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1、劈裂灌浆施工过程技术重点与关键环节,水利施工论文大沟水库修建于上个世纪 60 年代中期，由于施工技术所限，加之群众运动，建坝时坝基基础土层为碎石土，施工时未进行基础防渗处理，坝基基础普遍存在分散性渗漏。筑坝时缺乏优质土料，所用土料中局部夹有角砾、碎石土，碾压密实度不能到达设计要求，进而造成坝体有架空和漏水通道存在，出现坝体渗漏等险情，危及到大坝安全运行。该渗湿带主要分布在 823m827m 之间，长度为 130m，库内水体透过坝身渗流造成水量流失,影响到土质坝体稳定，危害到大坝安全，轻则坝体出现局部集中渗漏、管涌，严重的就会出现溃坝，进行除险加固迫在眉睫。2008 年 5 月该坝施行劈裂灌浆，
2、其目的是加固土坝，消除土坝背水坡的渗湿带，以确保水库安全运行。 2、劈裂灌浆施工经过技术重点 2.1 造孔阶段 布孔采用 XJ-100 型钻孔，该机具有回钻和冲击两重钻进功能。灌浆孔在坝顶面沿中心线布设，进行单排劈裂灌浆；第二序灌浆孔内插于第一序灌浆孔之间，两孔间距为 12m，终孔孔距为6m，钻进方式方法采用干法冲击成孔，终孔孔距为75mm，所有钻孔孔斜度均小于孔深的2%。 2.2 灌浆前准备工作 灌浆采用搅拌机为 WJ-100 型，其性能是搅拌、筛浆、拌浆可连续作业。灌浆泵为BW250/50 型，具有多缸工作，灌浆压力平稳，输浆量大，工作压力高。施工中采用一次成孔，少灌多复，反复轮灌，孔底注
3、浆，全孔灌注的灌浆方式。每个孔均把注浆管下至孔底以上0.5m2 m 处，且每个孔注浆管底部都装有1m 左右的花管, 以利更畅注浆和防止注浆管堵塞。大沟灌浆工程土料粘粒含量为 36%47%，超过了规范要求；粉粒含量为 42%49%，接近规范上限；塑性指数为 17%20%，也超过规范要求，施工中灌浆应采用1.4t/m3的浆液为宜。 2.3 灌浆经过控制 灌浆原则是限量灌浆，少灌多复，要求是每个孔每次单位灌浆量限制在 0.5m31.0m3以内，尽量增加复灌次数，在施工中对每孔施行灌浆 6 次，亦即复灌 5 次。注意观察各孔吃浆量，其量会随着灌浆序次增加和轮灌次数增加而呈现减少的趋势，于是灌浆量也应随
4、之增加，而不再是限制灌浆量。其孔口压力控制会出现三种情况，第一是孔内大量吃浆，孔口压力升不上去，坝面又无裂缝产生时，则全泵量灌注，直至灌到限制浆量；第二是孔内吃浆，孔口压力能够升高时，若坝面无裂缝产生，则孔口压力控制在 150kPa 下面灌注；若坝面产生裂缝时，为避免冒浆和过理位移，则降低压力，继续以小压力维持灌注；第三是孔内吃浆量小，且 200kPa 下面的压力灌不进浆时，则 升 压 至 进 浆 ， 此 时 孔 口 压 力 可 达200kPa350kPa，不过这种情况一般少见。 2.4 位移和裂缝控制以及结束条件 为了保证大坝安全及较好浆坝互压效果，每次灌浆坝体的横向水平位移都要控制在 3c
5、m 以内，灌浆中实测为 1.5cm，最大水平位移量为 3.2cm3.9cm。灌浆时要求坝面裂缝最大宽度不超过 3cm，经观测，灌浆时裂缝最大宽度宜为 2cm。当对各孔分别施行6 次轮灌之后，已有 50%的灌浆孔完全不吃浆，其余的孔吃浆量也已特别小，各孔所在坝面处都已产生了长度不等、分布各异的劈裂缝，除沿裂缝大量冒浆外，各孔周围也因劈裂作用而无法封堵，结束灌浆。 3、灌浆中应注意的几个关键环节 3.1 缩孔、卡钻、卡管现象 由于坝体土为高塑性的粘土，因此当造孔结束后，因缩孔使得钻机上的组合卷扬机无法起吊钻杆和钻具，若采用倒打吊锤起吊钻杆时，不但起吊困难，而且起吊速度缓慢，同时又因振动而加剧缩孔，
6、使注浆管根本无法下到设计深度。经施工中探寻求索，当改为采用倒链起吊钻管后，上述问题才得到了顺利解决。 3.2 浆液容重指标有特殊的要求 根据多方的试验结果，当浆液容重到达 1.4t/m3时，浆液有关的性能指标才能基本符合 SD266-88 规范的要求；而当浆液容重大于 1.45t/m3时，浆液的流动性较差，不但给施工带来困难，而且浆液沿裂缝的填充及扩散作用较差，影响灌浆效果。 3.3 掺加水泥后效果不理想 根据宝鸡地区其他水库灌浆的实际情况，发现掺加 6%10%的水泥后，灌浆情况并不理想，主要是浆液容重不能提高，若强迫提高容重则制成的泥浆就会呈乳冻状或稀凉粉状，给施工造成直接困难。一旦发生这种
7、情形，只能用清水冲稀，方可继续施灌，但又会大大减少土料的灌入量，进而影响灌浆的质量。 3.4 复灌压力与凝结 复灌压力一般比初次轮灌时压力要稍低一点。经分析，这是由于灌入坝内浆液其析水固结需要的时间较长，浆液没有能到达初凝程度，劈裂缝不能有效闭合所致。在灌浆施工结束后一年，在开挖探井进行最终质量检查时，发现坝内浆液仍呈现出超软塑 - 软塑态，由此可见待到泥浆完全固结，还需要一定时间。 4、灌浆技术分析 4.1 灌浆经过分析 在第一序孔灌浆时，局部坝段具有充填式灌浆的特征，这些孔的灌浆压力一直很低，灌浆峰值压力起劈压力的出现也很晚，结束轮灌后孔内注浆灌管中无浆液，而具有劈裂性质的孔和坝段，则正好
8、与前者相反，峰值压力出现的早，轮灌结束后孔内注浆管往外返浆。经分析，这是由于坝体瞬时回弹，浆液受挤压而外溢所致。在第二序孔灌浆时，已明显没有了充填式灌浆的特征，且灌浆中也没有因软弱层而出现坝坡多处冒浆现象。除此之外，对坝体施行灌 - 停- 再灌的劈裂灌浆的经过，本质是坝体劈裂- 泥浆充填 - 回弹压缩 - 再劈裂 - 再充填- 再压缩的经过，在这个经过中实现了坝内应力的调整和改善，也正是在这个经过中才实现了浆、坝压力和坝体加固之目的。 4.2 灌浆压力分析 影响灌浆压力的因素是复杂多变的：一是坝体的质量，在灌浆施工中发现，不同坝段，其灌浆压力的情况不同。坝体松软段，灌浆压力低，初灌峰值压力也会
9、出现得晚，坝体密实段，灌浆压力高，初灌峰值压力出现早；二是灌浆次数及灌浆次序。对同一个孔来讲，初次灌浆时，灌浆压力峰值一般出现得较晚，压力值亦较高，而复灌时，压力峰值一般出现较早，压力值较低。第二序次灌浆时峰值压力出现较早，且压力值稍高；三是吃浆量大小。吃浆量十分大的灌浆孔，其灌浆压力较小，甚至有的孔全泵量灌注时，孔口压力也升不去；而吃浆量小的孔，其灌浆压力要大一些，甚至有些孔小泵量送浆时，孔口压力也会自行升高；四是坝体劈裂程度，在同一孔序的灌浆施工中，相邻的孔在初次施灌时，前一个灌浆孔对坝体劈裂程度的不同，也会影响到后一个孔的灌浆压力大小的不同。一般地讲，若前一个灌浆孔对坝体劈裂程度较大，坝
10、体内部劈裂距离较长时，则后一个孔的灌浆压力要小一点，反之则后一个孔的灌浆压力要大一些。除此之外不同坝体、不同性质的坝体土、浆液容量、灌浆孔深度、灌浆泵量大小、坝体填筑高度等因素，都会对灌浆压力有影响。 4.3 对劈裂半径分析 坝体性质、灌浆压力、灌浆孔深度等都会影响到劈裂半径的大小。坝体土粘性愈小，坝体填筑质量愈差，坝体填筑高度愈高，则劈裂半径愈大，反之则劈裂半径愈小；灌浆压力假如偏高，或升压速度过快，则劈裂半径会小一些，灌浆孔愈深，则劈裂半径就越大。通过施工现场观察，宽度在2mm 下面的裂缝及裂纹对浆液析水有一定的作用，对坝体加固作用很小。 4.4 裂缝产生、发展及变化分析 假如灌浆压力偏高
11、，或加压速度过快，则纵向劈裂距离较短，且坝面出现裂缝较早；假如坝体填筑质量较差，坝体松软则沿纵向劈裂距离较长，坝面出现裂缝较晚，且坝面裂缝数目往往不定，形状往往不规则，也不一定沿轴位置或平行于轴线方向上分布；反之若坝体密实时，劈裂距离短，坝面裂缝出现较早，形状规则，多沿轴线分布。 在第一序孔灌浆时，灌浆早期在坝面上多产生偏离轴线较远的裂缝，随着复灌次数的增加，这些裂缝往往在灌浆后期会发生永久性闭合，或者逐步向靠近灌浆轴线方向迁移。第二序孔灌浆施工时，上述裂缝的出现已明显减少，除此之外在灌浆中发现，坝面上产生的正常的劈裂缝在灌浆早期沿纵向延伸发展较快，而在灌浆后期，劈裂缝的这种发展和延伸已明显减弱，甚至于停止。随着轮灌的进行，劈裂缝的变化主要是随着轮灌而不断地开、合罢了。坝面裂缝发展及变化地趋势是沿着平行于坝轴线方向延伸和向着靠近灌浆轴线方向迁移。 5、结束语 大沟水库土坝灌浆于 2008 年 5 月施行，完成钻孔及灌浆 29 孔，灌浆深度766.08m，灌浆 2294.74m3，经过探测发现：该坝灌浆构成浆脉已连续贯穿，防渗帷幕构成，坝体内水平软弱层已被充填密实，坝内的小孔、穴均均已堵死充实，灌后原坝后渗漏得到了有效制止，效果明显。