灌浆施工技术在水库大坝除险加固工程中的应用
作者：刘洪凯姚庆江
来源：《城市建设理论研究》2013年第24期
【摘要】病险水利水电枢纽工程最主要的病症是渗透问题，包括地基渗透和坝体渗透。
这些病险不仅造成水利水电枢纽工程不能正常运行及无法充分发挥其效益，并且严重威胁到下游人民生命财产的安全，因此必须及时对其进行除险加固处理。
在水库除险加固施工中，应根据不同的坝型、坝基和病因情况，采取不同处理方法。
基于此，本文对灌浆施工技术在水库大坝除险加固工程中的应用进行了研究。
【关键词】灌浆施工技术水库大坝除险加固工程应用
中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号：
我国的水库水利工程大多是在上世纪50～70 年代修建的，且多为土坝，经多年运行，已进入了老化期，如不及时作除险加固处理，任其发展，就有可能出现垮坝事故。
灌浆技术的发展，为根治土坝渗漏提供了技术上的可能，只要我们对土坝渗漏的成因作出正确的判断，选择合理的灌浆方法，就能用较少的投资，根治土坝渗漏，消除工程隐患。
一、工程概况
湖南邵阳某水库坝址以上集水面积为30k㎡，上世纪60 年代建成蓄水。
它是一座以灌溉为主，兼顾养殖等综合利用的中型水库，水库总库容1220 万m3，大坝高34m，设计灌溉面积2.7 万亩。
工程由主坝、副坝、溢洪道、梯级放水管组成。
水库主坝为均质土坝，坝体迎水面为浆砌石护坡，按部颁标准复核，本水库按100 年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，设计洪水位为301m，坝顶高程304.5m，正常蓄水位299.7m，主坝长750m，副坝长250m，坝顶宽5m。
由于多年蓄水及抗洪，水库主副坝坝基、坝身多处渗漏，并出现大面积洇湿现象，已对水库主坝蓄水防洪安全带来极大挑战，必须进行及时除险加固，根除险情。
二、大坝防渗加固处理方案及灌浆施工的特点
坝体上游的浆砌石重力墙体型较为单薄，经验算，其抗滑和抗倾安全系数及断面强度均不满足规范要求，由于坝基未设防渗帷幕，大坝整体抗滑也不稳定。
经技术经济比较后，确定了大坝加固的处理方案为：
⑴对坝体内重力墙后的干砌毛石进行固结灌浆处理，以增大浆砌石墙断面尺寸，提高墙身强度和墙体稳定性。
⑵对坝基岩石和右坝肩坡积土进行帷幕灌浆，解决绕坝渗漏和坝基渗漏问题，并减小基底扬压力，提高坝体抗滑稳定性。
现行的灌浆技术规范中固结灌浆大多为对坝基、边坡及洞室围岩的破碎岩层及岩体的加固处理，而对于干砌石坝进行固结灌浆技术难度较大，对已成坝体进行帷幕灌浆，且坝肩与坝基属两种不同的地质条件，也具有一定的技术复杂性，具体表现在以下几个方面：
⑴大坝坝体单薄，干砌毛石坝体孔隙率大、连通性好、安全性差，如灌浆压力控制不好，下游坝壳若遭灌注浆液的抬动破坏，将会导致大坝失事。
⑵在大孔隙率毛石堆砌体内钻孔灌浆，存在孔洞大，漏水量大，钻进过程中会遭遇不连续的大块石、砂砾填隙料等不均匀介质，会产生塌孔、掉钻卡钻等情况。
结合灌浆试验确定合理的钻灌方法成为该工程的技术关键问题之一。
⑶坝体内结构复杂，干砌毛石砌体孔隙大小悬殊，大孔隙灌浆吃浆量大，灌人量易失控；比较密实部位又存在不吃浆可灌性差问题。
因此在干砌毛石体内灌浆，如何选用合理的灌浆材料，如何控制灌浆量，解决灌浆的可控性和可灌性，是该工程及松散堆砌石坝体固结灌浆的技术难题。
⑷对已成坝体的坝基和坝肩进行帷幕灌浆，须处理好帷幕和坝体的衔接；对右坝肩松散坡积土采用与坝基及左坝肩不同的灌浆方法和灌浆材料，是该工程帷幕灌浆的特点。
施工方法、技术参数及灌浆工艺
1、综合灌浆施工方法
高压喷射灌浆采用气、水、浆三重管定向摆喷法施工，施工时自下而上匀速提升，经过高压水、气冲刷原坝体剥落出裂缝，浆液回填构筑一道之字形板墙防渗。
喷射灌浆分两序孔进行，两序孔之间的防渗墙是折线连接，即一序孔定向摆喷的浆体板墙与二序孔定向摆喷的浆体板墙形成一道之字形防渗的整体板墙。
充填灌浆、劈裂灌浆采用孔口封闭全孔注浆法，通过孔口压力来控制充填灌浆和劈裂灌浆。
充填灌浆采用0.05～0.1MPa 压力控制坝体灌浆来充填孔隙、裂缝、空洞，起到充填压密的过程来增强坝体的防渗能力；而劈裂灌浆采用0.15～0.3MPa 压力先充填后劈裂使浆液从底部逐步向上发展，经过反复劈裂- 回弹的过程，逐步形成一条从下到上连续的防渗帷幕墙。
2、施工技术参数
⑴高压喷射灌浆：本次高压喷射灌浆采用摆喷，摆喷角度20～25°，施工参数为：高压水：水压≥36MPa，水量75l/min；压缩气：气压≥0.6MPa，气量60m3/h；提升速度为10～
12cm/min；摆动角度20°；摆动速度12r/min。
⑵充填灌浆、劈裂灌浆：本次充填灌浆、劈裂灌浆所用技术参数指标为：灌浆材料采用粘土水泥浆，水泥为32.5R 普通硅酸盐水泥，水泥用量为干土料量的10%，粘土的颗粒组成要求见表1。
充填灌浆的灌浆压力为0.05～0.10MPa，劈裂灌浆压力按表2不同孔深确定，泥浆密度以满足流动性为主，然后考虑其收缩性等因素确定。
一般浆液密度为1.25～1.35g/cm3，坝体防渗指标的渗透系数K 值应小于8×cm/s，劈裂灌浆的防渗泥墙厚度5～20cm。
表1灌浆土料颗粒组成要求
表2 劈裂灌浆压力技术要求
综合灌浆施工技术工艺
1、高压喷射灌浆
在高压喷射灌浆过程中，严格按高压喷射灌浆工艺及施工技术参数进行施工，主坝高压喷射平均耗水泥量478.40kg/m，个别可达533kg/m（如孔），单孔水泥用量最高达6350kg（如孔）。
在高压喷射灌浆施工过程中，我们主要采取如下技术措施：
⑴出现压力突降或骤增、孔口回浆液浓度或浆量异常等情况时，及时查明原因进行处理。
⑵发生串浆、封堵被串孔、待灌浆孔高压喷射灌浆结束，尽快进行被串孔的扫孔、灌浆或继续钻进。
⑶高压喷射灌浆因事故中断后恢复施工时，进行复喷其搭接长度不小于0.5m。
⑷孔内严重漏浆，我们采取了以下措施进行处理：降低喷射管提升速度或停止提升；降低喷水压力、流量进行原地灌浆；喷射液中掺加速凝剂；加大浆液浓度或灌注水泥砂浆，向孔内充填砂、土等堵漏材料。
如主坝高压喷射D47号孔施工时，孔内漏浆，坝下游坡脚集水沟涌水，我们及时采取了掺入速凝剂（水玻璃）等以上措施控制了漏浆及下游坡脚集水沟涌水。
2、充填、劈裂灌浆
充填、劈裂灌浆是采用不同的压力控制，通过灌浆工艺流程来达到防渗加固的目的，前者是采用低压力充填裂隙、裂缝、洞穴隐患为目的。
后者是满足前者的过程后，土体得到封闭压密、压力升高，当灌浆压力大于起劈力时，将会沿着垂直坝体小主应力方向（即沿着主坝轴线方向）劈开，经过反复间歇灌浆，坝体多次压缩回弹挤压密实，形成竖直连续的浆体防渗帷幕。
本次对主坝、一副坝的充填、劈裂灌浆复灌次数不少于5 次，初期灌浆常会在前后坡、防浪墙脚及坝脚冒出浆液，我们进行了封堵，中期采用反复间歇灌浆，使浆液从下往上升，后期采取对串孔、坝顶裂缝冒浆的封堵，采用慢灌的方法控制坝顶纵向裂缝宽度在1～3cm 以内，在连续三次不再吃浆或坝顶连续三次冒浆及达到设计要求复灌次数即可终灌。
本次灌浆的吸浆量是根据坝体的密实程度来确定的，据灌浆完工后的统计，本次灌浆的总浆量为1456.83，干
土总用量为752.9t，单位平均耗干土量为0.67t/m。
总体来看，主坝灌浆及浆量大于一副坝，各坝充填灌浆、劈裂灌浆的吃浆量、单位平均耗干土量情况见表3。
表3充填劈裂灌浆吸浆量、干土用量
总结
灌浆施工技术在水利工程中的应用现在已经发展相对成熟，目前该工程已经完工，在通过严格验收后交付使用，通过一段时间的运行养护管理，在汛期任然未出现过任何险情，从而得到甲方以及当地人民群众的一致好评。
