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[摘 要]灌浆技术在水库除险加固工程中应用较多，通过灌浆技术，可以消除坝体、坝基渗流隐患，提高防渗能力和稳定性。本文通过重庆市下涧口水库土坝除险加固工程，为防止土坝渗透变形失稳， 对坝体采用了劈裂灌浆， 坝体基岩与左坝肩山体岩层采用帷幕灌浆处理， 论述了二种灌浆方法采用的施工工艺各有特点， 效果显著， 都达到了预期目的。
[关键词]水库除险加固 劈裂灌浆； 帷幕灌浆； 灌浆压力；施工技术
中图分类号：TV543 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）10-0232-02
1 工程概况
重庆巴南区下涧口水库是一座以灌溉、防洪为主兼顾养殖等综合利用的中型水库。水库坝址处河床底部高程约689.00m，坝址以上集雨面积18.1km？，水库总库容1154万m？。正常库容998万m？，防洪库容156万m？，死库容34万m？。水库设计灌面1385hm？，有效灌面382hm？。
该土坝运行四十多年来出现了不少问题： 在土坝外坡左侧发生严重漏水， 漏水量达1.5L/s， 并有跃窝现象发生； 土坝外坡左端高程186m 处存在集中渗水点， 渗水量随库水位的升降而增减； 洪水期坝外一级坝坡左端大面积渗水湿润， 坝坡土含水量升高， 呈软塑状。水库长期处于限制蓄水、“带病”运行状态。
2 地质概况
下涧口水库库区基岩为寒武系上统细砂岩、粉细砂岩， 区域岩层产状为N45°W/SW∠60°～ 70°， NW向断裂发育。坝址区地层由于受构造挤压作用， 形成单斜构造， 岩层倒转， 其产状为N70°～ 80°W/NE∠75°～ 85°。坝体和坝基各岩土层自上而下分述如下：
（1） 人工填筑层（） ： 坝体土， 主要为砂砾质粉质粘土， 黄色， 稍～ 中等压实。坝体多用附近的残坡积土或全风化土填筑，其主要物理力学指标平均值（见表1）
（2） 残坡积层（）：主要分布于原山坡坡脚处和坝体填筑层之下，为砂质粉质粘土，黄色，可塑～硬塑，其主要物理力学指标平均值见表1。
（3） 寒武系上统粉砂岩（）：主要分布在坝头附近。左坝肩岩体风化较深， 强风化下限埋深达20m，弱风化下限埋深达37m；由于受构造影响，裂隙较发育， 穿过左坝肩有一断层F，其产状为N70°E/NW∠65°～75°。
钻孔注水试验表明， 土坝坝体土层的渗透系数k=1.07×10-5～2.47×10-2cm/s，多在（1.01～2.29）×10-4cm/s之间， 其中土坝左端钻孔内高程185～ 203m 附近存在明显的漏水地段，坝体局部有强渗水隐患，与坝体表面观测到的渗漏现象基本一致； 钻孔压水试验结果， 岩石透水率大部分在11～56Lu之间，为中强透水层，在断层F附近透水性较大。
根据钻探和土工试验结果，未发现原坝体土与后加高坝体土有明显区别， 坝体可视为均质土坝。
3 灌浆设计
根据下涧口水库土坝坝后坡出现渗水、湿润、跌窝等现象，以及现有地质勘探资料，为解决土坝的变形和渗透等问题，决定对坝体部分进行劈裂灌浆，对左坝肩进行帷幕灌浆加固处理，在左坝肩与坝体结合部及上部坝体部分进行劈裂灌浆，坝底基岩部分进行帷幕灌浆，使坝体内形成连续的防渗帷幕， 达到降低坝体浸润线，消除坝后坡的严重渗漏问题，从而使坝体渗透趋于稳定，坝体变形也趋于稳定，最终达到除险加固之目的。
3.1 土坝坝体劈裂灌浆
根据土坝实际情况，布置两排灌浆孔，主排孔沿坝轴线布置，副排孔布置在坝轴线上游1.5m处；两排孔交错布置，孔距均为5.0m；灌浆孔尽可能穿透坝体底部的残坡积层，深入到坝基，以形成一连续的竖直防渗帷幕。根据设计规范及本工程特点，坝体劈裂灌浆防渗标准为渗透系数k≤i×10-6 cm/s。
3.2 左坝肩帷幕灌浆
左坝肩与土坝坝体相连，布置两排灌浆孔，主排孔沿坝轴线布置，副排孔布置在坝轴线上游1.5m处；两排孔交错布置，孔距均为4.0m；灌浆孔穿透弱风化带，进入到微风化岩相对隔水层。根据设计规范及本工程特点，左坝肩帷幕灌浆防渗标准为透水率q≤2.0Lu。
4 施工技术
4.1 钻、灌工艺
下涧口水库防渗灌浆施工成孔手段是回转与冲击相结合，灌浆是纯压与循环相结合。左坝肩岩质较硬，孔深较大，因此采用回转方法成孔； 坝体部分须干法成孔，若用回转方法，施工难度大，效率低，所以采用冲击方法。二种成孔工艺的合理应用，使工效得以大幅度地提高。
坝体劈裂灌浆采用孔底注浆、全孔灌注纯压式方法，在设计压力下，向坝体中灌注粘土浆液，使其沿劈裂裂隙作脉状扩散，达到加固坝体、防渗之目的。左坝肩与坝体结合部基岩采用帷幕灌浆，该部位基岩上覆坝体土层较厚， 岩体相对较完整，采用孔内下塞、纯压式灌浆，提高了工效，节约了灌桨材料。左坝肩采用帷幕灌浆，由于该部位岩体裂隙发育， 岩石较为破碎，采用自上而下分段、孔口封闭、孔内循环方法，该方法止浆塞始终在孔口位置，避免了“埋塞”事故， 除了主要对新钻段进行灌浆以外，还可使以上各段都能得到若干次重复灌浆， 因而较容易保证灌浆质量。
4.2 浆料、浆液
根据土坝坝体土质特性，就近选择粘土料作为坝体劈裂灌浆材料。土料物理力学指标为：塑性指数Ip=22，粘粒含量36.7%，粉粒含量22.6%，砂粒含量30.7%，有机质含量0.53%。灌浆采用先稀后浓的方法变换浆液，即开始时用稀浆，比重为0.9～1.1g/cm？，粘度为25～30s，当孔口压力明显下降，坝体劈裂后用浓浆， 比重为1.25～1.30g/cm？，粘度为35～45s。
左坝肩帷幕灌浆采用425#普通硅酸盐新鲜水泥， 制成纯水泥浆， 水灰比按5：1、3：1、2：1、1：1、0.8B1、0.6：1 和05：1 七个比级由稀到浓， 逐级变换， 开灌水灰比采用5：1。每级灌注量≥400L。 以上浆液的流动性和析水性均满足灌浆要求。
4.3 灌浆技术参数的选择和控制
4.3.1 坝体劈裂灌浆9
为防止坝体产生过大变形，造成不良后果，土坝劈裂灌浆对以下参数进行严格控制：
（1） 灌浆压力：通过现场灌浆试验和有关经验公式，确定最大灌浆压力= 0. 35MPa。严格控制灌浆压力，使其尽量接近0.35MPa，但决不容许超过该值。
（2） 每次灌浆量和灌浆次数：根据土坝实际情况，每次灌浆量和灌浆次数根据吃浆量的大小确定，一般初次灌浆量为1.0m？/m，第二、三次分别为0.7m？/m和0.5m？/m，第四次以后为0.4m？/m。灌浆次数一般≥5次，间灌时间5d 以上，岸坡段3d以上。
位移和裂缝：泥浆灌入坝体后，将使坝体产生变形和位移，为确保坝体安全，在坝顶上、下游及坝外坡设位移观测点， 定时进行观测。每次灌浆时， 一般坝肩位移量控制在1～2cm内。为控制坝顶裂缝发展， 在灌浆孔内下护壁管。每次灌浆控制坝顶纵向裂缝宽度在1～3cm内，长度在20m 左右。
4.3.2 左坝肩帷幕灌浆
4.3.2.1 灌浆压力和吸浆率的确定和控制
灌浆压力通过现场灌浆试验确定，并在灌浆施工过程中加以调整。
灌浆压力应在较短的时间内达到设计压力， 压力升到一定数值后，岩体裂隙将产生显著的弹性张开，吸浆率会出现显著增大；当压力升高到超过岩石强度时，岩石将会破裂，吸浆率出现异常增大。这时， 常引起岩面抬升、冒浆和浆液远距离流失。为了确保灌浆质量，减少施工中潜在的危害性，防止地面抬升和过多浆液远程流失，必须对灌浆压力、吸浆率作适当控制。
左坝肩岩石破碎，裂隙发育，为防止地面抬升和过多浆液远程流失，采用以吸浆率为主的控制。即控制吸浆率≤30L/min，灌浆压力能达到设计压力的就尽量达到，但决不容许超过， 吸浆率较大时，采用分级升压， 通过逐步变浓浆液，求得压力尽快上升。当吸浆率>30L/min时，根据具体情况越级变浓浆液， 待升到设计压力后再转为以压力为主的控制，尽可能的在设计压力下灌浆。在规定压力下，当吸浆率≤0. 4L/min时，继续灌注60min，或吸浆量≤1L/min时， 继续灌注90min 即结束灌浆。
4.3.2.2 冒浆处理
冒浆现象多在第一个灌浆段发生，其主要原因是在灌浆压力作用下，裂隙扩张并连通到地表所致，一般地，冒浆位置多在孔口附近。发现冒浆时，可在地表冒浆处挖开，同时用5：1的稀浆进行冲洗，尽量将裂隙洗通后停止冲洗，将地表较大冒浆裂隙封堵，然后再用0.5：1的浓浆灌注5min左右，停灌待凝15～ 20min后采用正常浓浆液灌注。
5 效果检验
5.1 土坝劈裂灌浆
（1） 土坝劈裂灌浆施工结束后，检查钻孔注水试验表明，坝体土的渗透系数k=2.9×10-7～4.9×10- 6cm/s，远远小于灌浆前的渗透系数，达到了预期设计要求；
（2） 土坝劈裂灌浆施工结束后，在坝顶开挖探坑检查发现，坝体内主副排灌浆孔之间已形成连续防渗帷幕，主副浆脉宽度在深度2～3m处为1.5～3.5cm，且向下逐渐变厚。
5.2 左坝肩帷幕灌浆
左坝肩帷幕灌浆， 第Ⅱ序孔单位耗浆量比第Ⅰ序小，此递减符合正常规律， 检查孔压水试验岩石透水率大部分在1～2Lu之间，较灌前大大减少，满足设计和有关规范要求。
6 结束语
灌浆技术的关键是灌浆压力、吸浆率等技术参数的确定和控制， 灌浆压力的确定必须通过现场灌浆试验来确定， 并在灌浆施工过程中加以调整。下涧口水库采用劈裂灌浆和帷幕灌浆技术对土坝进行加固和防渗处理， 施工质量和效果是好的， 本次灌浆施工已达到防渗、除险加固的目的， 水库现己恢复正常蓄水、灌溉和水产养殖作用； 经位移和变形观测， 在正常蓄水后， 坝体位移和变形已趋于稳定。
参考文献
[1] 张景秀.坝基防渗与灌浆技术[M].北京：中国水利水电出版社.2002.
[42] 马国彦，常振华.岩体灌浆排水锚固理论与实践[M].中国水利水电出版社，2003，6.
[3] DL/T5148-2001水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].2002，5.
[关键词]水库除险加固 劈裂灌浆； 帷幕灌浆； 灌浆压力；施工技术
中图分类号：TV543 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）10-0232-02
1 工程概况
重庆巴南区下涧口水库是一座以灌溉、防洪为主兼顾养殖等综合利用的中型水库。水库坝址处河床底部高程约689.00m，坝址以上集雨面积18.1km？，水库总库容1154万m？。正常库容998万m？，防洪库容156万m？，死库容34万m？。水库设计灌面1385hm？，有效灌面382hm？。
该土坝运行四十多年来出现了不少问题： 在土坝外坡左侧发生严重漏水， 漏水量达1.5L/s， 并有跃窝现象发生； 土坝外坡左端高程186m 处存在集中渗水点， 渗水量随库水位的升降而增减； 洪水期坝外一级坝坡左端大面积渗水湿润， 坝坡土含水量升高， 呈软塑状。水库长期处于限制蓄水、“带病”运行状态。
2 地质概况
下涧口水库库区基岩为寒武系上统细砂岩、粉细砂岩， 区域岩层产状为N45°W/SW∠60°～ 70°， NW向断裂发育。坝址区地层由于受构造挤压作用， 形成单斜构造， 岩层倒转， 其产状为N70°～ 80°W/NE∠75°～ 85°。坝体和坝基各岩土层自上而下分述如下：
（1） 人工填筑层（） ： 坝体土， 主要为砂砾质粉质粘土， 黄色， 稍～ 中等压实。坝体多用附近的残坡积土或全风化土填筑，其主要物理力学指标平均值（见表1）
（2） 残坡积层（）：主要分布于原山坡坡脚处和坝体填筑层之下，为砂质粉质粘土，黄色，可塑～硬塑，其主要物理力学指标平均值见表1。
（3） 寒武系上统粉砂岩（）：主要分布在坝头附近。左坝肩岩体风化较深， 强风化下限埋深达20m，弱风化下限埋深达37m；由于受构造影响，裂隙较发育， 穿过左坝肩有一断层F，其产状为N70°E/NW∠65°～75°。
钻孔注水试验表明， 土坝坝体土层的渗透系数k=1.07×10-5～2.47×10-2cm/s，多在（1.01～2.29）×10-4cm/s之间， 其中土坝左端钻孔内高程185～ 203m 附近存在明显的漏水地段，坝体局部有强渗水隐患，与坝体表面观测到的渗漏现象基本一致； 钻孔压水试验结果， 岩石透水率大部分在11～56Lu之间，为中强透水层，在断层F附近透水性较大。
根据钻探和土工试验结果，未发现原坝体土与后加高坝体土有明显区别， 坝体可视为均质土坝。
3 灌浆设计
根据下涧口水库土坝坝后坡出现渗水、湿润、跌窝等现象，以及现有地质勘探资料，为解决土坝的变形和渗透等问题，决定对坝体部分进行劈裂灌浆，对左坝肩进行帷幕灌浆加固处理，在左坝肩与坝体结合部及上部坝体部分进行劈裂灌浆，坝底基岩部分进行帷幕灌浆，使坝体内形成连续的防渗帷幕， 达到降低坝体浸润线，消除坝后坡的严重渗漏问题，从而使坝体渗透趋于稳定，坝体变形也趋于稳定，最终达到除险加固之目的。
3.1 土坝坝体劈裂灌浆
根据土坝实际情况，布置两排灌浆孔，主排孔沿坝轴线布置，副排孔布置在坝轴线上游1.5m处；两排孔交错布置，孔距均为5.0m；灌浆孔尽可能穿透坝体底部的残坡积层，深入到坝基，以形成一连续的竖直防渗帷幕。根据设计规范及本工程特点，坝体劈裂灌浆防渗标准为渗透系数k≤i×10-6 cm/s。
3.2 左坝肩帷幕灌浆
左坝肩与土坝坝体相连，布置两排灌浆孔，主排孔沿坝轴线布置，副排孔布置在坝轴线上游1.5m处；两排孔交错布置，孔距均为4.0m；灌浆孔穿透弱风化带，进入到微风化岩相对隔水层。根据设计规范及本工程特点，左坝肩帷幕灌浆防渗标准为透水率q≤2.0Lu。
4 施工技术
4.1 钻、灌工艺
下涧口水库防渗灌浆施工成孔手段是回转与冲击相结合，灌浆是纯压与循环相结合。左坝肩岩质较硬，孔深较大，因此采用回转方法成孔； 坝体部分须干法成孔，若用回转方法，施工难度大，效率低，所以采用冲击方法。二种成孔工艺的合理应用，使工效得以大幅度地提高。
坝体劈裂灌浆采用孔底注浆、全孔灌注纯压式方法，在设计压力下，向坝体中灌注粘土浆液，使其沿劈裂裂隙作脉状扩散，达到加固坝体、防渗之目的。左坝肩与坝体结合部基岩采用帷幕灌浆，该部位基岩上覆坝体土层较厚， 岩体相对较完整，采用孔内下塞、纯压式灌浆，提高了工效，节约了灌桨材料。左坝肩采用帷幕灌浆，由于该部位岩体裂隙发育， 岩石较为破碎，采用自上而下分段、孔口封闭、孔内循环方法，该方法止浆塞始终在孔口位置，避免了“埋塞”事故， 除了主要对新钻段进行灌浆以外，还可使以上各段都能得到若干次重复灌浆， 因而较容易保证灌浆质量。
4.2 浆料、浆液
根据土坝坝体土质特性，就近选择粘土料作为坝体劈裂灌浆材料。土料物理力学指标为：塑性指数Ip=22，粘粒含量36.7%，粉粒含量22.6%，砂粒含量30.7%，有机质含量0.53%。灌浆采用先稀后浓的方法变换浆液，即开始时用稀浆，比重为0.9～1.1g/cm？，粘度为25～30s，当孔口压力明显下降，坝体劈裂后用浓浆， 比重为1.25～1.30g/cm？，粘度为35～45s。
左坝肩帷幕灌浆采用425#普通硅酸盐新鲜水泥， 制成纯水泥浆， 水灰比按5：1、3：1、2：1、1：1、0.8B1、0.6：1 和05：1 七个比级由稀到浓， 逐级变换， 开灌水灰比采用5：1。每级灌注量≥400L。 以上浆液的流动性和析水性均满足灌浆要求。
4.3 灌浆技术参数的选择和控制
4.3.1 坝体劈裂灌浆9
为防止坝体产生过大变形，造成不良后果，土坝劈裂灌浆对以下参数进行严格控制：
（1） 灌浆压力：通过现场灌浆试验和有关经验公式，确定最大灌浆压力= 0. 35MPa。严格控制灌浆压力，使其尽量接近0.35MPa，但决不容许超过该值。
（2） 每次灌浆量和灌浆次数：根据土坝实际情况，每次灌浆量和灌浆次数根据吃浆量的大小确定，一般初次灌浆量为1.0m？/m，第二、三次分别为0.7m？/m和0.5m？/m，第四次以后为0.4m？/m。灌浆次数一般≥5次，间灌时间5d 以上，岸坡段3d以上。
位移和裂缝：泥浆灌入坝体后，将使坝体产生变形和位移，为确保坝体安全，在坝顶上、下游及坝外坡设位移观测点， 定时进行观测。每次灌浆时， 一般坝肩位移量控制在1～2cm内。为控制坝顶裂缝发展， 在灌浆孔内下护壁管。每次灌浆控制坝顶纵向裂缝宽度在1～3cm内，长度在20m 左右。
4.3.2 左坝肩帷幕灌浆
4.3.2.1 灌浆压力和吸浆率的确定和控制
灌浆压力通过现场灌浆试验确定，并在灌浆施工过程中加以调整。
灌浆压力应在较短的时间内达到设计压力， 压力升到一定数值后，岩体裂隙将产生显著的弹性张开，吸浆率会出现显著增大；当压力升高到超过岩石强度时，岩石将会破裂，吸浆率出现异常增大。这时， 常引起岩面抬升、冒浆和浆液远距离流失。为了确保灌浆质量，减少施工中潜在的危害性，防止地面抬升和过多浆液远程流失，必须对灌浆压力、吸浆率作适当控制。
左坝肩岩石破碎，裂隙发育，为防止地面抬升和过多浆液远程流失，采用以吸浆率为主的控制。即控制吸浆率≤30L/min，灌浆压力能达到设计压力的就尽量达到，但决不容许超过， 吸浆率较大时，采用分级升压， 通过逐步变浓浆液，求得压力尽快上升。当吸浆率>30L/min时，根据具体情况越级变浓浆液， 待升到设计压力后再转为以压力为主的控制，尽可能的在设计压力下灌浆。在规定压力下，当吸浆率≤0. 4L/min时，继续灌注60min，或吸浆量≤1L/min时， 继续灌注90min 即结束灌浆。
4.3.2.2 冒浆处理
冒浆现象多在第一个灌浆段发生，其主要原因是在灌浆压力作用下，裂隙扩张并连通到地表所致，一般地，冒浆位置多在孔口附近。发现冒浆时，可在地表冒浆处挖开，同时用5：1的稀浆进行冲洗，尽量将裂隙洗通后停止冲洗，将地表较大冒浆裂隙封堵，然后再用0.5：1的浓浆灌注5min左右，停灌待凝15～ 20min后采用正常浓浆液灌注。
5 效果检验
5.1 土坝劈裂灌浆
（1） 土坝劈裂灌浆施工结束后，检查钻孔注水试验表明，坝体土的渗透系数k=2.9×10-7～4.9×10- 6cm/s，远远小于灌浆前的渗透系数，达到了预期设计要求；
（2） 土坝劈裂灌浆施工结束后，在坝顶开挖探坑检查发现，坝体内主副排灌浆孔之间已形成连续防渗帷幕，主副浆脉宽度在深度2～3m处为1.5～3.5cm，且向下逐渐变厚。
5.2 左坝肩帷幕灌浆
左坝肩帷幕灌浆， 第Ⅱ序孔单位耗浆量比第Ⅰ序小，此递减符合正常规律， 检查孔压水试验岩石透水率大部分在1～2Lu之间，较灌前大大减少，满足设计和有关规范要求。
6 结束语
灌浆技术的关键是灌浆压力、吸浆率等技术参数的确定和控制， 灌浆压力的确定必须通过现场灌浆试验来确定， 并在灌浆施工过程中加以调整。下涧口水库采用劈裂灌浆和帷幕灌浆技术对土坝进行加固和防渗处理， 施工质量和效果是好的， 本次灌浆施工已达到防渗、除险加固的目的， 水库现己恢复正常蓄水、灌溉和水产养殖作用； 经位移和变形观测， 在正常蓄水后， 坝体位移和变形已趋于稳定。
参考文献
[1] 张景秀.坝基防渗与灌浆技术[M].北京：中国水利水电出版社.2002.
[42] 马国彦，常振华.岩体灌浆排水锚固理论与实践[M].中国水利水电出版社，2003，6.
[3] DL/T5148-2001水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].2002，5.