大坑内水库土坝灌浆设计施工

大坑内水库土坝灌浆设计及施工探讨

摘 要:本文主要介绍了土坝劈裂灌浆垂直防渗的设计方法、施工工艺及技术要求。并结合工程实例，对灌浆施工完成后进行效果检查。

关健词：土坝；劈裂；灌浆；设计；施工工艺 1 引言

随着劈裂灌浆技术广泛的应用于大坝加固技术与日益成熟，在大、中型水库土坝垂直防渗中已有许多成功应用的试验。而在小型水库中却较少使用。究其原因，主要有以下几方面：

(l）资金原因。小型水库量多面广，且大部分坝型为均质土坝，当前小型水库的加固水平仅达到除险加固，还未达到全面的达标加固，且由于加固资金的原因，乡镇一级的财政还拿不出资金，从节水的角度，对土坝实施防渗处理。

(2）施工素质要求。小型水库土坝坝体长度通常几十米，多者近百米，采取垂直防渗处理时，两坝肩只能充填灌浆，坝中部劈裂灌浆的量相对较少，不是专业的施工队伍难以胜任。

近期结合小型水库的特点，经过技术经济比较，择优选择了劈裂和充填灌浆作为土坝垂直防渗处理的方案，特将设计及施工工艺叙述如下，期望对类似小型水库的防渗处理有所帮助。 2 灌浆设计

(l）灌浆布置。劈裂式灌浆采用沿轴线布孔，在灌浆轴线下游布置副排孔，河床部分进行劈裂灌浆，坝肩部份进行充填灌浆。共

布置二排，排距 l.5m，梅花形布置，劈裂灌浆孔距为 5m，充填灌浆孔距为 2.5m。

(2）灌浆材料。坝体劈裂灌浆采用粘土泥浆，水泥用量为干料量的4%，粘土应选用含少量砾的粉质粘土，粘粉粒含量要求在 70％以上。

灌浆用料量按下式估计： 式中： v ― 粘土用料量（㎡） a ― 灌浆帷幕面积（㎡） t ― 设计帷幕厚度，采用 0.2m k ― 考虑筛余量的系数，采用 1.3

充填灌浆采用粘土水泥浆，灌浆用量按进尺，水泥用量为干料量的 30％。

3 施工工艺及技术要求

劈裂灌浆采用孔底注浆，全孔灌浆法，同时控制灌浆压力和一次灌浆量，孔底注浆全孔灌注是劈裂灌浆提高灌浆质量和保证坝体安全的重要技术措施。一般注浆孔下部坝体先劈裂，使浆液从底部逐步向上发展，经过反复劈一回弹的过程，逐步形成一条从下到上，连续的防渗帷幕墙。

坝肩充填灌浆采用钻孔法开孔，开孔直径为110mm，采用孔口封闭式自下而上分段灌浆法，每段长约为 5m 、 6m 左右。当灌浆压力达到设计要求后，开动回浆阀，保持相应压力继续灌浆，当吸浆量小于 11/min 时，再继续灌注 30 分钟即可结孔。

3.1 施工分序

灌浆先灌河床段，后灌岸坡段；灌浆分二序孔进行，分两序施工，一排为 i 序孔，二排 ii序孔。 3.2 综合控制

劈裂灌浆采用五项控制即:① 控制每次灌浆量；② 控制最大灌浆压力；③ 坝肩水平位移不超过允许值；④ 坝顶出现裂缝宽度不超过允许值；⑤ 复灌时间不得少于规定天数，土坝坝体劈裂灌浆施工工艺流程见下图1。

图1 劈裂灌浆工艺流程框图

(1）控制灌浆量。为提高灌浆效果，加快泥浆固结，保证灌浆时坝体安全。不但要控制灌浆压力，而且要控制每次灌浆量。劈裂灌浆每孔每次平均灌浆量，以孔深计每米孔深控制在 0.5～lm3,每孔复灌次数不得少于 5 次，每次复灌间歇时间不少于 5 天。终灌标准应以连续三次达到灌浆压力和复灌次数要求为准。 (2）灌浆压力。坝身劈裂灌浆设计灌浆压力根据不同孔深按下表确定：劈裂灌浆设计灌浆压力表 坝肩填充灌浆的设计压力为 0.2mpa。

(3）坝肩位移与坝顶裂缝宽度的控制。大量泥浆压入坝体，使坝体产生压缩和位移。灌浆时，为保证灌浆时坝体安全，一般位移应控制在 l～2cm内。坝顶裂缝长度控制在一序孔间距内，宽度控制在 1～ 3cm 内。

(4）终灌标准。当启动灌浆泵灌浆后，坝顶表面如冒浆，说明裂缝里的泥浆从下到上已灌满，这时应采取各孔无压反复轮灌，轮灌 3 次。使灌浆孔内的泥桨液基本不下降，表明“灌饱”即可终灌。

(5）封孔。采用泥球封孔法，灌浆结束后，把孔内清水抽出，然后倒入泥球，最后表面采用混合土夯实。 4 灌浆效果检查

(l）灌浆完成后，在坝顶灌浆范围内布置 4 个检查孔，坝身部分每5m 一段进行注水试验，其渗透系数 k 值应小于ixl0-4cm/s，否则应进行补灌．如发现渗水部分也应进行补灌。 (2）灌浆后，灌浆轴线前后测压管水位应有明显降落。 (3）坝体渗流量是否明显减少。 5 工程实例

(1）概况。大坑内水库属小（1）型水库，集雨面积3.7km2，干流长度 2.686km，河床比降 0.127，库区植被一般，水库上游属丘陵山区，乔木林带，是一宗以灌溉为主，兼有防洪、养殖效益的水库，有效灌溉面积 0.29万亩，正常库容 94.9×104 m3 ,总库容119.6×104 m3。

该坝为均质土坝，坝高 1850m ，坝顶长160m，坝顶宽 6m , 迎水坡坡比 下至上坡比一级1:3.5，二级1:3.0干砌石护坡，背水坡1:2.5。坝体主河槽部分断面见图 2 。

图1 劈裂灌浆工艺流程框图

(1）控制灌浆量。为提高灌浆效果，加快泥浆固结，保证灌浆时坝体安全。不但要控制灌浆压力，而且要控制每次灌浆量。劈裂灌浆每孔每次平均灌浆量，以孔深计每米孔深控制在 0.5～lm3,每孔复灌次数不得少于 5 次，每次复灌间歇时间不少于 5 天。终灌标准应以连续三次达到灌浆压力和复灌次数要求为准。 (2）灌浆压力。坝身劈裂灌浆设计灌浆压力根据不同孔深按下表确定：劈裂灌浆设计灌浆压力表 坝肩填充灌浆的设计压力为 0.2mpa。

(3）坝肩位移与坝顶裂缝宽度的控制。大量泥浆压入坝体，使坝体产生压缩和位移。灌浆时，为保证灌浆时坝体安全，一般位移应控制在 l～2cm内。坝顶裂缝长度控制在一序孔间距内，宽度控制在 1～ 3cm 内。

(4）终灌标准。当启动灌浆泵灌浆后，坝顶表面如冒浆，说明裂缝里的泥浆从下到上已灌满，这时应采取各孔无压反复轮灌，轮灌 3 次。使灌浆孔内的泥桨液基本不下降，表明“灌饱”即可终灌。

(5）封孔。采用泥球封孔法，灌浆结束后，把孔内清水抽出，然后倒入泥球，最后表面采用混合土夯实。 4 灌浆效果检查

(l）灌浆完成后，在坝顶灌浆范围内布置 4 个检查孔，坝身部分每5m 一段进行注水试验，其渗透系数 k 值应小于ixl0-4cm/s，

否则应进行补灌．如发现渗水部分也应进行补灌。 (2）灌浆后，灌浆轴线前后测压管水位应有明显降落。 (3）坝体渗流量是否明显减少。 5 工程实例

(1）概况。大坑内水库属小（1）型水库，集雨面积3.7km2，干流长度 2.686km，河床比降 0.127，库区植被一般，水库上游属丘陵山区，乔木林带，是一宗以灌溉为主，兼有防洪、养殖效益的水库，有效灌溉面积 0.29万亩，正常库容 94.9×104 m3 ,总库容119.6×104 m3。

该坝为均质土坝，坝高 1850m ，坝顶长160m，坝顶宽 6m , 迎水坡坡比 下至上坡比一级1:3.5，二级1:3.0干砌石护坡，背水坡1:2.5。坝体主河槽部分断面见图 2 。 图1 劈裂灌浆工艺流程框图

(1）控制灌浆量。为提高灌浆效果，加快泥浆固结，保证灌浆时坝体安全。不但要控制灌浆压力，而且要控制每次灌浆量。劈裂灌浆每孔每次平均灌浆量，以孔深计每米孔深控制在 0.5～lm3,每孔复灌次数不得少于 5 次，每次复灌间歇时间不少于 5 天。终灌标准应以连续三次达到灌浆压力和复灌次数要求为准。

(2）灌浆压力。坝身劈裂灌浆设计灌浆压力根据不同孔深按下表确定：劈裂灌浆设计灌浆压力表 坝肩填充灌浆的设计压力为 0.2mpa。

(3）坝肩位移与坝顶裂缝宽度的控制。大量泥浆压入坝体，使坝体产生压缩和位移。灌浆时，为保证灌浆时坝体安全，一般位移应控制在 l～2cm内。坝顶裂缝长度控制在一序孔间距内，宽度控制在 1～ 3cm 内。

(4）终灌标准。当启动灌浆泵灌浆后，坝顶表面如冒浆，说明裂缝里的泥浆从下到上已灌满，这时应采取各孔无压反复轮灌，轮灌 3 次。使灌浆孔内的泥桨液基本不下降，表明“灌饱”即可终灌。

(5）封孔。采用泥球封孔法，灌浆结束后，把孔内清水抽出，然后倒入泥球，最后表面采用混合土夯实。 4 灌浆效果检查

(l）灌浆完成后，在坝顶灌浆范围内布置 4 个检查孔，坝身部分每5m 一段进行注水试验，其渗透系数 k 值应小于ixl0-4cm/s，否则应进行补灌．如发现渗水部分也应进行补灌。 (2）灌浆后，灌浆轴线前后测压管水位应有明显降落。 (3）坝体渗流量是否明显减少。 5 工程实例

(1）概况。大坑内水库属小（1）型水库，集雨面积3.7km2，干流长度 2.686km，河床比降 0.127，库区植被一般，水库上游属丘陵山区，乔木林带，是一宗以灌溉为主，兼有防洪、养殖效益的水库，有效灌溉面积 0.29万亩，正常库容 94.9×104 m3 ,总库容119.6×104 m3。

该坝为均质土坝，坝高 1850m ，坝顶长160m，坝顶宽 6m , 迎水坡坡比 下至上坡比一级1:3.5，二级1:3.0干砌石护坡，背水坡1:2.5。坝体主河槽部分断面见图 2 。

由于坝体、坝基均有不同程度的渗漏问题，且局部渗漏问题严重，所以采用劈裂灌浆防渗处理。

(2）灌浆布置。从渗透稳定及提高灌浆压力考虑，钻孔深至坝基以下0.5m。河床部分进行劈裂灌浆，即桩号0+ 050.23m～0+125. 23m，布置二排，排距 1.5m，梅花形布置，孔距为5m，共布置 31个孔（二排）孔深10.5～13m，要求浆脉渗透系数小于1×10-4cm/s，进尺为376.m,灌浆帷幕面积 997.52m2。

坝肩部份进行充填灌浆，即坝左 0+ 050.23m至坝左o+010.23m，孔距为2.5m,共布置17个孔（单排），孔深2.35m～10.5m。及坝右0+125.23m至0+152.73m，孔距为 2.5m，布置11个孔（单排），孔深为 1.75m～13m，充填灌浆总进尺为 79 .58m，总帷幕面积为184 . 92m2。灌浆平面布置如下图 3 。 6 结语

通过灌浆设计和灌浆资料分析，有以下认识：(l）灌浆孔的设计取决于大坝的坝型、地质条件、存在问题的性质以及灌浆方式等。（2）灌浆压力直接影响灌浆效果，必顺根据建筑物的具体条件并结合所用浆液等情况来区别确定。（3）帷幕灌浆技术己日趋成熟，广泛应用于坝体、坝基防渗处理中。

注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。