基于充填灌浆的水库土坝除险加固工程施工

基于充填灌浆的水库土坝除险加固工程施工

李明华

（广东省地质局第八地质大队，广东梅州 514089）

摘要：水库土坝在运行若干年后，受蚂蚁或其他原因的情况下产生洞穴导致坝体质量降低，为提高水库牢固性、安全性，确保水库继续安全运行，就必须采取行之有效措施，充填灌浆在水库的除险加固工程是最常用且经济高效的方法之一。

关键词：充填灌浆；水库土坝；除险加固

0  引言

当前，我国仍有很多中小型水库的坝体为土坝，大部分都已运行多年，受蚂蚁或渗流等其他原因的情况下产生洞穴、坝体疏松等隐患问题，导致坝体质量降低，土坝稳定性较差，容易出现险情，这就十分有必要采取除险加固措施，确保水库的安全隐患得到及时排除，笔者全程参与梅州市平远县梅泗水库土坝除险加固并负责充填灌浆现场技术指导工作，本文主要对该水库充填灌浆工艺进行全面剖析，旨在与同行交流，希望对同行相关工程项目有一定的参考价值。

1  概述

1.1  充填灌浆在水库土坝除险加固中原理及目的

原理就是利用浆液压力，压入水泥粘土浆液，充填坝体填土体的较大孔隙、洞穴等坝体隐患，目的就是通过充填灌浆以达到提高坝体填土的密实度和防渗能力，使水库坝体保持稳定，避免出现不必要的安全事故。

1.2  充填灌浆在水库土坝除险加固中灌浆压力的控制

灌浆压力控制的关键，在于合理控制其最大压力范围，一般情况下，填充灌浆压力应控制在最大压力值以下，通常充填灌浆最大压力控制在不大于0.05Mpa。若采用高压进行充填灌浆会导致坝体损坏，严重时产生水平位移或沉降位移，不但不能保证加固效果还可能会产生溃坝问题，因而只有控制好灌浆压力才能确保除险加固的效果。

1.3  充填灌浆在水库土坝除险加固中灌浆材料的选择

(1)  为了确定灌浆质量，应将灌浆材料的选择作为关键要点，在注重材料适用性的同时，还需合理控制配料成分比。土坝坝体灌浆主要材料为粘土，通常情况下，先选取多个料场进行取样分析，室内分析一定要满足下表的要求，最后选择最优土场料做为灌浆材料，其他满足要求的可做为备用料场。

灌浆土料性能指标要求

(2)  另外，为加速浆液凝固和提高后期强度，可掺加适量的水泥，根据坝体的干燥程度，按照设计要求掺入干料重10%~15%的水泥量，一般灌浆所用水泥强度等级为42.5级或以上普通硅酸盐水泥，且新鲜不结块

(3)  必须确保粘土水泥浆液配比的准确，才能确保灌浆质量的要求。

2  充填灌浆施工的步骤

2.1  切实做好施工准备工作

充填灌浆施工前先熟读设计文件、图纸等，充分掌握设计要求。要对水库大坝后期施工全面细致了解并进行整体规划：首先对灌浆设备选型及材料堆放的位置进行合理安排，不致于影响钻探工作的顺利进行。

其次做好钻孔放样工作及进行灌浆前注水试验工作，为充填灌浆提供充分的依据。

2.2  灌浆工艺

2.2.1  本次充填灌浆大坝坝顶高程为503.33m，坝顶长为215.0m，坝顶宽度为3.0m，设计共布置2排灌浆孔，排距2.0m，单排孔距3.0m，呈梅花型布置，共134个孔，设计工作量为2106.8m。

2.2.2  每孔灌浆次数暂定为6次，如有第6次灌浆仍有较大灌入量的灌浆孔，应增加灌浆次数，直到灌满为止。每孔的施工顺序流程详见图2.1：

图2.1单孔施工顺序图

2.2.3  整体施工顺序：

先进行上游排施工（先Ⅰ序孔→再Ⅱ序孔），等上游排Ⅱ序孔第2次灌浆结束后再进行下游排施工（先Ⅰ序孔→再Ⅱ序孔）。

详细流程为：定孔位→预埋孔口管→对机(垫平稳，校核立轴垂直)→Ⅰ序孔开孔→钻至设计孔深→Ⅰ序孔第1次充填灌浆→Ⅰ序孔第2次充填灌浆→Ⅰ序孔两次灌浆结束后→Ⅱ序孔开孔→钻至设计孔深→Ⅱ序孔第1次充填灌浆→Ⅰ序孔第3次充填灌浆→Ⅱ序孔第2次充填灌浆→Ⅱ序孔两次灌浆结束后→Ⅰ序孔第4次充填灌浆→Ⅱ序孔第3次充填灌浆→Ⅰ序孔第5次充填灌浆→Ⅱ序孔第4次充填灌浆→Ⅰ序孔第6次充填灌浆→Ⅱ序孔第5次充填灌浆→Ⅱ序孔第6次充填灌浆→满足设计要求→充填灌浆结束→封孔→验收，详见图2.2。

图2.2整体灌浆施工顺序图

2.3  主要工序技术要求

2.3.1  造孔

钻孔采用φ91mm，长1.0m的孔口管，先开孔至0.5m深，然后用吊锤将孔口管打入坝体，孔口管的管口与地面持平，孔口管周围用水泥浆埋牢。造孔必须按序进行，先造Ⅰ序孔灌浆二次后再造Ⅱ序孔。终孔深度为设计孔深，偏差+0.5m，钻孔应保证垂直，孔底偏斜率不得大于2%，造孔尽量使用干钻，必要时可采用泥浆护壁钻进，不得用清水循环钻进，作好钻孔的记录和描述，如发现特殊情况时，应详细记录并分析处理，钻至设计孔深通知监理人员验孔。

2.3.2  制浆

灌浆浆液采用山东泰安市水利机械厂生产的WJ100型搅拌机制浆，再通过36孔/cm

2的过滤筛过滤，经现场测定浆液达到设计要求后方可用于灌注，要求制浆过程中浆液密度、输浆量每小时检测1次并记录。

2.3.3  灌浆

在灌浆前选取总孔数10%的钻孔进行灌前注水试验，了解大坝现状渗水情况。灌浆的充填方法，选取自上而下纯压式，全封闭孔底的注浆全孔法灌注。设计注浆孔管的下至深度需在以上0.5~1.0m，灌浆开始先采用1.3g/cm3稀浆灌注，经过5min后再加大泥浆稠度（1.4g/cm3~1.5g/cm3），采用少灌多复的方法，每孔灌浆次数为6次，因灌浆期间水库水位降至死水位排水条件较好，故两次灌浆时间间隔不小于3天。

2.3.4  结束标准

符合以下任何一条结束标准即为正式完成灌浆：①在重复灌浆后，孔管均不在吃浆、且灌注后的浆液已于管口持平；②灌入的浆液已满足设计初的要求标准及孔口的灌浆压力值已满足设计初压力标准时。

2.3.5  封孔

当每孔灌浆结束后，将灌浆管拔出，向孔内灌注密度大于1.5g/cm3的稠浆，多次灌注，直至浆面升至孔口不再下降为止，待孔口完全析水后，采用含水率适中的制浆土料将孔口回填捣实整平。

2.3.6  灌浆的质量检测方法

（1）压水测试法：首先在灌浆区域打钻检测孔，然后对孔内进行持续压水，并观察压水过程中中的渗水情况以及吸水率，来测试灌浆的质量。

（2）钻孔取芯法：钻取灌浆区域的岩芯样本，通过对岩芯的完整度、胶结情况以及外观，从而判断灌浆的填充情况。

（3）现场监测法：在进行施工灌浆的过程中，实时监测灌浆的压力、浆液的流动情况、浆液性质等参数，以保证灌浆的施工质量能达到要求标准。

3  水坝灌浆加固过程中遭遇突发情况的应对措施

3.1  当水坝发生裂隙时的措施

当加固除险期间突发裂隙时，首先应对裂隙的开裂方向及严重程度进行及时观测，根据开裂方向及严重程度的不同，做出不同的应对举措。例如：当裂隙方向为横向时，需即刻停止灌浆操作，随后对裂隙产生的因素进行深入分析调查，并根据开裂因素选择灌注浆液，还是填入黏土的应对举措。倘若开裂方向为纵向时，需立即对裂隙情况进行观察，判断其为湿陷缝隙还是劈裂缝隙，如若为劈裂缝隙，则需等待其闭合后方可继续灌注操作，湿陷缝隙则不影响灌注操作，并且在后续灌注时对裂隙进行实时监测，避免再次出现突发状况。

3.2  关于坝顶、坝前坡、坝后坡出现冒浆时的处理建议

(1)  坝前坡冒浆点处理方法

为确保前坡安全，不宜进行封堵，立即停灌5~10分钟，待搅拌浓浆液后重新灌注，待浓浆再次冒出时即停灌；

(2)  坝顶、坝后坡冒浆点处理方法

当浆液从冒浆点流出时立即停灌5~10分钟，并迅速采用干料（干土加水泥）进行夯实封住，待搅拌浓浆液后重新灌注，再次低压、间歇灌注，直至灌浆达到要求为止。

4  灌浆效果分析

(1)  灌浆前渗透情况，选取10%（13个钻孔）进行灌前注水试验，渗透系数为1.4×10－3cm/s~3.9×10－3cm/s，均属于中等透水范畴，说明灌浆前坝体渗透性能较强。

(2)  检查灌浆后渗透情况，共布置14个检查孔进行注水试验，渗透系数为1.2×10－5cm/s~2.3×10－5cm/s，均属于弱透水范畴。

(3)  灌浆前坝体透水性能较强，灌浆后根据检查孔注水试验结果均弱透水范畴，故灌浆后效果明显，说明梅州市平远县泗水镇梅泗水库除险加固工程坝体的防渗性能已达到设计要求，即达到本次灌浆的目的及效果。

5结语

综上所述，想要有效提升现阶段水坝的加固水平，既要在施工开始之前，做好充分的准备工作，制定出科学合理的加固计划，也要在施工过程中对各个项目工程的施工质量进行实时监测，当遭遇突发情况时，需及时制定出有效的应对举措，方可切实有效的提升水坝加固施工的水平和效率。

参考文献

(1)  徐保森，充填灌浆在水库坝体处理中的应用[J]，西部探矿工程，2006，（S1）。

(2)  任寿所，镇沅县闪桥水库土坝除险加固工程中的充填灌浆技术[J]，科技风，2010，（17）。

(3)  娄康裕，充填灌浆在水库土坝除险加固中的应用[J]，技术与市场，2011，（08）。

(4)  行业标准《土坝灌浆技术规范》（SL564-2014）。