灌浆在江头水库土坝除险加固工程防渗中的应用

曾永亮

摘要：土坝防渗事关百姓生命财产安危，灌浆是土坝防渗方法之一，文章通过实例，介绍了劈裂灌浆及帷幕灌浆在江头水库土坝除险加固工程防渗中的应用。

关键词：灌浆设计；灌浆观测；帷幕灌浆；劈裂灌浆；土坝防渗

中图分类号：TV543 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）12-0041-03

一、概述

解放前我国水利事业建设非常落后，老百姓深受旱灾之苦。新中国成立后，党和政府对水利事业发展非常重视，特别是大跃进年代兴建了大量的大、中、小型水库，解决了农田灌溉用水困难问题，促进了农业生产经济较快发展。但由于当时社会经济和技术力量水平较低，机械设备落后，大部分水库土坝均为人工挑土，石碾碾压筑填而成，筑填土料的压实度较低，孔隙率较大。建坝时坝址清基不彻底，甚至有些根本就未有清基。水库大坝在运行中普遍存在较严重的渗漏情况。为解决土坝的渗漏问题，前几年政府投入了大量的水利经费，对大、中、小型水库进行了全面安全鉴定勘察工作，根据本人在湛江地区勘探的十几宗水库土坝的统计数据显示，其土坝的渗透系数K值一般在1×10-2cm/s～1×10-3cm/s，属较强～中等透水，均远大于土坝防渗标准（低坝K＜1×10-4cm/s）。水库土坝的渗漏问题严重威胁水库的安全运行以及水库周边人民群众的生命财产安全，为解决这一问题，这几年来国家又投入了大量的水利经费对大、中、小型水库进行了全面的除险加固，在水库除险加固过程中，根据各自水库大坝的工程地质条件情况，采用了不同的灌浆方法进行对大坝的防渗处理。例如：廉江长青水库（大型）除险加固工程，对大坝坝基河床段的砂层进行高喷（摆喷）灌浆防渗处理，对坝体筑填土进行了充填灌浆防渗处理，徐闻县大水桥水库（大型）除险加固工程对大坝进行了劈裂灌浆防渗处理，徐闻县柑园水库（小型）、凤桥水库（小型）、石海水库（小型）、高沟水库（小型）的除险加固工程对大坝进行了充填灌浆防渗处理。徐闻县黄定水库（小型）、愚公楼水库（小型）、华林水库（小型）、铁门代水库（小型）等除险加固工程对大坝坝基进行了帷幕灌浆防渗处理，对坝体筑填土进行了劈裂灌浆防渗处理。灌浆在水库土坝防渗应用实例很多，本文以廉江市江头水库（中型）除险加固工程大坝灌浆为例，简单介绍灌浆在水库土坝防渗中的应用。

二、工程实例

江头水库位于廉江市东北方向约30公里，属九州江流域上游。江头水库兴建于1958年，1959年12月竣工，库区集两面积17平方公里，设计库容1172万立方米，灌溉面积12万亩。工程规模包括主坝一座，坝长175m，坝顶高程42.65m，坝面宽度5m，最大坝高22.65m。副坝6座，溢洪道一座，坝后电站一座（装机容量75kW），以及输水函等。江头水库是一座以灌溉为主，结合防洪、发电、养殖等功能综合利用的中型水库。

江头水库主坝坝型为均质土坝，坝体筑填土料为粉质粘土，其物理性质指标为：含水量w=21.7%，孔隙比e=0.736，比重Gs=2.69，湿密度P=1.89g/cm3，液限WL=32.1%，液性指数IL=0.24，塑性指数IP=13.2，压缩系数a=0.368MPa-1，压缩模量Es=5.13MPa，属中等压缩性土，现场钻孔注水试验渗透系数大值平均K=1.594×10-3cm/s，属于中等透水。

坝基为强风化～中风化变质石英砂岩，绢云母千枚岩，节理裂隙发育。顶部为全风化残积土层覆盖。现场钻孔压水试验透水率平均值q=28.43Lu，属较严重透水。

（一）灌浆设计

1．灌浆孔布置。在坝轴线上游1.00m处，平行坝轴线方向自0+010～0+168桩号布置一排灌浆孔，灌浆坝段总长158m，灌浆孔距2.0m，共布置灌浆孔80个，灌浆施工分两序进行。

2．灌浆孔深度。灌浆孔深度钻入基岩5.0m左右，坝基岩石段作帷幕灌浆防渗处理，坝体和堤基土层作劈裂灌浆防渗处理，帷幕灌浆与劈裂灌浆共用一灌浆孔，施工时先灌帷幕后再灌劈裂。

3．灌浆压力。灌浆压力是指灌浆孔口上方最大压力，帷幕灌浆与劈裂灌浆孔口上方最大压力均为0.2～0.3MPa，根据灌浆孔深度适当调整灌浆压力，随孔深增加压力也相应增大。

4．浆液浓度。帷幕灌浆水泥浆浆液、水灰比为5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.6∶1共分为5级，灌浆时由稀变浓，当灌浆压力和吸浆量无明显变化时，应加浓一级灌注。劈裂灌浆浆液比重为：1.3～1.6，灌浆时先稀浆灌注后再加大灌注浓度。

5．灌浆材料。（1）帷幕灌浆采用纯水泥浆灌注，水泥标号不应低于425号。（2）劈裂灌浆采用纯粘土浆灌注，为加速浆液凝固和提高后期强度，可掺入干料总量10%～15%的水泥。劈裂灌浆土料应符合以下要求：塑性指数IP=8～15，粘粒含量20%～30%，粉粒含量30%～50%，砂粒含10%～30%，有机质量含量应小于2%，可溶盐含量应小于8%。浆液的物理性能应符合以下要求：容重1.3～16t/m3，粘度20～70S，稳定性0.1～0.15g/cm3，胶体率大于70%，失水量10～30cm3/30min。

6．劈裂灌浆泥墙厚度设计。劈裂灌浆是运用坝体应力分布规律，以一定的灌浆压力，将坝体沿轴线方向劈裂，灌入的浆液填充于劈裂裂缝，浆液固结后形成一道连续防渗墙，根据大坝的土质和密实度确定泥墙厚度为10～15cm；设计泥墙干容重，灌浆1年后应为1.4～16t/m3。

（二）帷幕灌浆施工要求

1．造孔：灌浆孔应统一编号，并注明施工次序，实际孔位与设计孔位偏差不得大于10cm，钻孔应保持垂直，偏斜度不得大于孔深2%，各个灌浆孔应有详细记录。

2．钻孔冲洗与压水试验：压水试验之前或灌浆之前要进行孔壁冲洗和裂隙冲洗，冲洗至回水澄清再延续10min，冲洗时间不小于30min。灌浆前选取10%～20%灌浆孔段作简易压水试验，其单位吸水量按下式计算：

ω=Q/SL

式中：

ω——单位吸水量（l/min、mm）；

S——试验总压力，按水柱高度计（m）；

Q——压入流量（l/min）；

L=试验段长度（m）；

3．灌浆：帷幕灌浆应分段进行灌注，段长一般为5m左右，最大不应超过10m。采用孔内循环法灌注，射浆管口应放置距离灌浆段底部0.5m处。当灌浆压力达到设计最大压时，注入率不大于0.4/min，再延续30min即可结束。

（三）劈裂灌浆施工要求

劈裂灌浆应先灌河槽段，再灌岸坡段和弯曲段。采用孔口封闭，孔底注浆（射浆管应放置灌浆孔底部0.5m处）。全孔灌注，采用纯压式灌注法，不设回浆路。同一序孔轮灌方式，小灌多复，每次单孔灌入浆量控制在0.5t/m～1.0t/m，每孔灌浆次数应为5～10次，不得小于5次。两次灌浆的间隔时间视灌入泥浆凝固程度，但不应小于5天。孔口灌浆压力应控制在设计最大允许压力以内。当浆液升至孔口，灌注次数达到设计要求，经连续复灌3次不再吃浆时即可结束灌浆。灌浆结束后必须进行封孔，可向孔内注入容重大于1.5t/m3的浆液封孔，如浆面下降，可反复注入，直至浆液至坝面不再下降为止。

（四）灌浆观测与控制

为保证土坝灌浆质量和坝体安全，在灌浆期间必须进行观测。

1．坝面裂缝观测与控制：控制坝面横向裂缝出现，尽量推迟坝面纵向劈裂裂缝出现时间，纵向劈裂裂缝宽度控制在3cm以下。

2．水平位移与垂直位移（沉降）观测，在坝面上下游各设一排观测点，点距10～20m，灌浆期间每天观测1～2次，非灌浆期间每5天观测一次。

有条件的还可在坝体内设置土压力计和孔隙水压力计了解灌浆坝体应力和孔隙水压力的变化；分析灌浆效果，指导灌浆施工。

（五）灌浆效果检查及评价

在所有灌浆结束后，且帷幕灌浆结束超过14天后进行帷幕灌浆效果检查。劈裂灌浆最终质量检查《土坝坝体灌浆技术规范SD266-88》要求，钻探宜在灌浆结束一年后进行。

1．在帷幕灌浆孔中心线，灌浆耗灰量较大部位，岩石破碎部位、灌浆过程异常对帷幕质量可能有影响的部位，布置灌浆检查孔，检查孔按灌浆孔数10%布置，在帷幕灌浆效果检查的同时并对坝体劈裂灌浆进行初步检查。对检查孔坝基岩石进行了取芯和压水试验。透水率均值q=4.13Lu，对坝体劈裂灌浆段进行分段注水试验。渗透糸数均值k=5.44×10-5cm/s。

检查孔试验数据显示，灌浆后坝体渗透系数均值（K）符合防渗标准（低坝：k＜1×10­­-4cm/s），基岩段压水试验透水率（q）符合防渗标准（低坝：q＜5.0Lu）。

2．根据测压管灌浆前后观测数据与库水位关系，大坝的浸润线灌浆后明显降低。

3．根据反滤体灌浆前后集中渗流量与库水位的关系，反滤体集中渗流量减小80%以上。灌浆对土坝防渗作用十分明显，消除了大坝的渗漏稳患，确保水库安全运行。

（六）结语

江头水库大坝经过灌浆处理后，在坝体内形成了密实连续的防渗墙，并提高了坝体的密实度，增强了坝体抗渗性能，从而达到减少渗流量和控制土体渗透变形破坏。灌浆具有使用范围较广、施工设备简单、操作容易，防渗效果好，工程造价低、经济效益显著等特点。

目前水库运行状况良好，坝体渗漏问题得到解决，通过实例，用灌浆方法处理土坝渗漏是可行的，灌浆是处理土坝隐患较好的措施之一。

（责任编辑：周加转）