劈裂灌浆在马岗水库除险加固工程中的应用

　　摘要：劈裂灌浆在土质重力坝加固工程中得到了广泛得到应用，坝身防渗效果明显。对马岗水库坝顶路面至排水棱体高差大于15米的坝段进行劈裂灌浆处理。水库加固完成蓄水多年后，对渗流量、浸润线的观测，较加固以前有明显改变，达到了预期的效果。
　　关键词：劈裂灌浆，马岗水库，应用
　　一、工程概况
　　马岗水库位于阳东县大沟镇，坝址以上控制集雨面积为9.64km2。水库设计正常蓄水位为15.6m，相应库容为827万m3，死水位为10.0m，相应库容为93.5万m3，设计洪水位为17.12m(P=2%)，相应库容为1163万m3，校核洪水位为18.00m(P=0.1%)，相应总库容为1383万m3，水库原设计灌溉面积为1.5万亩，现实有灌溉面积为1.3万亩，是一宗以灌溉为主，兼顾防洪等综合利用的中型水利工程。
　　二、工程地质
　　2001年10月广东省揭阳市勘测队对马岗水库主坝、副坝、溢洪道、输水涵管等进行了工程地质勘探，勘探结果表明：主坝坝体填土土质较均匀，砂砾含量较高，粘性较差，土体较松散，主要由花岗岩坡、残积土组成，坝体填土密实度差，透水性较强，填土层底一般有一层耕土，厚度为0.3～0.4m，含腐植质，说明主坝填筑施工时未清基或清基不彻底。主河床部位有一层砾砂层，厚度约为0.5～1.9m，属强透水层。冲积层主要分布在主河床部位，为砾砂、粗砂、淤泥质土，厚度为4.6～8.9m，属强透水层，现场注水试验k值平均值为5×10-3cm/s。坡积层主要分布在两坝头个别钻孔中，为粉质粘土，最大厚度为3.2m，属中等透水层，现场注水试验k值平均值为3.2×10-4cm/s。残积层广泛分布在坝基中，为砾质、砂质粘性土，厚度为4.5～24.3m，属中等透水层，现场注水试验k值平均值为3.94×10-4cm/s。溢洪道地基为残积层，厚度为5.6～17.7m，土体密实，中等透水。
　　三、灌浆工作内容
　　主河槽段（桩号0+270～0+705）采用劈裂灌浆处理。劈裂灌浆工程量为1927.8米，孔间距为5m，单排布置。
　　四、劈裂灌浆施工
　　1、工艺流程
　　土坝劈裂灌浆是利用堤坝水平小主应力的分布规律和水力劈裂原理，沿坝轴线布孔，以灌注泥浆的压力有控制性地将坝体劈开，并灌入适宜的浆液，通过浆坝互压和浆液析水引起坝体土的湿陷固结等作用，使之形成竖直的浆脉充填于裂缝、洞穴等隐患处，以堵塞洞穴和裂缝。
　　
　　
　　2、灌浆材料选取
　　灌浆材料采用水泥加粘土浆，水泥掺入量为干料的10%。灌浆用的水泥标号为325#。灌浆用水使用水库水，并控制拌浆水的温度，拌浆水的温度不得高于40oC。
　　灌浆土料的物理力学性质的要求如下表，对灌浆所用土料进行检测，达到规范的要求。
　　粘土的物理力学性质表
　　灌浆土料成分 % 浆液物理力学性能要求 单位 数量
　　塑性指数 10～15 容重 t/m3 1.3～1.6
　　粘粒含量 20～30 粘度 S 30～100
　　粉粒含量 30～50 稳定性 g/cm3 <0.1
　　砂粒含量 10～30 胶体率 % >80
　　有机质含量 <2 失水量 cm3/30min 10～30
　　可溶盐含量 <8   
　　3、施工方法
　　（1）布孔、造孔及钻孔保护
　　按设计图纸定点布孔，先造单序孔。坝体填筑部分采用锤击干钻法造孔，到强风化层改用回转式干法造孔，造孔时孔保持垂直，孔斜不大于孔深1.5%。造孔过程严格控制并做好记录，并做好保护措施。
　　（2）导管安放和清孔
　　成孔后在孔内安放导浆管，造孔时采用的钻头直径要与导管的直径相当，灌浆管装上压力表做好灌浆准备。灌浆压力表多备几个，在压力表失灵时及时更换。
　　（3）清孔
　　灌浆前均进行清孔（包括复灌）。
　　清孔时用灌浆管接上比导管管径小的镀锌管，插进导管内用稀浆，从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗。对回水达不到澄清要求的孔段应继续进行冲洗以保证灌浆顺利进行。清孔时灌浆孔有吃浆反映时，再接好导浆管装上压力表、流量计进行灌浆。遇上孔底严重堵塞时要重新清孔，以便浆液能顺利流通。
　　（4）制浆
　　灌浆料采用泥浆搅拌灌机。主要特点是高速连续搅拌，自动筛浆，浆液存入搅浆筒内防沉，灌浆泵和储浆筒直接相连，制出的泥浆质量高，能控制很高的含砂量。
　　将土料、水泥按1:10的比例，连续均匀地从搅浆筒的一端进料口加入，土料从搅浆筒内经过持续高速搅打后，由于泥浆的旋转离心作用，经过另一端排浆口排至转筛内，筛选过的细浆便流入拌浆筒内，以防浆液沉淀。
　　泥浆浓度的控制：
　　本工程根据实际情况，采用湿法制浆，湿法制浆就是用天然料场中的湿土（应经钻探取样土工试验后认为宜用来灌浆的合格土料），及相应比例的水泥混合，直接倒入搅拌机中搅拌制浆。此时，泥浆浓度用以下公式进行控制：
　　g=k*gk=1/(1+)+1/((1+)-1)
　　式中：g—欲配泥浆的加水量（KG）
　　g—为用来拌浆的湿土量及水泥量（KG）
　　k—加水系数
　　—水土比
　　—湿土的含水量。
　　先确定要采用的水土比（1：）之后，测出湿土的含水量，算出加水系数k值，即可算出加水量。加水量由水表控制。
　　实际施工中，搅灌机、灌浆泵都是定量的，先确定灌浆1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.6g/cm3计算出每相对应的加水量、加土量。
　　A、 泥浆浓度的调配：
　　在灌浆过程中，常根据不同的情况改变泥浆的浓度，以利于灌浆工作的进行及保证灌浆的质量，泥浆由浓变稀要加水，由稀变浓要加土。此时，可用以下公式算出加水量和加干土量。
　　1立米浓泥浆变稀的加水量G为；
　　G=1/（1+E/D）*（E/D-1）
　　1立米稀浆变浓的加干土量G=（E-J）/（1+E/D）
　　式中：E、J分别为浓、稀浆的水土比。
　　B、 泥浆浓度的选用：
　　在坝体灌浆中，泥浆密度控制在1.3~1.6G/cm3之间。密度在1.4g/cm3以上的泥浆为浓浆，以下为稀浆。原则上，开始用稀浆3~5min以后，然后用浓。
　　泥浆的流动性除与其浓度有关外，还与灌浆压力大小有关。本工程采用压力0.1~0.35MPA，灌浆压力较小，为了缩短灌浆间隔时间，掺入水泥10%（为干料重的10%）。
　　（5）灌浆
　　a灌浆施工
　　主坝劈裂灌浆采用全孔孔底灌注法，可使孔内浆由孔底反向全孔，处于半循环状态。劈裂灌浆是孔底先被劈裂裂缝向上发展，从而达到加固坝体的作用。充填灌浆是由孔底向上发展，对全孔孔壁土体裂隙、隐患进行充填，从而加固坝体。
　　主坝劈裂灌浆施工均采取从坝中间向两岸展开，本工程从溢洪道左坝段展开。灌浆孔分Ⅱ序，先进行Ⅰ序灌浆孔的钻孔及灌浆施工，接着进行Ⅱ序灌浆孔的钻孔及灌浆施工。
　　灌浆采用“先稀后浓，逐渐加稠，分序施灌，少灌多复”的方法。要求每孔每次平均灌浆量控制在0.5~1.0m3每米，每孔复灌次数不少于5次，复灌间隔时间不少于5天。
　　b灌浆量的控制
　　对劈裂灌浆每孔每次灌浆量及总灌浆量准确记录，每次灌浆量不得超过设计允许值，以便控制灌浆质量。每孔每次平均灌浆量以孔深计，每米孔深按规范控制。
　　c灌浆压力的控制
　　劈裂灌浆不同孔深段灌浆压力参考值：
　　孔深（m） <10 10~15 15~20
　　灌浆压力（Mpa） 0.1~0.15 0.15~0.25 0.25~0.35
　　灌浆压力是保证灌浆质量的重要因素，在同一孔中头几次使用较小的灌浆压力，以后随复灌次数增加待坝体逐渐得到密实，孔口压力逐渐升高达设计压力。
　　在灌浆过程中定时严格记录灌浆压力值，当表压力读数大于设计的最大压力值时，应立即调节出浆量或停灌，达到设计最大压力值时按设计要求持续一定的时间。当压力稳定回升两次或超过设计压力最高值时，做好换孔准备。在灌浆过程中随时观测压力表变化，并注意记录瞬时最大压力，对照坝体位移和接缝张开度合理控制灌浆压力。同时作好每孔、每次、灌浆延续时间灌浆量的记录并把灌浆记录进行统计。
　　4、灌浆结束标准及封孔
　　根据《土坝坝体灌浆技术规范》SD266-88标准执行土坝坝体灌浆标准，每孔复灌达5次以上，总吃浆量与设计吃浆量相符，灌浆至不再吃浆时，可以认为已经灌饱、灌满、灌实即可终止灌浆。
　　封孔时边拨管和按设计要求回填稠浆，如果浆面下降可继续注入稠浆，直至浆面升至孔口不再下降为止，并在终孔时用粘土对灌浆孔进行封堵。
　　5、灌浆期原型观测
　　沿坝轴线方向每隔20m设一观测标点，每级分别在坝顶上、下游坝肩处各设一个观测标点，标点用砼桩或木桩做成。
　　灌浆施工前对布设的各桩垂直位移点观测2次，灌浆期每班观测1～2次，灌浆间歇期每2天观测1次。灌浆期间坝顶上下游坝肩处横向水平位移控制在25mm以内，以确保坝身安全。
　　6、结束语
　　工程完工后，马岗水库安装了自动化系统，对测压管、下游排水棱体的渗流量进行持续连续的观测，对比加固以前的观测成果，劈裂灌浆达到了良好的效果，满足设计要求。

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