淺談防滲灌漿技術(shù)在治理我縣病險(xiǎn)水庫(kù)中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：水庫(kù)壩體防滲灌漿處理；病險(xiǎn)水庫(kù)的治理；充填灌漿和固結(jié)灌漿；漿液濃度的變換遵循先稀后濃原則；壩基；壩體；滲漏；防滲處理；灌漿技術(shù) 

　　1、前言 

　　昌寧縣地處云南西南部，東南部屬瀾滄江水系，西北部屬怒江水系，縣境內(nèi)的小型水庫(kù)工程的擋水建筑物大多數(shù)為土石壩，由于建壩時(shí)透水層沒有采取有效的防滲措施，水平防滲的長(zhǎng)度或垂直防滲的厚度不夠，壩體施工質(zhì)量差，壩內(nèi)涵管與壩結(jié)合不嚴(yán)密，壩基覆蓋層沒有很好的清理，壩頭與山體結(jié)合面和山體裂隙巖層的漏水帶未進(jìn)行嚴(yán)格處理等因素，當(dāng)水庫(kù)蓄水后，在水壓力作用下，水流會(huì)沿著壩身土料、壩基土體和壩端兩岸地基中的孔隙滲向下游，造成壩身、接觸、壩基或繞壩滲漏。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2007年底，全縣共計(jì)有�。ǘ�）型以上水庫(kù)64座，其中中型水庫(kù)3座，總座容為3633萬m3；小（一）型水庫(kù)13座，總庫(kù)容為1210萬m3，小（二）型水庫(kù)49座，庫(kù)容為總1015萬m3，水庫(kù)的建設(shè)、為我縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用，但由于建庫(kù)的時(shí)代限制及水庫(kù)經(jīng)多年運(yùn)行，其中有25座水庫(kù)產(chǎn)生了不同程度病險(xiǎn)，占三分之一。 

　　多年以來，國(guó)家投入了大量資金進(jìn)行了病險(xiǎn)水庫(kù)的治理。我縣先后對(duì)河西水庫(kù)、勸橋河水庫(kù)、蘭山水庫(kù)、新寨水庫(kù)、秧田洼水庫(kù)、翁堵水庫(kù)、麻地河水庫(kù)、共裕水庫(kù)8座水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固，取得了效好的效果，但還有17座�。ǘ�）型以上水庫(kù)仍帶病運(yùn)行，等待治理。 

　　經(jīng)多年實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水庫(kù)產(chǎn)生病害的原因及治理技術(shù)的探索，總結(jié)歷史的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，水庫(kù)壩體防滲灌漿處理對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)的產(chǎn)生及病險(xiǎn)水庫(kù)治理的效果、資金的節(jié)約具有很重要的意義。 

　　一、水庫(kù)產(chǎn)生病害的表現(xiàn)形式及危害 

　　1、初期，后壩坡出現(xiàn)零散浸濕，以后浸濕面積不斷擴(kuò)大，庫(kù)水的滲漏量增大，甚至形成管涌流土破壞，這種形式容易觀察到。 

　　2、壩基及岸坡的山壩結(jié)合部位的粘土防滲墻與風(fēng)化破碎的基巖截槽接觸帶因強(qiáng)滲透水壓力作用而產(chǎn)生潛蝕沖刷，極易形成管涌流土現(xiàn)象。這種形式極隱蔽。 

　　3、采用壩內(nèi)埋置輸水涵管時(shí)，沿涵管外壁與壩土和基巖接觸部位容易形成集中滲漏，產(chǎn)生沖刷淘空涵管基礎(chǔ)，導(dǎo)致涵管斷裂破壞，部分滲漏水進(jìn)入涵洞后排出。 

　　4、岸坡山體表層風(fēng)化裂隙密集帶產(chǎn)生的繞壩滲漏。水庫(kù)病害的發(fā)生發(fā)展，一方面影響水庫(kù)正常蓄水，水庫(kù)效益不能充分發(fā)揮，另一方面，還要投入大量資金進(jìn)行治理，才能保證大壩安全及水庫(kù)正常運(yùn)行。 

　　二、水庫(kù)病害的治理措施 

　　根據(jù)水庫(kù)病害的原因，結(jié)合我縣多年處理病險(xiǎn)水庫(kù)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。對(duì)比分析各種防治技術(shù)及其施工要求，采用防滲灌漿技術(shù)進(jìn)行水庫(kù)的防滲除險(xiǎn)加固處理具有施工方便、效果顯著、資金節(jié)約、時(shí)間耐久的優(yōu)點(diǎn)，較符合我縣縣情和技術(shù)水平。 

　　灌漿技術(shù)在我縣已經(jīng)過八件工程的實(shí)踐。經(jīng)十多年的建后運(yùn)行，效果明顯，同時(shí)總結(jié)完工工程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，為今后的病險(xiǎn)水庫(kù)治理提供有力的科學(xué)依據(jù)。 

　�。ㄒ唬┓罎B帷幕灌漿的基本方法 

　　廣義上，灌漿的類型分為帷幕灌漿，充填灌漿和固結(jié)灌漿幾種。它們?cè)诠こ虒?shí)踐中并沒有截然的區(qū)別，主要是根據(jù)人們希望達(dá)到的目標(biāo)效果的不同而對(duì)其進(jìn)行形象化的描述。如：帷幕灌漿和劈裂灌漿，主要針對(duì)壩基和壩體而言，目的是通過灌漿在壩基及壩體中形成連續(xù)的厚度較薄的防滲體，達(dá)到防滲的要求；充填灌漿則主要是針對(duì)一些體積稍大的洞穴、洞室而采取的，目的主要在于防滲和加固，也適用于壩體結(jié)構(gòu)較為疏松、因滲透破壞變形較大、出現(xiàn)管涌流土通道的情況，這也是病險(xiǎn)水庫(kù)的重要特征之一。而固結(jié)灌漿，則主要是針對(duì)軟弱地基采取的一種加固措施，施灌面積較大，也要經(jīng)過充分的充填，目的主要是提高地基的強(qiáng)度，同時(shí)也起到防滲的效果，所以，固結(jié)灌漿一般采用純水泥漿灌注；而其它幾種灌漿卻可以充分利用粘土、細(xì)砂作為材料，加入適量水泥，進(jìn)行混合漿灌注，造價(jià)較低。 

　　對(duì)于以壩體滲漏，山壩結(jié)合部的接觸帶滲流沖刷變形，壩基及岸坡風(fēng)化裂隙帶、第四系砂卵礫石層和殘坡積層的滲漏，以及壩中埋管引起的接觸面的滲漏沖刷變形破壞為特征的病險(xiǎn)水庫(kù)，宜采用帷幕灌漿、劈裂灌漿和充填灌漿處理。 

　　目前，我縣水庫(kù)的病險(xiǎn)防滲除險(xiǎn)加固多采混合式帷幕灌漿，即帷幕灌漿和充填灌漿共同進(jìn)行，取長(zhǎng)補(bǔ)短。這里主要針對(duì)壩體和壩基進(jìn)行防滲加固處理進(jìn)行探討。 

　　劈裂式帷幕灌漿分為懸掛式和接地式兩種，一般采用接地式帷幕灌漿更為徹底有效。在設(shè)計(jì)和施工上應(yīng)滿足以下要求： 

　　1、要在基巖、接觸帶和壩體內(nèi)形成連續(xù)的封閉的防滲帷幕�？筛鶕�(jù)工程的病險(xiǎn)狀況采用雙排交錯(cuò)布孔或單排布孔，孔距要小于漿液的有效擴(kuò)散半徑，便于帷幕搭接，形成連續(xù)封閉的防滲帷幕目的。 

　　2、防滲帷幕要有足夠的厚度來抵抗?jié)B透壓力擊穿破壞，防止帷幕失效。這需要保證足夠的灌漿壓力、漿液濃度和漿液的充分充填，使其擠壓密實(shí)堅(jiān)固帷幕周圍的壩土，保證帷幕安全，共同發(fā)揮防滲作用。 

　　3、要保證防滲材料有足夠的塑性。壩土段一般可用粘土漿灌注，為加快脫水及增加漿液流動(dòng)性，也可加少量水泥。如壩土較為疏松、存在滲透變形等情況時(shí)，采用純泥漿工程造價(jià)較高且漿液易凝固，宜采用1：2―1：5的混合漿，防止粘土滲透流失，提高其抗?jié)B透破壞的強(qiáng)度。漿液形成帷幕后，還要承受滲透壓力、地震、壩土應(yīng)力調(diào)整、重力壓縮等作用，帷幕容易碎裂破壞。而采用純水泥漿灌注形成的帷幕也易于產(chǎn)生脆性破壞而失效。基巖段一般情況下采用純水泥漿灌注。對(duì)于基巖裂隙孔隙較為發(fā)育、耗漿量較大的，可加入適量細(xì)砂，以節(jié)約水泥用量，減少投資。壩基下部弱透水層，節(jié)理裂隙少而閉合，耗漿量小，可采用純水泥漿灌注。 　�。ǘ�）防滲帷幕灌漿施工要把握的基本原則 

　　采用灌漿技術(shù)進(jìn)行病險(xiǎn)水庫(kù)的治理是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的工作。水庫(kù)病險(xiǎn)特征有共性也有個(gè)性，由于人們對(duì)地下的情況不易準(zhǔn)確把握，施灌時(shí)，又難以控制漿液的流向，灌漿的質(zhì)量和效果往往要假以時(shí)日才可驗(yàn)證。研究其普遍規(guī)律，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，把握一些重要原則，可增加灌漿有效概率，降低失效及浪費(fèi)的概率。 

　　1、灌漿材料：①水泥采用32.5MPa普通硅酸巖水泥，細(xì)度通過80μm方孔篩的篩余量<5%，初凝和終凝時(shí)間須達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1846-77要求。②粘土塑性指數(shù)>14，粘粒含量>25%，含砂量<5%，有機(jī)質(zhì)含量<3%。 

　　2、灌漿壓力：灌漿全壓力根據(jù)下式計(jì)算： 

　　P=mh 

　　P―灌漿壓力（MPa） 

　　H―從始灌高程至試段中部的距離（m） 

　　M―系數(shù)采用0.025 

　　隨灌漿序次的增進(jìn)，灌漿全壓力可相應(yīng)遞增10-15%。 

　　3、漿液濃度變換：漿液濃度的變換遵循先稀后濃原則，壩土段采用1.2、1.3、1.4、1.5共四個(gè)比級(jí)�；鶐r段采用1.10、1.20、1.25、1.30、1.35、140、1.50共七比級(jí)。當(dāng)壓力不變，單位吸漿量大于30L/min，可越級(jí)加濃；當(dāng)壓力不變，單位吸漿量均勻減少，或當(dāng)單位吸漿量不變，壓力均勻升高時(shí)，不改變漿液濃度。 

　　4、空庫(kù)施工：可消除或減少庫(kù)水壓力對(duì)漿液擴(kuò)散的影響，使?jié){液充分自由擴(kuò)散充填，以擠壓密實(shí)堅(jiān)固壩土或壩基，保證灌漿質(zhì)量。 

　　5、上游排優(yōu)先施工：多排布孔時(shí)上游排整排或孔序孔段優(yōu)先施工，下游排在后一至二序、三至四孔段施工，便于在庫(kù)水滲透壓力作用下，上游排堵截大部分滲漏水后，下游排能充分充填，形成連續(xù)封閉的防滲帷幕。 

　　6、多序次施工：對(duì)同一排孔采取多序次施工，便于帷幕搭接，逐漸充填加密漿液釋出水分后體積縮小留下的空隙，同時(shí)也可以減少相鄰孔段相互影響和干擾。以往多采用2-3序施工，可采用3-4序施工序次進(jìn)行施工。 

　　7、自上而下灌漿：劈裂灌漿多采用自下而上施工。優(yōu)點(diǎn)是漿液容易向上劈裂，形成帷幕，耗材少、省資金。缺點(diǎn)是：漿液容易向上擴(kuò)散、劈裂，下部灌段受滲透水壓力的作用不易擴(kuò)散，充填效果差，難以形成連續(xù)封閉帷幕。帷幕達(dá)不到設(shè)計(jì)深度要求，所形成的帷幕也因?yàn)楹穸刃�、壩土不夠密�?shí)，受其它應(yīng)力作用容易擊穿破裂而破壞，時(shí)效性短；而采用自上而下灌漿則首先在上部形成相對(duì)密實(shí)封閉的“蓋”，并隨著孔深增加灌漿壓力增大，壩體厚度增厚，吸漿量增大，逐步形成上小下大的防滲帷幕墻體，最大程度的保證了下部孔段的充填防滲效果，也符合大壩的滲透壓力及滲透流量從上到下增大的規(guī)律。 

　　8、把握劈裂時(shí)機(jī)：從工程實(shí)踐看，過早劈裂的裂縫容易引導(dǎo)相鄰孔和下部孔段的漿液沿劈裂縫流竄，不易充分充填擠壓密實(shí)壩土，難以形成連續(xù)封閉的防滲體系，影響灌漿效果�？蓪�(duì)自上而下的第一、第二灌段，尤其是第一灌段，嚴(yán)格控制灌漿壓力，采用濃漿、限壓和少灌多復(fù)原則進(jìn)行處理，如果不慎劈裂，要保證待凝時(shí)間，方可進(jìn)行下段施工。隨著段次增加，灌漿壓力增大，也要盡可能到終孔序次和終孔灌段才劈裂。主要通過觀察和把握灌漿壓力變化來控制。 

　　9、少灌多復(fù)和充分充填 

　　少灌多復(fù)原則是為了控制漿液擴(kuò)散范圍，使?jié){液在規(guī)定部位或規(guī)定范圍內(nèi)形成防滲體。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約材料，降低投資；充分充填原則是，當(dāng)大壩較為松散或存在管涌洞穴和基巖較為破碎時(shí)，盡可能擴(kuò)大漿液的擴(kuò)散范圍，使大壩充分?jǐn)D壓密實(shí)，基巖大面積固結(jié)防滲。其優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量可靠，形成的防滲體抵抗各種外力破壞的強(qiáng)度高。 

　　10、終灌標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計(jì)壓力或稍大于設(shè)計(jì)壓力下，單位吸漿量小于0.4L/min，延續(xù)30min停灌，單位吸漿量小于1L/min，延續(xù)60min停灌。 

　�。ㄈ�）灌漿質(zhì)量檢查 

　　可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行灌漿質(zhì)量檢查檢驗(yàn)： 

　　1、從各次序孔灌入干料量遞減情況進(jìn)行分析灌漿質(zhì)量。 

　　2、從各次序單位注入量區(qū)間頻率曲線及頻率累計(jì)曲線圖的分布規(guī)律進(jìn)行分析灌漿質(zhì)量。 

　　3、從透水率頻率曲線及頻率累計(jì)曲線圖的分布規(guī)律進(jìn)行分析灌漿質(zhì)量。 

　　4、通過檢查孔壓（注）水試驗(yàn)資料成果和巖芯的漿脈充填情況進(jìn)行灌漿質(zhì)量檢查。 

　　5、從灌前灌后壩后滲漏量變化的宏觀效果進(jìn)行對(duì)比檢查。 

　　隨著鉆探的機(jī)械設(shè)備性能、鉆進(jìn)工藝、技術(shù)的提高及灌漿理論的發(fā)展完善，應(yīng)用灌漿技術(shù)進(jìn)行病險(xiǎn)水庫(kù)的治理，以其經(jīng)濟(jì)、安全、高效的性能，成功的為我縣多個(gè)水庫(kù)解除了病害困擾。 

　　三、結(jié)束語 

　　針對(duì)土石壩的不同安全問題，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采用相應(yīng)的維修措施�，F(xiàn)今對(duì)于小型土石壩的除險(xiǎn)加固問題主要是防滲問題，筆者根據(jù)我縣目前已實(shí)施的工程經(jīng)驗(yàn)來看，灌漿技術(shù)是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理、適應(yīng)性廣泛的防滲處理手段，值得推廣應(yīng)用。但產(chǎn)生滲漏的原因是多樣的，因而防滲處理手段也不是唯一的，采取灌漿技術(shù)時(shí)，還應(yīng)根據(jù)具體的滲漏原因采取其他相應(yīng)的處理方式使之有機(jī)的結(jié)合。