摘要：本文结合小型水库坝体灌浆工程设计和施工，首先分析坝体灌浆的特性机理，进而深入地探讨土坝坝体灌浆设计理念和施工技术，并针对施工中遇到的一些问题提出了解决的办法，并可在类似工程中提供参考。
关键词：土坝坝体 灌浆 设计与施工 特殊情况
近年来，大坝坝体防渗采用塑性混凝土防渗墙与坝基帷幕灌浆相结合的方案取得了较好的防渗效果。但是，由于受资金、地质及施工条件等的影响，多数小型水库对坝体的防渗还是采用帷幕灌浆的处理办法。因此，为了确保土坝坝体灌浆的效果，避免工程造成浪费，本文结合大白路水库土坝坝体灌浆，对土坝坝体灌浆的设计理念和施工技术进行了深入探讨，对施工中遇到的一些问题提出了解决的办法，取得了较好的灌浆效果。可为其它类似工程坝体灌浆施工提供参考。
一、土坝坝体灌浆的机理和特点
长期以来，土坝坝体灌浆仅被理解为渗透和充填两种机理。把对地基灌浆的认识和工艺用于土坝坝体灌浆，虽然也取得了一定效果，但由于未抓住土坝的特点而达不到理想的目的。其实土坝坝体作为被灌体，它与地基有本质上的区别。土坝坝体是人工堆筑成的长条形土料（含粒黏土或粉质黏土）建筑物，为梯形断面。从力学方面分析，大坝任一单元体均受到三向应力的作用。一组为坝体上下游方向的最大主应力σ1，另一组为自重即垂直方向的中间主应力σ2，第三组为左右方向的最小主应力σ3，显然三向应力其大小为σ1>σ2>σ3。因此，坝体在坝轴线附近有一个弱应力面（见图：坝体三向应力分布状态)。土坝坝体灌浆应与地基灌浆有所不同，土坝的特点必然反映在灌浆方法中。
土坝坝体灌浆的实践证明，坝土极易产生劈裂，土坝坝体灌浆的机理主要为劈裂式，其中也包括了充填式。若坝土中无裂缝、空洞，即使细小颗粒的水泥黏土混合浆也难渗入或充填到坝体土粒孔隙中。要在渗漏的黏性土坝坝体中建立防渗帷幕，除了靠浆液自重以外，还必须施加一定的压力，这样，浆液必然首先沿坝体弱应力面劈裂坝土产生裂缝，而后充填之。灌浆时，坝体河槽段坝顶横向受拉，易出现纵向劈裂缝；岸坡段坝顶纵向受拉，常出现横向劈裂缝。通过灌浆时的“浆压坝”、停灌后的“坝压浆”的多次循环反复。因势利导地把土坝坝体坝轴线附近的弱应力面和劈裂灌浆有机的结合起来，以在坝体中形成一道近于垂直连续、保有一定厚度的浆体防渗帷幕，解决土坝坝体渗漏的问题。
二、大白路水库工程概况
大白路水库位于马龙县城东北部的张安屯街道张安屯村委会，距县城约28km，所在河流属于珠江流域西江水系，南盘江一级支流西河上游支流。水库始建于1962年，流域面积2.56 km2，最大坝高19m，水库总库容84.5万m3，正常库容63.54万m3，主要为下游1500亩旱地及水田提供保苗水、小春用水及下游张安屯集镇的人畜饮水提供水源保证。是一座以农田灌溉为主，兼顾防洪调节、水产养殖等综合利用的小(二)型水库。该水库先后经1969年、1974年、1976年、1980年、1990年、1991年数次修复及扩建。水库自始建至今，险情不断，一直限制蓄水，未能充分发挥应有效益，该水库安全鉴定类别为“三类坝”。日趋突出的病险状况随时严重威胁着下游人民的生命财产安全。
坝体存在主要问题有以下几方面：一是坝体迎水坡，护坡块石长期经受风浪淘蚀，局部出现孔洞、滑塌等现象，凹凸不平；背水坡杂草丛生，无排水沟；二是大坝无浸润线、位移、沉降、变形等观测设施；三是下游坝脚镇压台梅花砂桩排水孔已堵塞，排水失效；四是右坝肩存在绕坝渗漏，坝脚出现大面积的散浸现象；五是经钻孔揭示坝基下游河槽段含砾砂质粘土厚达1.5～8.2m，总体结构松散，其承载力和抗滑稳定性均较差；六是坝体与高、中涵及低涵输水隧洞接触的部位存在渗漏现象。
2008年度决定对大白路水库进行除险加固处理，主要任务是对大坝内外坝坡脚作压重处理，加宽坝顶，对坝体、坝基及两坝肩作防渗处理，对高涵、中涵作回填灌浆处理，对低涵进口段进行改造，对溢洪道进行扩建加宽、衬砌。
工程于2008年7月1日开工，2009年6月19日完工。通过除险加固处理，消除了工程病险隐患，水库效益得到应有的发挥，保障下游人民生命财产安全。
三、坝体防渗设计方案
（一）坝体防渗设计方案
大白路水库帷幕灌浆轴线长200米，沿坝轴线布置灌浆孔，采用单孔布置，孔距2米，施工灌浆孔共101孔，采用自上而下帷幕灌浆，灌浆分三序进行，按逐步加密的原则施工，帷幕底界原则上应进入弱透水层5m（q≤10Lu）。设计要求如下。
1、采用纯压式灌浆法自上而下分段充填灌浆的方法和方式进行施工；
2、帷幕灌浆采用强度等级P.O 42.5普通硅酸盐水泥；
3、帷幕灌浆段长度一般为5至6m，特殊情况下适当缩短或加长，但不得大于10m；结合部段长控制为2.5m，其中岩石长度1.5m，坝土段长1m；
4、坝土段灌浆待凝时间为24小时，基岩待凝时间为8小时；
5、各灌浆孔段，不论透水率大小均应严格按照技术要求进行灌浆；
6、浆液配合比及浆液浓度的选用：坝体采用水泥：黏土=1:2的水泥黏土浆灌注；坝体及基岩结合部采用水泥:黏土=1:1的水泥黏土浆灌注；基岩采用纯水泥浆灌注；
7、防渗标准：经灌浆后使防渗帷幕内坝身土体渗透系数k≤1×10-4cm/s；结合部及基岩透水率q≤1OLu。
（二）坝体防渗优化方案
针对大白路水库灌浆设计，笔者根据土坝的特点，结合以往施工经验，提出了如下优化土坝坝体灌浆部位设计方案：
1、土坝坝体灌浆不宜采用“自上而下分段充填灌浆的方法”即地基灌浆的方法进行施工。而应采用“自下而上分段劈裂式灌浆的方法”进行。亦即按先灌结合部段，然后灌坝基段，最后灌坝体段。
2、根据黏性土坝的特征，土坝坝体劈裂式灌浆不宜采用“全孔孔底自流式灌注的方法灌浆”灌浆方法，而宜采用自下而上分段（段长≯10m）止浆，分段逐渐向上劈裂直至坝顶的灌浆方法，且应采用一定的灌浆压力。
3、终灌标准，不按地基灌浆的终灌标准执行，而是按土坝坝体劈裂式灌浆的终灌标准执行，即当浆液升孔口或坝顶连续劈裂冒浆3次以上时即可认为灌浆已达饱、满、实要求，可以终灌，每孔灌浆完成后，将注浆管拔出，注满密度>1.5的稠（浓）浆，并直至浆液不再下沉为止。
（三）坝体灌浆施工方案
进行灌浆施工前，首先根据施工场地的地形及招标文件的要求，对场地进行合理的布置。然后进行灌浆试验，以论证灌浆的可行性、可灌性及灌浆设计的各种技术参数，然后进行灌浆，按施工图纸要求测量放线确定孔位，施工严格按三序加密的原则进行，基岩段采用自上而下分段灌浆，土坝段采用劈裂式灌浆。
坝体灌浆总体施工次序如下：灌浆轴线确定及布孔→灌浆试验→Ⅰ序孔灌浆→Ⅱ序孔灌浆→Ⅲ序孔灌浆→等待→灌浆质量检查孔施工。
单孔的施工程序为：钻孔→冲洗、捞渣→压（注）水试验→灌浆→待凝→压（注）水试验→钻孔→冲洗、捞渣→压（注）水试验→灌浆→待凝→封孔→压（注）水试验→钻孔，如此反复至终孔，最后灌浆封孔。
灌浆过程中，孔口进浆管压力为0.05MPa，随着灌浆长度的增加，灌浆压力也在不断的加大，灌浆压力为P=0.2+0.03D(单位MPa)，D为基岩覆盖层厚度（单位m）。
坝体止浆采用多级套管止浆，每级套管均用100kg重锤打下0.5-1.0m以确保止浆效果。坝体劈裂式灌浆自下而上分段灌浆段长度控制在不大于10m。这种自下而上分段、多级套管止浆、逐渐（级）劈裂灌注浆液至坝顶的施工方法，可以确保坝体内形成帷幕厚度从下到上（坝顶）的均匀性，达到较好的防渗效果。
施工过程中，灌浆参照设计规范进行施工，做好孔斜率、灌浆材料、制浆及配比、灌浆压力、灌浆劈裂缝、灌浆位移等方面的控制。严把质量关，甲方驻地代表、驻地监理工程师及施工方质检员、计量员密切配合，对每一项工程完工后进行检查、计量后再进行下一工序施工。
四、特殊情况处理
在灌浆施工中，可能遇到裂缝、冒浆、串浆、单孔吃浆量过大、以下缩孔卡钻、止浆套管难以起拔等几个问题，其处理的方法如下。
1、裂缝。分顺坝轴方向的纵向裂缝和垂直坝轴方向的横向裂缝。纵向裂缝有劈裂缝和湿陷缝。纵向裂缝劈裂缝处理方法是每次灌浆只要把其裂宽控制在规定范围内，使之自然闭合；纵向湿陷缝宽度只要控制在规定范围内，施工中一般也可不予考虑，但要防止水流灌入；横（斜）向裂缝需要特别重视，多发生在坝头、弧形坝段或坝下涵洞的位置，其产生原因是该部位的小主应力方向发生了变化。一旦出现横（斜）向裂缝，立即停止灌浆孔的灌浆，对裂缝进行开挖、回填夯实处理。
2、冒浆。坝顶冒浆采取停灌处理即可；坝坡冒浆的处理方法是停灌、开挖，用黏土回填夯实冒浆部位；孔口周围冒浆，采用压砂封堵，减缓灌浆速度继续灌注；输水涵洞等冒浆，对冒浆点用棉絮或碎布条塞堵，减缓灌浆速度，加浓灌注浆液并间歇灌注或停灌再多灌几次。
3、串浆。灌浆过程中，若邻孔出现串浆，堵住串浆孔，继续灌注。
4、单孔吃浆量过大。其原因主要有灌浆工艺不当、放水涵洞侧墙与坝土存在接触冲刷有空洞或不密实、坝体存在局部疏松部位等几种。这些部位往往会出现吃浆量过大的情形，一旦出现，应引起重视，具体分析原因，采用控制每次灌浆量，加浓灌注浆液，多灌几次等方法处理。
5、缩孔卡钻。其原因是灌浆施工使坝体含水量过高，孔壁不能自立所致。浅孔抱钻时，采用倒打重锤强力起拔；深孔抱钻，主要靠预防，一旦出现用倒打重锤强力起拔无效时，可采用掏空、边强力活动边倒打重锤强力起拔等方法。
6、止浆套管难以起拔。常用倒打重锤强力起拔的方法，有时会出现难以起拔的情形。我们采取的方法是，正常灌浆待坝体被劈裂后尚未回弹时立即倒打重锤强力起拔，非常有效。
五、结语
工程于2008年7月1日开工，2009年6月19日完工。经正常蓄水位检验，下游坝坡原1154m2渗漏潮湿区（散浸）全部消失；坝脚排水棱体后渗漏量从灌前的470.4m3/d减少为23.5m3/d，减少率为95％。质量检查孔注水试验结果，坝体渗透系了从k=2.1×10-3cm/s减少为k=2.7×10-5cm/s，基岩段最大透水率从q=35Lu减小到q=3.29Lu，达到设计要求。工程经过近10年的运行检验，完全达到设计要求，通过除险加固处理，消除了工程病险隐患，水库效益得到应有的发挥，为下游人民群众脱贫致富奠定基础。
近年来，多数小型水库对坝体的防渗还是采用帷幕灌浆的办法处理。坝土其灌浆的机理主要为劈裂式灌浆和充填式灌浆。我们对土坝坝体灌浆的设计理念和施、工技术进行了深化探讨、及时总结，对施工中遇到的一些问题提出了解决的办法。可为其它类似工程坝体灌浆施工提供参考。
参考文献：
1、潘选明、陈文晋《石灰窑水库土坝坝体灌浆优化设计与施工技术》，期刊《水利规划与设计》2012年5月
2、白永年，刘宪奎等，《土坝坝体和堤防灌浆》，水利电力版社
3、王洪恩《堤坝劈裂灌浆防渗加固技术》，水利水电出版社
4、SL 564一2014土坝坝体灌浆技术规范
5、SL 62-2014 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范
论文作者:缪景洪
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
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