灌浆技术在横江水库土坝除险加固中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com 总第７７期　２００２年第４期　西部探矿工程　Ｗｌ　ｒ—ＣＨＩＮＡ　ＥＸＰＬ（＿）ＲＡ　ＹｌＯＮ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ｓｅｒｉｅｓ　Ｎｏ．７７　ｊｕｌｙ　２００２　文章编号：１Ｏ０４—５７１６（２００２）Ｏ，１—２１—０２　中图分类号：ＴＵ４７２．５文献标识码：Ｂ　灌浆技术在横江水库土坝除险加固中的应用　可洪有　（广东省水利电力勘测设计研究院，广东广州５１ｏ１７ｏ）　摘要：广东省横江水库土坝除险加固工程，为防止土坝渗透变形失稳，对坝体采用了劈裂灌浆，坝体基岩与左坝肩山　体岩层采用帷幕灌浆处理，二种灌浆方法采用的施工工艺各有特点，效果显著，都达到了预期目的。　关键词：土坝；劈裂灌浆；帷幕灌浆；灌浆压力　１工程概况　肩岩体风化较深，强风化下限埋深达２０ｍ，弱风化下限埋深达　３７ｍ；由于受构造影响，裂隙较发育，穿过左坝肩有一断层Ｆ，其　产状为Ｎ７０。Ｅ／ＮＷ　６５。～７５。，胶结较好，断层带附近见有大量　石英脉。　横江水库是多年调节的中型水库，位于广东省南雄市珠玑　填。坝址以上集雨面积为２４．２５ｋｍ２，正常高蓄水位为２０４ｍ，相　立库容为１２８４×１０　Ｉ１１。。该水库建成于１９５６年，初为小（Ｉ）型　ｊ（库，１９５９年开始扩建，１９６４年建成为中型水库，现已成为一个　灌溉为主，集发电、防洪和养殖为一体的南雄市重点水利工程　项目。　钻孔注水试验表明，土坝坝体土层的渗透系数ｋ＝１．０７×　１０　～２．４７×１０一ｃｍ／ｓ，多在（１．０１～２．２９）×１０　ｃｍ／ｓ之间，其　中土坝左端钻孔内高程１８５～２０３ｍ附近存在明显的漏水地段，　坝体局部有强渗水隐患，与坝体表面观测到的渗漏现象基本一　致；钻孔压水试验结果，岩石透水率大部分在１　１￣５６Ｌｕ之间，为　中强透水层，在断层Ｆ附近透水性较大。　根据钻探和土工试验结果，未发现原坝体土与后加高坝体　土有明显区别，坝体可视为均质土坝。　３灌浆设计　横江水库大坝为均质土坝．由原土坝加高扩建而成，原坝高　２２．２７ｍ，经扩建后，现坝顶长２０８ｍ．坝顶宽５．５ｍ，坝顶高程　Ｏ８．３２ｍ，最大坝高３７．３２ｍ。　该土坝运行四十多年来出现了不少问题：在土坝外坡左侧　高程１８１ｍ处严重漏水，漏水量达１．５Ｌ／ｓ，并有跃窝现象发生；土　坝外坡左端高程１８６ｍ处存在集中渗水点，渗水量随库水位的升　降而增减；洪水期坝外一级坝坡左端大面积渗水湿润，坝坡土含　水量升高，呈软塑状。水库长期处于限制蓄水、“带病”运行状态。　２地质概况　根据横江水库土坝坝后坡出现渗水、湿润、跌窝等现象，以及　现有地质勘探资料，为解决土坝的变形和渗透等问题，决定对坝　体部分进行劈裂灌浆，对左坝肩进行帷幕灌浆加固处理，在左坝　肩与坝体结合部及上部坝体部分进行劈裂灌浆，坝底基岩部分　横江水库库区基岩为寒武系上统细砂岩、粉细砂岩，区域岩　层产状为Ｎ４５。ｗ／Ｓｗ　６０。～７Ｏ。．ＮＷ向断裂发育。坝址区地层　进行帷幕灌浆，使坝体内形成连续的防渗帷幕，达到降低坝体浸　润线，消除坝后坡的严重渗漏问题，从而使坝体渗透趋于稳定．坝　体变形也趋于稳定，最终达到除险加固之目的。　３．１土坝坝体劈裂灌浆　由于受构造挤压作用，形成单斜构造，岩层倒转，其产状为Ｎ７０。　－８０。Ｗ／ＮＥ￣７５。～８５。。　坝体和坝基各岩土层自上而下分述如下：　（１）人工填筑层（Ｑ　）：坝体土，主要为砂砾质粉质粘土．黄　色，稍～中等压实。坝体多用附近的残坡积土或全风化土填筑，　根据土坝实际情况，布置两排灌浆孔，主排孔沿坝轴线布置．　副排孔布置在坝轴线上游１．５ｍ处；两排孔交错布置，孔距均为　５．Ｏｍ；灌浆孔尽可能穿透坝体底部的残坡积层，深入到坝基．以　其主要物理力学指标平均值见表１。　表１　坝址各岩土层主要物理力学指标平均值表　形成一连续的竖直防渗帷幕。根据设计规范及本工程特点，坝体　劈裂灌浆防渗标准为渗透系数ｋ≤ｉ×１０　ｃｍ／ｓ。　３．２左坝肩帷幕灌浆　左坝肩与土坝坝体相连，布置两排灌浆孔，主排孔沿坝轴线　布置。副排孔布置在坝轴线上游１．５ｍ处；两排孔交错布置，孔距　均为４．０ｍ；灌浆孔穿透弱风化带，进入到微风化岩相对隔水层。　（２）残坡积层（Ｑ　）：主要分布于原山坡坡脚处和坝体填筑　层之下．为砂质粉质粘土，黄色．可塑～硬塑，其主要物理力学指　标平均值ｎ尢表１。　（３）寒武系上统粉砂岩（∈　）：主要分布在坝头附近。左坝　根据设计规范及本工程特点，左坝肩帷幕灌浆防渗标准为透水　率ｑ≤２．０Ｉ　ｕ。　４施工技术特点　４．１钻、灌工艺　维普资讯 http://www.cqvip.com 西部探矿工程　Ｊｕｌｙ　２００２　Ｎｏ．４　横江水库防渗灌浆施工成孔手段是回转与冲击相结合．灌　浆是纯压与循环相结合。左坝肩岩质较硬，孔深较大．因此采用　回转方法成孔；坝体部分须于法成孔，若用回转方法，施工难度　大，效率低，所以采用冲击方法。二种成孔工艺的合理应用，使工　效得以大幅度地提高。　坝体劈裂灌浆采用孔底注浆、全孔灌注纯压式方法，在设汁　压力下，向坝体中灌注粘土浆液，使其沿劈裂裂隙作脉状扩散，达　灌浆压力应在较短的时间内达到设计压力，压力升到一定　数值后，岩体裂隙将产生显著的弹性张开，吸浆率会出现显著增　大；当压力升高到超过岩石强度时，岩石将会破裂，吸浆率出现异　常增大。这时，常引起岩面抬升、冒浆和浆液远距离流失。为了　确保灌浆质量，减少施工中潜在的危害性，防止地面抬升和过多　浆液远程流失，必须对灌浆压力、吸浆率作适当控制。　左坝肩岩石破碎，裂隙发育，为防止地面抬升和过多浆液远　程流失，采用以吸浆率为主的控制。即控制吸浆率≤３０Ｉ　／ｒａｉｎ，　灌浆压力能达到设计压力的就尽量达到，但决不容许超过，吸浆　到加固坝体、防渗之目的。左坝肩与坝体结合部基岩采用帷幕灌　浆，该部位基岩上覆坝体土层较厚，岩体相对较完整，采用孔内下　塞、纯压式灌浆，提高了工效，节约了灌桨材料。左坝肩采用帷幕　率较大时，采用分级升压，通过逐步变浓浆液，求得压力尽快上　灌浆，由于该部位岩体裂隙发育，岩石较为破碎，采用自上而下分　段、孔口封闭、孔内循环方法．该方法止浆塞始终在孔口位置．避　免了“埋塞”事故，除了主要对新钻段进行灌浆以外，还可使以上　各段都能得到若干次重复灌浆，因而较容易保证灌浆质量。　４．２浆料、浆液　根据土坝坝体土质特性，就近选择粘土料作为坝体劈裂灌　浆材料。土料物理力学指标为：塑性指数Ｉｐ－＿２２，粘粒含量　３６．７　，粉粒含量２２．６Ｙｏｏ，砂粒含量３Ｏ．７％，有机质含量０．５３　。　灌浆采用先稀后浓的方法变换浆液，即开始时用稀浆，比重为０．９　～ｌＩ　１ｇ／ｃｍ。，粘度为２５～３ｏｓ，当孑Ｌ口压力明显下降，坝体劈裂后　用浓浆，比重为ｌＩ　２５～ｌＩ　３０ｇ／ｃｍ：　，粘度为３５￣４５ｓ。　左坝肩帷幕灌浆采用４２５＃普通硅酸盐新鲜水泥，制成纯水　泥浆，水灰比按５：１、３：１、２：１、１：１、０．８：１、０．６：１和Ｏ５：１　七个比级由稀到浓，逐级变换，开灌水灰比采用５：１。每级灌注　量≥４ＯＯＩ　。　以上浆液的流动性和析水性均满足灌浆要求。　４．３灌浆技术参数的选择和控制　４．３．１坝体劈裂灌浆　为防止坝体产生过大变形，造成不良后果，土坝劈裂灌浆对　以Ｆ参数进行严格控制：　（１）灌浆压力：通过现场灌浆试验和有关经验公式，确定最　大灌浆压力Ｐｏ　一０．３５ＭＰａ。严格控制灌浆压力，使其尽量接近　０．／５ＭＰａ．但决不容许超过该值。　（２）每次灌浆量和灌浆次数：根据土坝实际情况，每次灌浆　量ｆⅡ灌浆次数根据吃浆量的大小确定，一般初次灌浆量为　１．０ｍ。／ｍ，第二、三次分别为０．７ｍ。／ｍ和０．５ｍ３／ｍ，第四次以后　为ｏ．４ｍ３／ｍ。灌浆次数一般≥５次，间灌时间５ｄ以上，岸坡段　３ｄ以上。　位移和裂缝：泥浆灌入坝体后，将使坝体产生变形和位移，为　确保坝体安全，在坝顶上、下游及坝外坡设位移观测点，定时进行　观测。每次灌浆时，一般坝肩位移量控制在卜一２ｃｍ内。为控制　坝顶裂缝发展，在灌浆孔内下护壁管。每次灌浆控制坝顶纵向裂　缝宽度在１～３ｃｍ内，长度在２０ｍ左右。　４．　．２左坝肩帷幕灌浆　４．：．２．１灌浆压力和吸浆率的确定和控制　灌浆压力通过现场灌浆试验确定．并在灌浆施工过程中加　以调整。　升。当吸浆率￣３０Ｌ／ｍｉｎ时，根据具体情况越级变浓浆液，待升　到设计压力后再转为以压力为主的控制，尽可能的在设计压力　下灌浆。在规定压力下，当吸浆率≤０．４Ｉ　／ｒａｉｎ时，继续灌注　６０ｒａｉｎ，或吸浆量≤１Ｌ／ｒａｉｎ时，继续灌注９０ｒａｉｎ即结束灌浆。　４．３．２．２冒浆处理　冒浆现象多在第一个灌浆段发生，其主要原因是在灌浆压　力作用下，裂隙扩张并连通到地表所致，一般地，冒浆位置多在孔　口附近。发现冒浆时，可在地表冒浆处挖开，同时用５：１的稀浆　进行冲洗，尽量将裂隙洗通后停止冲洗，将地表较大冒浆裂隙封　堵，然后再用０．５：１的浓浆灌注５ｒａｉｎ左右，停灌待凝１５～　２０ｒａｉｎ后采用正常浓浆液灌注。　５效果检验　５．１土坝劈裂灌浆　（１）土坝劈裂灌浆施工结束后，检查钻孔注水试验表明，坝　体土的渗透系数ｋ－－２．９×１０　～４．９×１０　ｃｍ／ｓ，远远小于灌浆　前的渗透系数，达到了预期设计要求；　（２）土坝劈裂灌浆施工结束后，在坝顶开挖探坑检查发现，　坝体内主副排灌浆孔之间已形成连续防渗帷幕，主副浆脉宽度　在深度２～３ｎ　处为１．５～３．５ｃｍ，且向下逐渐变厚。　５．２左坝肩帷幕灌浆　左坝肩帷幕灌浆，第Ⅱ序孔单位耗浆量比第１序小，此递减　符合正常规律，检查孔压水试验岩石透水率大部分在１～２ＬＵ之　间，较灌前大大减少，满足设计和有关规范要求。　６结束语　横江水库采用劈裂灌浆和帷幕灌浆技术对土坝进行加固和　防渗处理，施工质量和效果是好的，本次灌浆施工已达到防渗、除　险加固的目的，水库现己恢复正常蓄水发电、灌溉和水产养殖作　用；经位移和变形观测，在正常蓄水后，坝体位移和变形已趋于稳　定。　灌浆技术的关键是灌浆压力、吸浆率等技术参数的确定和　控制，灌浆压力的确定必须通过现场灌浆试验来确定，并在灌浆　施工过程中加以调整。　参考文献　［１］南雄县水利电力局．南雄县横江水库初步没计书［Ｒ］．１９９５．　２］张景秀．坝　防渗与灌浆技术［Ｍｊ．水利电力出版社，１９９２．　Ｅ３］彭振斌　．注浆１　程没汁计算ＬＨｊ施眦Ｍ］．Ｉ｝Ｉ国地质大学出版社．　１　９９７．