洪压力。该库土坝最大坝高５５ｍ，成为全县水库坝高之首，坝长２８０ｍ。这座水库的主要功能是蓄洪治涝，错开三坑水库洪峰发电，尾水归入下库，使水资源得到充分综合开发利用，补充了城镇供水水源。 上库大坝建成后，出现严重的渗漏和管涌病害，使上、下两库安全同时受到威胁。为了确保安全，一方面限制上库蓄水量，一方面采取勘察和物理勘探的手段查明隐患，并对大坝进行３次充填灌浆除险加固处理。但是，这些除险加固措施，未能解除大坝存在的隐患，险情依然存在。对这样一座带病运转、未能发挥最大蓄水功能的水库，经省水行政主管部门专家组鉴定，列入重点除险加固的病险工程基建项目。 针对充填式灌浆未能消除隐患的实际，施工设计采取省内深圳水库、云浮朝阳水库行之有效的劈裂灌浆施工工艺，并采用了一套能在施工过程中进行灌浆质量自动化监控的系统，对灌浆施工实行科学管理。 由于劈裂式灌浆在省内多在重点中型水库的除险加固中运用，收到良好效果，成为处理土坝坝体隐患的一项经济有效的新技术。通过实践总结出来的经验，劈裂式灌浆对解决以下六种隐患有较明显效果：坝体碾压不实，密实度普遍较差的松堆土坝；坝体内有渗漏通道，软弱层，坝体浸润线过高，坝坡发生湿润区或“牛皮胀”或渗透破坏（管涌、流土）现象；坝体由于不均匀沉陷而产生的裂缝（不包括滑坡裂缝）；分期施工的土坝，分层和接头有软弱带和透水层；坝体和其他建筑物（如放水涵管、闸墙等）接合不好，存在空隙和接触冲刷；坝体内存在生物洞穴和腐烂树根等隐患。对照三坑上库大坝的实际，和这些总结出来的现象有许多相同之处。而质量自动化监测系统，对施工过程中进行定时、定量化监测，从而保证了对工程质量的有效监督。它不仅能将灌浆施工由经验管理及施工完成后质量检测监督，转变为科学化的定量管理和实时的质量检测监督，而且能对灌浆孔口压力、浆液浓度、灌浆流量、灌浆量和时间等参数进行实时的现场监测、记录。该监测系统对采集的灌浆工作状态数据，能建立一套分析数学模型的数据图表程序，对所得数据进行分析处理，并能及时对灌浆过程进行灌浆压力、灌浆量、灌浆时间与成墙面积、灌浆时间控制与成墙效率等这些重要指标的考核，从而实现对灌浆过程的指导和监督，并自动生成逐孔灌浆过程的４种监测报表：灌浆深度～灌浆量，时间～灌浆量，孔口压力～灌浆深度，灌浆历时～浆液浓度。这样，便能及时掌握整个灌浆施工过程的各种情况。 由于三坑上库在除险加固中改进灌浆施工工艺（坝体劈裂灌浆，两坝端充填帷幕灌浆，坝基帷幕灌浆）和采用了对灌浆过程在施工质量管理上实施自动化监控，取得了除险加固的良好效果。水库除险加固完工后，经过４年的正常运转和汛期高水位蓄水考验证明，除险加固效果比预计还好。具体表现在原大坝背水坡有大面积渗漏湿润及“牛皮胀”和两坝端管涌漏水的现象均已消失，坝体浸润线水位明显降低０．５～０．９ｍ。据４年来的观测除险加固后的三坑上库呈稳定状态，满足水库安全运行的要求，发挥出更好的综合效益。 普宁市三坑上库的除险加固实践证明，在灌浆工程施工中，同时应用灌浆施工监测自动化系统进行施工质量自动化监控，更能确保灌浆这种隐蔽工程的施工质量，这是一项切实可行的技术措施。