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摘要 岚山水库为粘土心墙坝，坝体填筑主要为当地粘土，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水等综合利用的中型水库。勘探表明，粘土中砾石、块石含量较高，渗透系数大，坝体产生渗漏，坝体出现不稳定现象，所以决定采用劈裂灌浆技术对大坝进行防渗加固处理。采用分序和“少灌多复”的方法，通过劈裂灌浆加固后，达到了防渗加固的目的。
关键词 劈裂灌浆 岚山水库 灌浆压力 结束标准
【中图分类号】TV5
1 土坝劈裂灌浆技术
土坝劈裂灌浆技术是我国20世纪80年代初自行研发的一项处理病险土坝的防渗技术，30多年来运用该技术处理加固病险水库上千座，为我国病险堤坝的加固发挥了重要作用。
土坝劈裂灌浆技术是提高坝体防渗能力和改善土坝应力状况的一种加固坝体的技术措施。其技术要点为：1、运用坝体应力分布规律，用一定的灌浆压力将坝体沿轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成垂直的防渗帷幕，并堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力。2、劈裂灌浆的布孔，应按坝段的不同部位分别进行布孔设计。在河槽段，一般沿坝轴线单排布孔；在岸坡段和弯曲段，应适当缩小孔距；如果坝体普遍碾压质量不好时，可双排或3排布孔。3、造孔深度应较隐患部位增加2-3m，防渗帷幕的设计厚度一般可采用15-30cm，应根据土坝的土质、坝高等情况合理确定。4、灌浆允许压力应经计算和现场试验确定。灌浆应采用全孔灌注和分序灌注。5、防渗帷幕的设计容量，可根据不同的土坝、不同的灌浆方法以及浆液中粘粒含量多少提出要求，一般灌浆一年后应为1.4-1.6t/m3。为加速浆液凝固和提高后期强度，可掺入适量速凝材料（如水泥），必要时通过试验确定。
但是劈裂灌浆技术在某些病险坝的设计与施工方面，也出现了一些问题，主要表现在土坝劈裂灌浆处理后效果不持久。少则几年，多则十几年又“旧病复发”，经过进一步调查发现，凡是劈裂灌浆处理之后防渗效果不持久的土坝，大都在设计与施工方面存在以下问题：
（1）设计上某些参数采用不当。如防渗帷幕太薄，排数太少等。
（2）施工工艺上严重违反“少灌多复”的原则。如一次灌浆量过大，而复灌次数少，使得泥浆体两侧的土体没有得到充分的擠压和充填，形不成连续的防渗帷幕。
（3）两次灌浆（复灌）的时间间隔过短。主要是缺乏对泥浆体帷幕排水固结度的观测手段，无法根据泥浆体排水固结的状况来确定复灌的时间间隔，加之有的灌浆施工作业队伍为了节约时间，急于求成，短时间内急于进行下一次复灌或再复灌，造成泥浆体待排水固结的厚度过大，使其长期不能固结硬化。
（4）所用的灌浆材料粘粒含量偏高。通常规范要求浆料的粘粒含量在25%左右，而实际运用中常常达到40%以上。
针对上述问题可采取相应的解决措施。总之，该技术适用于坝高50m以内的均质坝和宽心墙坝。对于坝高50m以上的均质坝和宽心墙坝以及窄心墙坝要经过充分论证后确定。
2 工程概况
岚山水库位于河北省邢台市境内，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水等综合利用的中型水库。1969年兴建，1970年建成。大坝为粘土心墙坝，最大坝高35m，坝顶长350m，坝顶宽7m。心墙填料中砾石、块石等含量较高。
由于坝体填筑质量欠佳，压实度不够，竣工后1974-1975年坝体连续出现多条裂缝，有的纵向裂缝长70m，缝宽5-8cm。坝后坡出现大面积散侵，高度达一半坝高以上，局部出现明流。坝顶、坝坡发生大量沉陷变形和塌坑，从竣工至灌浆处理前，大坝最大沉陷量达95cm。经过对原坝体的应变应力进行有限元计算分析表明，坝顶大部分均纵向拉裂，产生横向裂缝，河槽段坝顶局部纵向受拉，坝体下部受剪切破坏。心墙渗透系数均大于1×10-5cm/s。为解决该坝的渗透稳定和变形稳定问题，决定采用劈裂灌浆工法进行加固处理。劈裂灌浆处理范围0+050-0+350m。灌浆孔布置在坝顶心墙轴线上、下游两侧，为双排孔布置，排距1.0m，孔距3.0m；灌浆分两序施工。劈裂灌浆施工自2011年8月16日开始至2011年11月15日结束，历时92日历天；累计完成钻孔202个，完成总进尺7575m，完成灌浆量3787.5m3，形成防渗面积11250m2。
3 劈裂灌浆施工
3.1 泥浆制备：灌浆材料采用水泥粘土浆液，即在粘土中掺加15%的水泥，混合搅拌而成。库区有粘粒含量高、质量较好的粘土，制浆材料可以就地取材，节约成本。泥浆搅拌采用WJ-100型高速搅拌机搅拌，三级筛网过滤，连续制浆，连续供浆。灌浆时浆液比重控制在1.35-1.5之间，浆液粘度控制在20-30秒。
3.2 钻孔：钻孔孔径为600mm，孔深至基岩。采用XY-2型回转转机钻孔，采用优质膨润土泥浆护壁，自上而下一次成孔，分两序施工。由于坝体砾石、块石等含量较高，总体功效不是很高，钻灌功效为初灌1.6m/h，第一次复灌2.0m/h，第二次复灌2.6m/h。
3.3 灌浆：灌浆方法采用孔口封闭、分段灌浆。分段长度按5-10m控制，灌浆管距离每段段底0.5m以上。浆料土粘粒含量26%，粉粒含量50%，其余为中细砂，浆液密度14-1.6g/cm3。
3.4 灌浆结束标准：灌浆采用初灌一次，复灌两次的方案。如果复灌两次的灌入量大于总灌入量的15%，则需进行第三次复灌、第四次复灌……，直至最后一次复灌的灌入量小于总灌入量的15%为止。
3.5 封孔：每次灌浆完成后，将灌浆管拔出，注满比重大于1.5t/m3的浓浆即可。如果浆面下降，则继续注入浓浆，直至浆面升至坝顶不再下降为止。
4 质量控制
4.1 灌浆施工采用分序和“少灌多复”的方法，灌浆次数一般不少于3次。第二次复灌时，孔底注浆实现下劈上不劈，坝顶不出现裂缝，以后每次复灌坝顶裂缝宽度控制不超过2cm。 4.2 每个灌浆孔单次灌浆量一般按照0.6-1.0m3/m进行控制，不允许坝顶冒浆，坝坡有冒浆出现，可在出浆处堆砂反滤。固结度达到90%以上才准复灌。
4.3 相邻两次灌浆的间隔时间一般为5天左右，特殊情况可以间隔时间长些。
4.4 在劈裂灌浆期间，适时对坝体水平位移和坝顶裂缝宽度进行监控，控制最大水平位移不超过2cm，坝顶裂缝宽度最大不超过2cm。
4.5 结合灌浆量控制灌浆压力，第一遍灌浆压力控制在0.15-0.25MPa之间，第二遍控制在0.25-0.4MPa之间，第三遍控制在0.4-0.5MPa之间。
4.6 每次灌浆停灌以后24小时坝顶裂缝回弹比（裂缝回弹量/裂缝张开量）应为1-0.5，当回弹比出现0.5以下时，附近的灌浆孔即可终灌。
5 成果分析
5.1 灌浆压力控制：灌浆压力是保证灌浆质量的关键，灌浆压力过大对大坝的稳定不利，压力过低则会降低灌浆效果，达不到防渗目的。结合灌漿量，随着灌浆次序增加，灌浆压力逐渐增加，注入量逐渐减少。
5.2 水平位移观测：测量方法采用视准线法进行标点位移量的测定。灌浆过程中最大水平位移量为16mm，满足规范要求。
5.3 探槽检查：探槽中心桩号分别为0+105m和0+255m，开挖结果表明：在各探槽内可见厚度比较均匀的、垂直连续的浆体防渗帷幕，厚度6-8mm；由于心墙粘土含石量较高，部分浆体遇石而变向。在原坝体比较松散的部位形成了多道密集浆脉，坝体中的裂隙和洞穴均被泥浆充填密实，浆体与坝体结合紧密。
5.4 注水试验：灌浆结束后进行了注水试验，共布置了7个注水试验孔，最大值为4.56×10-7cm/s，渗透系数均小于1×10-5 cm/s。
5.5 自2011年11月岚山水库完成劈裂灌浆施工，之后坝体裂缝全部停止，坝后的散侵和渗流已经全部干燥，在最高水位下运行，大坝没有异常反应。
6 结语
从灌浆成果资料分析、注水试验以及探槽检查施工情况表明，浆体防渗帷幕已形成，在坝体比较松散的部位能形成多道密集浆脉，坝体中的裂隙和洞穴均被泥浆充填密实，浆体与坝体结合紧密。土坝劈裂灌浆通过浆液与坝体的互压作用和坝体自身的湿化变形，使坝体的小主应力得到补充，改善了坝体内部的应力状态。建立了坝体内新的平衡状态，增加了坝体的稳定性。采用劈裂灌浆技术加固坝体，在技术上是可行的，经济上是合理的。灌浆期间能使坝体内部的孔隙压力、坝体位移量和坝顶裂缝宽度控制在允许范围以内而不危及大坝的安全。
作者简介：
姓名：夏铨波 性别：男 职称：高级工程师 出生年月：1970年8月
关键词 劈裂灌浆 岚山水库 灌浆压力 结束标准
【中图分类号】TV5
1 土坝劈裂灌浆技术
土坝劈裂灌浆技术是我国20世纪80年代初自行研发的一项处理病险土坝的防渗技术，30多年来运用该技术处理加固病险水库上千座，为我国病险堤坝的加固发挥了重要作用。
土坝劈裂灌浆技术是提高坝体防渗能力和改善土坝应力状况的一种加固坝体的技术措施。其技术要点为：1、运用坝体应力分布规律，用一定的灌浆压力将坝体沿轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成垂直的防渗帷幕，并堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力。2、劈裂灌浆的布孔，应按坝段的不同部位分别进行布孔设计。在河槽段，一般沿坝轴线单排布孔；在岸坡段和弯曲段，应适当缩小孔距；如果坝体普遍碾压质量不好时，可双排或3排布孔。3、造孔深度应较隐患部位增加2-3m，防渗帷幕的设计厚度一般可采用15-30cm，应根据土坝的土质、坝高等情况合理确定。4、灌浆允许压力应经计算和现场试验确定。灌浆应采用全孔灌注和分序灌注。5、防渗帷幕的设计容量，可根据不同的土坝、不同的灌浆方法以及浆液中粘粒含量多少提出要求，一般灌浆一年后应为1.4-1.6t/m3。为加速浆液凝固和提高后期强度，可掺入适量速凝材料（如水泥），必要时通过试验确定。
但是劈裂灌浆技术在某些病险坝的设计与施工方面，也出现了一些问题，主要表现在土坝劈裂灌浆处理后效果不持久。少则几年，多则十几年又“旧病复发”，经过进一步调查发现，凡是劈裂灌浆处理之后防渗效果不持久的土坝，大都在设计与施工方面存在以下问题：
（1）设计上某些参数采用不当。如防渗帷幕太薄，排数太少等。
（2）施工工艺上严重违反“少灌多复”的原则。如一次灌浆量过大，而复灌次数少，使得泥浆体两侧的土体没有得到充分的擠压和充填，形不成连续的防渗帷幕。
（3）两次灌浆（复灌）的时间间隔过短。主要是缺乏对泥浆体帷幕排水固结度的观测手段，无法根据泥浆体排水固结的状况来确定复灌的时间间隔，加之有的灌浆施工作业队伍为了节约时间，急于求成，短时间内急于进行下一次复灌或再复灌，造成泥浆体待排水固结的厚度过大，使其长期不能固结硬化。
（4）所用的灌浆材料粘粒含量偏高。通常规范要求浆料的粘粒含量在25%左右，而实际运用中常常达到40%以上。
针对上述问题可采取相应的解决措施。总之，该技术适用于坝高50m以内的均质坝和宽心墙坝。对于坝高50m以上的均质坝和宽心墙坝以及窄心墙坝要经过充分论证后确定。
2 工程概况
岚山水库位于河北省邢台市境内，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水等综合利用的中型水库。1969年兴建，1970年建成。大坝为粘土心墙坝，最大坝高35m，坝顶长350m，坝顶宽7m。心墙填料中砾石、块石等含量较高。
由于坝体填筑质量欠佳，压实度不够，竣工后1974-1975年坝体连续出现多条裂缝，有的纵向裂缝长70m，缝宽5-8cm。坝后坡出现大面积散侵，高度达一半坝高以上，局部出现明流。坝顶、坝坡发生大量沉陷变形和塌坑，从竣工至灌浆处理前，大坝最大沉陷量达95cm。经过对原坝体的应变应力进行有限元计算分析表明，坝顶大部分均纵向拉裂，产生横向裂缝，河槽段坝顶局部纵向受拉，坝体下部受剪切破坏。心墙渗透系数均大于1×10-5cm/s。为解决该坝的渗透稳定和变形稳定问题，决定采用劈裂灌浆工法进行加固处理。劈裂灌浆处理范围0+050-0+350m。灌浆孔布置在坝顶心墙轴线上、下游两侧，为双排孔布置，排距1.0m，孔距3.0m；灌浆分两序施工。劈裂灌浆施工自2011年8月16日开始至2011年11月15日结束，历时92日历天；累计完成钻孔202个，完成总进尺7575m，完成灌浆量3787.5m3，形成防渗面积11250m2。
3 劈裂灌浆施工
3.1 泥浆制备：灌浆材料采用水泥粘土浆液，即在粘土中掺加15%的水泥，混合搅拌而成。库区有粘粒含量高、质量较好的粘土，制浆材料可以就地取材，节约成本。泥浆搅拌采用WJ-100型高速搅拌机搅拌，三级筛网过滤，连续制浆，连续供浆。灌浆时浆液比重控制在1.35-1.5之间，浆液粘度控制在20-30秒。
3.2 钻孔：钻孔孔径为600mm，孔深至基岩。采用XY-2型回转转机钻孔，采用优质膨润土泥浆护壁，自上而下一次成孔，分两序施工。由于坝体砾石、块石等含量较高，总体功效不是很高，钻灌功效为初灌1.6m/h，第一次复灌2.0m/h，第二次复灌2.6m/h。
3.3 灌浆：灌浆方法采用孔口封闭、分段灌浆。分段长度按5-10m控制，灌浆管距离每段段底0.5m以上。浆料土粘粒含量26%，粉粒含量50%，其余为中细砂，浆液密度14-1.6g/cm3。
3.4 灌浆结束标准：灌浆采用初灌一次，复灌两次的方案。如果复灌两次的灌入量大于总灌入量的15%，则需进行第三次复灌、第四次复灌……，直至最后一次复灌的灌入量小于总灌入量的15%为止。
3.5 封孔：每次灌浆完成后，将灌浆管拔出，注满比重大于1.5t/m3的浓浆即可。如果浆面下降，则继续注入浓浆，直至浆面升至坝顶不再下降为止。
4 质量控制
4.1 灌浆施工采用分序和“少灌多复”的方法，灌浆次数一般不少于3次。第二次复灌时，孔底注浆实现下劈上不劈，坝顶不出现裂缝，以后每次复灌坝顶裂缝宽度控制不超过2cm。 4.2 每个灌浆孔单次灌浆量一般按照0.6-1.0m3/m进行控制，不允许坝顶冒浆，坝坡有冒浆出现，可在出浆处堆砂反滤。固结度达到90%以上才准复灌。
4.3 相邻两次灌浆的间隔时间一般为5天左右，特殊情况可以间隔时间长些。
4.4 在劈裂灌浆期间，适时对坝体水平位移和坝顶裂缝宽度进行监控，控制最大水平位移不超过2cm，坝顶裂缝宽度最大不超过2cm。
4.5 结合灌浆量控制灌浆压力，第一遍灌浆压力控制在0.15-0.25MPa之间，第二遍控制在0.25-0.4MPa之间，第三遍控制在0.4-0.5MPa之间。
4.6 每次灌浆停灌以后24小时坝顶裂缝回弹比（裂缝回弹量/裂缝张开量）应为1-0.5，当回弹比出现0.5以下时，附近的灌浆孔即可终灌。
5 成果分析
5.1 灌浆压力控制：灌浆压力是保证灌浆质量的关键，灌浆压力过大对大坝的稳定不利，压力过低则会降低灌浆效果，达不到防渗目的。结合灌漿量，随着灌浆次序增加，灌浆压力逐渐增加，注入量逐渐减少。
5.2 水平位移观测：测量方法采用视准线法进行标点位移量的测定。灌浆过程中最大水平位移量为16mm，满足规范要求。
5.3 探槽检查：探槽中心桩号分别为0+105m和0+255m，开挖结果表明：在各探槽内可见厚度比较均匀的、垂直连续的浆体防渗帷幕，厚度6-8mm；由于心墙粘土含石量较高，部分浆体遇石而变向。在原坝体比较松散的部位形成了多道密集浆脉，坝体中的裂隙和洞穴均被泥浆充填密实，浆体与坝体结合紧密。
5.4 注水试验：灌浆结束后进行了注水试验，共布置了7个注水试验孔，最大值为4.56×10-7cm/s，渗透系数均小于1×10-5 cm/s。
5.5 自2011年11月岚山水库完成劈裂灌浆施工，之后坝体裂缝全部停止，坝后的散侵和渗流已经全部干燥，在最高水位下运行，大坝没有异常反应。
6 结语
从灌浆成果资料分析、注水试验以及探槽检查施工情况表明，浆体防渗帷幕已形成，在坝体比较松散的部位能形成多道密集浆脉，坝体中的裂隙和洞穴均被泥浆充填密实，浆体与坝体结合紧密。土坝劈裂灌浆通过浆液与坝体的互压作用和坝体自身的湿化变形，使坝体的小主应力得到补充，改善了坝体内部的应力状态。建立了坝体内新的平衡状态，增加了坝体的稳定性。采用劈裂灌浆技术加固坝体，在技术上是可行的，经济上是合理的。灌浆期间能使坝体内部的孔隙压力、坝体位移量和坝顶裂缝宽度控制在允许范围以内而不危及大坝的安全。
作者简介：
姓名：夏铨波 性别：男 职称：高级工程师 出生年月：1970年8月