劈裂灌浆技术在病险水库除险加固中的应用
崔华存
摘 要：介绍土坝坝体劈裂灌浆技术在马龙县病险水库除险加固中的应用情况，总结在劈裂灌浆施工控制中的一些主要技术参数，分析劈裂灌浆的效果。采用该项技术已处理病险水库加固工程近百件，取得了较好的经济效益和社会效益。
关键词：劈裂灌浆技术 土坝除险加固 灌浆压力
马龙县病险水库概况
马龙县现有蓄水工程533件，其中：中型水库1件，小（1）型水库19件，小（2）型水库188件，小塘坝325件，总库容1.0亿m3。小（2）型病险水库156件，占其总数的83%，大多分布于山区和半山区，为当地生产发展和群众生活改善发挥了巨大作用，是建设社会主义新农村的重要基础设施，这些工程大多数属于上世纪50—60年代兴建的“三边”工程，渗漏问题尤为突出。这些病险水库，严重的不能蓄水，少部分限制蓄水位，大部分均带病运行，给下游人民群众生命财产和重要基础设施构成很大威胁，同时严重影响水库工程效益的正常发挥。
坝体劈裂灌浆原理
土坝坝体劈裂灌浆技术是依据土坝坝体应力分布规律建立的。土坝坝体应力分析研究成果表明：坝体小主应力面基本沿坝轴线分布这一规律，在坝轴线附近沿小主应力面布置灌浆孔，灌注泥浆时，泥浆便能沿这个弱应力面将坝体劈开裂缝。在泥浆自重和浆、坝互压作用下，灌入坝体的泥浆反复充填，劈开坝体并逐渐排水固化，在坝体内形成一道近乎垂直连续的防渗墙体。解决了土坝坝体的渗透稳定问题。不仅如此，土坝坝体劈裂灌浆时，灌入坝体中泥浆在坝体内充填挤压，与劈裂缝贯通的原有裂缝和孔洞在灌浆中得到充填，补充坝体部分土区的小主应力不足，恢复坝体的应力平衡，提高了坝体的整体性。另外，泥浆在排水固结时，析出的水扩散、湿陷、密实坝体，改善土坝内部应力状况，加固了坝体，提高了坝体的整体性，解决了坝体的变形稳定问题。
坝体劈裂灌浆适用范围
土坝坝体劈裂灌浆技术我县在80年代中期首次引进并取得成功，通过近百件的小型水库土坝防渗处理后，均获得良好的效果，经过反复实践，土坝坝体劈裂灌浆技术可以处理以下问题：①土坝坝体碾压不实，密实度普遍较差；②土坝坝体分层填筑时，因土层太厚，施工机械功能不足，致使每层填土上部密实、下部疏松，加之层间未凿毛处理，形成层间渗漏；③土坝坝体由于不均匀沉陷而产生的裂缝；④土坝坝体与坝基接触处理不好；⑤土坝坝体与其他建筑物（如输水涵洞、溢洪道）结合不好，存在空隙和接触冲刷；⑥土坝坝体内存在洞穴，如施工时大块径土料及石料架空形成洞穴、树根腐烂以及生物洞穴（如蚁穴、鼠穴等）。
实践证明，劈裂灌浆技术应用范围较广，具有技术和施工设备简单，容易操作，能就地取材，无环境污染，并且工程造价低，防渗效果好，经济效益显著等优点，值得广泛推广运用和发展。
劈裂灌浆的基本参数
土坝坝体劈裂灌浆可解决病险土坝的变形稳定和渗漏稳定问题。在土坝坝体除险加固中具有投资小、见效快、设备和技术简单、操作方便等优点，已经被广泛运用。但在具体操作中应把握基本技术参数和施工工艺，保证灌浆的质量，才能达到预期的效果。总结我县劈裂灌浆工程施工经验，有以下四个主要的问题：
1、灌浆孔布置
孔位布置。应按河槽段、岸坡段、弯曲段和其它特殊坝段的不同位置情况进行布孔，在河槽段，一般沿坝轴线（或稍偏上游）布孔，必要时在灌浆轴线上下游布置副排孔，钻孔排数应根据坝体隐患的范围和程度确定；在岸坡段、弯曲段和其它特殊坝段，由于坝体内部应力复杂，灌浆初期一般采用多排梅花形布孔，并采用“少灌多复”的办法，调整坝体应力，灌浆后期，沿坝轴线布孔，形成连续的帷幕。
孔深及孔距。孔深应大于隐患深度2-3m，如布置双排孔或多排孔时，副排孔处如无隐患，孔深可为主排孔深的1/3；孔距在河槽段孔深>15m时，可采用5-10m；孔深<15m时，可采用3-5m，可通过现场灌浆试验确定。岸坡段、弯曲坝段布孔应适当缩小孔距，或通过试验确定。
孔序。为使浆液在坝体中有充分的析水固结时间，应分序灌浆。根据施灌坝段的长短来确定序数，如果坝段过长且灌浆机组少，一般分为两序，如坝段较短则可分为三序或四序。
2、灌浆材料选择
从我县的情况来看，浆液土料基本上是采用与坝料的物理力学指标基本接近的土料，但由于各类坝型和填筑坝料的不同，对原材料的要求也不一样。通过大量工程实践，目前我县采用的灌浆材料为粘土水泥浆液，一是固结快，后期强度高；二是一次性灌入量大，减少复灌次数，三是鉴于以上优点可缩短工期。
3、灌浆压力
灌浆压力计算。一般确定灌浆的最大孔口压力是指注灌浆管上端压力表的压力值，根据工程实践一般灌浆孔口压力为0.01-0.05MPa。最大允许孔口压力可按公式估算，公式为△p=yH■γh。式中：△p-灌浆孔压力；Y-坝体土的密度；H-计算点以上坝高；γ-灌浆密度； h- 全孔灌浆时，注浆管高度。
鉴于灌浆压力的大小不仅与灌浆范围大小、水文工程地质条件等因素有关，而且还与地层的附加荷载及灌浆深度有关，所以不能用一个公式准确地表达出来，应根据不同情况通过经验和灌浆试验确定。
为了简化计算，方便施工，根据有关资料、施工实践、灌浆压力，可根据不同的深度确定见下表：
4、钻孔灌浆
4.1坝体灌浆
灌浆槽段：先灌河槽段，后灌岸坡和弯曲段；灌浆孔序：先灌副排一序孔，插灌二序孔。
坝体劈裂灌浆的施工采用孔底注浆全孔灌注法，灌浆采用“稀浆开始，浓浆灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多复，控制浆量”的原则。用全孔底灌注法可由孔底反向全孔使孔内泥浆处于半循环状态，有利于提高灌浆质量，注浆孔距钻孔底部0.5-1.0m，孔口压力保持在设计要求的压力指标上，灌浆开始，先用稀浆灌3-5min，然后加大泥浆稠度至设计要求。每次灌浆后，要提一提注浆管，以免孔底堵塞和孔口冒浆，灌1-2次后，可提高1-2m。
4.2坝体与基岩接触带灌浆
坝体与凹凸不平的基岩面直接相连，坝体回填时基岩和坝体接合不十分紧密，在高水位作用下局部出现接触渗漏，造成集中渗流和接触冲刷。经反复试验，采取以下方法：钻孔钻到距基岩面0.5-1.0m时，用击入法将套管下至基岩面，由于基岩面凹凸不平，套管不可能与基岩面完全接触，但在击入过程中套管可以与坝体紧密接合，保证浆液沿坝体与基岩接触面流动。在浆液沿接触面流动且局部坝体质量较差时，部分浆液将进入坝体，造成坝体的劈裂、冒浆和隆起变化。针对这种情况，对坝体隆起变化不大，或虽产生裂缝，但未冒浆，可在低压下结束灌浆，待凝结后在规定压力下进行复灌；对坝体隆起变化较大，或发生冒浆，应立即停灌，待初凝后进行复灌。这样既可把坝体与基岩接触面及坝体裂隙灌好，又保证了大坝的安全，效果良好。
4.3基岩表层风化破碎带灌浆
基岩表层风化严重，岩石破碎，且被较多的粘土、碎石等松散物充填，钻孔不易冲洗干净，灌浆在坝顶上进行，灌浆压力的增加受到限制，浆液不易被灌入。为了保证灌浆质量，一是缩小段长。将一个灌段5.0m分为1.5m、1.5m、2.0m三段进行灌浆，段长越小，裂隙的差异性越小，压力越集中，越易被灌好；二是逐级提高压力，在保证大坝安全的前提下，增加浆液的扩散范围，在较高的压力下结束灌浆。
劈裂灌浆的质量控制
按施工步骤、操作要求、问题处理（裂缝、冒浆、串浆、隆起等）、施工技术措施以及管理制度等五个方面加以控制。采用“先稀后稠、少灌多复”的原则。一是每个灌浆孔都要经过多次复灌，前两次应避免坝顶裂缝，后几次复灌时，坝顶裂缝宽度控制在3cm以内；二是孔口压力控制在设计最大允许灌浆压力之内；三是每孔必须达到终孔后，方能起管，直至浆面不再下沉为止。
结语
土坝劈裂灌浆是一项实用技术，目前我县采用该项技术已处理病险水库加固工程近百件，取得了较好的经济效益和社会效益。
对于各类不同的坝型、坝高、坝体结构，其劈裂特性各异。一方面是灌浆压力的控制，灌浆压力小了则灌浆效果不好，灌浆压力大了则坝顶裂缝难控制，产生坝坡稳定问题；另一方面是复灌次数少了则达不到设计要求，复灌次数多了则施工工期延长，同时又要增加工程造价。因此应加大该项技术的试验研究资金投入，促进该项技术在病险水库除险加固工程中推广应用。
参考文献：
[1]傅琼华.病险水库整治中的土坝坝体劈裂灌浆技术.[J].江西水利科技.1994.12第20卷第4期.
[2]潘鸿珍.劈裂灌浆技术在风田水库主坝加固中的应用.[J].甘肃水利水电技术.2007.6第43卷第2期
[3]孙鉴政.浅谈劈裂灌浆在土坝防渗处理中的设计与应用.[J].广东建材.2008年第7期.
[4]杨忠.劈裂灌浆技术在土坝防渗加固工程中的应用.[J].水利科技与经济.2008.12第14卷第12期.
[5]常泽意.浅谈大坝劈裂灌浆防渗技术中的质量控制.[J].广东科技.2007（7）.第118页.
（作者单位：马龙县水利水电勘察设计研究所）
4.2坝体与基岩接触带灌浆
坝体与凹凸不平的基岩面直接相连，坝体回填时基岩和坝体接合不十分紧密，在高水位作用下局部出现接触渗漏，造成集中渗流和接触冲刷。经反复试验，采取以下方法：钻孔钻到距基岩面0.5-1.0m时，用击入法将套管下至基岩面，由于基岩面凹凸不平，套管不可能与基岩面完全接触，但在击入过程中套管可以与坝体紧密接合，保证浆液沿坝体与基岩接触面流动。在浆液沿接触面流动且局部坝体质量较差时，部分浆液将进入坝体，造成坝体的劈裂、冒浆和隆起变化。针对这种情况，对坝体隆起变化不大，或虽产生裂缝，但未冒浆，可在低压下结束灌浆，待凝结后在规定压力下进行复灌；对坝体隆起变化较大，或发生冒浆，应立即停灌，待初凝后进行复灌。这样既可把坝体与基岩接触面及坝体裂隙灌好，又保证了大坝的安全，效果良好。
4.3基岩表层风化破碎带灌浆
基岩表层风化严重，岩石破碎，且被较多的粘土、碎石等松散物充填，钻孔不易冲洗干净，灌浆在坝顶上进行，灌浆压力的增加受到限制，浆液不易被灌入。为了保证灌浆质量，一是缩小段长。将一个灌段5.0m分为1.5m、1.5m、2.0m三段进行灌浆，段长越小，裂隙的差异性越小，压力越集中，越易被灌好；二是逐级提高压力，在保证大坝安全的前提下，增加浆液的扩散范围，在较高的压力下结束灌浆。
劈裂灌浆的质量控制
按施工步骤、操作要求、问题处理（裂缝、冒浆、串浆、隆起等）、施工技术措施以及管理制度等五个方面加以控制。采用“先稀后稠、少灌多复”的原则。一是每个灌浆孔都要经过多次复灌，前两次应避免坝顶裂缝，后几次复灌时，坝顶裂缝宽度控制在3cm以内；二是孔口压力控制在设计最大允许灌浆压力之内；三是每孔必须达到终孔后，方能起管，直至浆面不再下沉为止。
结语
土坝劈裂灌浆是一项实用技术，目前我县采用该项技术已处理病险水库加固工程近百件，取得了较好的经济效益和社会效益。
对于各类不同的坝型、坝高、坝体结构，其劈裂特性各异。一方面是灌浆压力的控制，灌浆压力小了则灌浆效果不好，灌浆压力大了则坝顶裂缝难控制，产生坝坡稳定问题；另一方面是复灌次数少了则达不到设计要求，复灌次数多了则施工工期延长，同时又要增加工程造价。因此应加大该项技术的试验研究资金投入，促进该项技术在病险水库除险加固工程中推广应用。
参考文献：
[1]傅琼华.病险水库整治中的土坝坝体劈裂灌浆技术.[J].江西水利科技.1994.12第20卷第4期.
[2]潘鸿珍.劈裂灌浆技术在风田水库主坝加固中的应用.[J].甘肃水利水电技术.2007.6第43卷第2期
[3]孙鉴政.浅谈劈裂灌浆在土坝防渗处理中的设计与应用.[J].广东建材.2008年第7期.
[4]杨忠.劈裂灌浆技术在土坝防渗加固工程中的应用.[J].水利科技与经济.2008.12第14卷第12期.
[5]常泽意.浅谈大坝劈裂灌浆防渗技术中的质量控制.[J].广东科技.2007（7）.第118页.
（作者单位：马龙县水利水电勘察设计研究所）
4.2坝体与基岩接触带灌浆
坝体与凹凸不平的基岩面直接相连，坝体回填时基岩和坝体接合不十分紧密，在高水位作用下局部出现接触渗漏，造成集中渗流和接触冲刷。经反复试验，采取以下方法：钻孔钻到距基岩面0.5-1.0m时，用击入法将套管下至基岩面，由于基岩面凹凸不平，套管不可能与基岩面完全接触，但在击入过程中套管可以与坝体紧密接合，保证浆液沿坝体与基岩接触面流动。在浆液沿接触面流动且局部坝体质量较差时，部分浆液将进入坝体，造成坝体的劈裂、冒浆和隆起变化。针对这种情况，对坝体隆起变化不大，或虽产生裂缝，但未冒浆，可在低压下结束灌浆，待凝结后在规定压力下进行复灌；对坝体隆起变化较大，或发生冒浆，应立即停灌，待初凝后进行复灌。这样既可把坝体与基岩接触面及坝体裂隙灌好，又保证了大坝的安全，效果良好。
4.3基岩表层风化破碎带灌浆
基岩表层风化严重，岩石破碎，且被较多的粘土、碎石等松散物充填，钻孔不易冲洗干净，灌浆在坝顶上进行，灌浆压力的增加受到限制，浆液不易被灌入。为了保证灌浆质量，一是缩小段长。将一个灌段5.0m分为1.5m、1.5m、2.0m三段进行灌浆，段长越小，裂隙的差异性越小，压力越集中，越易被灌好；二是逐级提高压力，在保证大坝安全的前提下，增加浆液的扩散范围，在较高的压力下结束灌浆。
劈裂灌浆的质量控制
按施工步骤、操作要求、问题处理（裂缝、冒浆、串浆、隆起等）、施工技术措施以及管理制度等五个方面加以控制。采用“先稀后稠、少灌多复”的原则。一是每个灌浆孔都要经过多次复灌，前两次应避免坝顶裂缝，后几次复灌时，坝顶裂缝宽度控制在3cm以内；二是孔口压力控制在设计最大允许灌浆压力之内；三是每孔必须达到终孔后，方能起管，直至浆面不再下沉为止。
结语
土坝劈裂灌浆是一项实用技术，目前我县采用该项技术已处理病险水库加固工程近百件，取得了较好的经济效益和社会效益。
对于各类不同的坝型、坝高、坝体结构，其劈裂特性各异。一方面是灌浆压力的控制，灌浆压力小了则灌浆效果不好，灌浆压力大了则坝顶裂缝难控制，产生坝坡稳定问题；另一方面是复灌次数少了则达不到设计要求，复灌次数多了则施工工期延长，同时又要增加工程造价。因此应加大该项技术的试验研究资金投入，促进该项技术在病险水库除险加固工程中推广应用。
参考文献：
[1]傅琼华.病险水库整治中的土坝坝体劈裂灌浆技术.[J].江西水利科技.1994.12第20卷第4期.
[2]潘鸿珍.劈裂灌浆技术在风田水库主坝加固中的应用.[J].甘肃水利水电技术.2007.6第43卷第2期
[3]孙鉴政.浅谈劈裂灌浆在土坝防渗处理中的设计与应用.[J].广东建材.2008年第7期.
[4]杨忠.劈裂灌浆技术在土坝防渗加固工程中的应用.[J].水利科技与经济.2008.12第14卷第12期.
[5]常泽意.浅谈大坝劈裂灌浆防渗技术中的质量控制.[J].广东科技.2007（7）.第118页.
（作者单位：马龙县水利水电勘察设计研究所）
