广东省水利电力勘测设计研究院510635
摘要：本文介绍了某水库除险加固工程坝体充填灌浆的实施过程，全方位展示了生产性试验、施工准备、施工过程控制、施工质量检验等主要施工环节的实施要点，对类似工程施工具有一定参考价值。
关键词：土坝充填关键施工
Keywords:earthdamFillinggroutingconstruction
1、概述
公平水库始建于1959年10月25日，竣工于1960年2月10日，历时百天，依靠人工填筑而成。水库建成以后经历多次扩建与加固，1988年加固后形成现有工程规模。水库大坝包括主坝、副坝Ⅰ、副坝Ⅱ、副坝Ⅲ。其中1）副坝Ⅱ坝长650m，设计坝顶高程20.5m，坝顶宽6m，最大坝高约6m；2）副坝Ⅲ坝长1183m，设计坝顶高程20.5m。
地质勘察显示，主坝Z1+700~Z2+300、副坝Ⅱ、副坝Ⅲ旧坝体部分坝段填筑施工时碾压质量较差，存在着压实度偏低、渗透系数偏大、有白蚁洞穴等缺陷，针对上述情况，采用黏土充填灌浆方法，以消除坝体隐患。
根据设计要求，充填灌浆材料采用粘土浆，灌浆孔距为2m，灌浆底部深入坝基2m，大样图如下。
2施工准备
2.1灌浆工程量及设备数量确定
土坝坝体灌浆，一般应在水库低水位期进行，以加速泥浆固结，保证土坝安全。根据水库水位特点，灌浆施工宜在5~9月进行。根据设计图纸，初步计算坝体充填灌浆工程量约16000米，可施工工期按4个月考虑，则每天需完成约100米钻孔及灌浆施工，考虑机械利用效率及天气影响，按每天完成120米计算设备数量。根据经验，土坝钻孔及灌浆按40米每天每套（一台钻机，一台灌浆泵）计，则共需投入三台套钻孔灌浆设备，具体设备配置如下：
1）地质钻机（150A型）功率11KW：3台；
2）泥浆泵（BW-120）功率14KW：3台；
3）双层制浆桶（2×0．2m3）功率7.5KW：3个；
）灌浆泵（SGB-10）功率11KW：3台；
5）搅拌机（JB-300）功率14KW：3台；
6）测斜仪（KKP-1型）：1部；
7）泥浆池：1*1*1m移动式浆液池。
2.2浆液试验
2.2.1配合比试验
为确保灌浆浆液质量，必须在施工前选定合适土料料源并确定相应配合比，具体如下：
(1)制浆土料：根据设计文件要求，制浆土料应采用含粘粒25％～45％，粉粒45％～65％，细沙10％的重壤土和粉质粘土，实施前，先在设计指定土料场有代表性选择土样进行天然密实度、颗粒分析、有机质含量及可容盐含量等检验，确定土料符合设计文件要求。
(2)浆液配合比试验：根据设计文件要求，浆液浓稀控制以水土比1:0.75~1:1.25，泥浆容重为1.25g／cm2～1.5g／cm2为宜，据此，根据既定土料，通过室内试验，得出浆液配合比如下表：
以上物理力学性能指标试验原理和设备简单，均可购买相应试验装置在工地试验室自行测定，经试验验证，浆液性能符合要求。
2.2.2现场灌浆试验
为验证灌浆实际操作效果同时完善和熟练灌浆工艺，在全面施工前选有代表性坝段，按灌浆设计进行布孔、造孔、制浆、灌浆，以观测灌浆压力、吃浆量及泥浆容量、坝体位移和裂缝等。
通过查看地质附图，充填灌浆坝段涉及四种地层类型，自上而下分别是：人工填土、粉质黏土、含砾粉质粘土、黑云母花岗岩，黑云母花岗岩为坝基，则实际设计要求充填灌浆应进入黑云母花岗岩2米。结合设计充填灌浆要求，FII0+240~FII0+300坝段涵盖所有地层类型，具有代表性，选定为试验段。
根据项目划分，充填灌浆10个孔为一个单元，试验段涉及三个单元工程，选择每个单元上游侧的第一个I序孔做为试验孔，试验结束后，检查泥墙厚度、密度、连续性、均匀性等，并将检查成果提交监理人，根据试验结果编制充填灌浆实施方案报监理审批后进入正常施工。
3、施工过程及施工质量控制
3.1施工布置
为保证充填灌浆施工有序进行，施工前先根据工程特点制定合理的施工布置方案，要点如下：
（1）施工前完成供水、供电及施工相关材料的施工准备工作；施工用水在水库就近取用，生产用电安装至施工部位；
（2）相关施工设备材料：地质钻机、浆液搅拌机及灌浆配套设备和相关器材安置在施工现场；
（3）充填粘土灌浆在新坝顶施工平台上进行。在施工平台下游侧布置制浆站,提供灌浆施工用浆，连续供浆能力为100L/min。
3.2超前钻钻孔
充填灌浆底部高程的控制要点是确定实际坝基线位置，尽管初设阶段已进行地质勘察，但为确保充填灌浆底线满足‘深入坝基以下2m’的设计要求，施工前通过超前钻钻孔对地质情况进行复核。
结合项目划分，每10个孔（即20m坝段为一个单元工程），原地质钻孔间距为约240m，综合考虑项目划分及初设地质钻孔情况，确定每三个单元（即60m坝段）选定第一个单元的I序孔为超前钻钻孔，要求钻孔过程中取出完整芯样供各方复核，以确定该坝段灌浆底线高程。
3.3施工工艺流程
安装钻机→核对孔位→启动钻机（泥浆固壁、套管跟进）→钻至设计孔深→清孔→下灌浆导管→下止浆套管→灌浆（轮、复灌）→封孔。
3.4施工要点
在灌浆前，对参加灌浆的人员进行技术培训，要求主要技术人员全面了解灌浆设计和掌握施工技术规范，主要施工要点如下：
（1）根据设计文件，工程中充填灌浆设置2排孔，排距2m；分两序进行施工，造孔按序进行，分序施工。先施工上游排孔，后施工下游孔；先施工一序孔，后施工二序孔。造孔应保证铅直，偏斜不得大于孔深的2％，用干法造孔，不得用清水循环钻进[1]。
（2）本工程孔深在10m以内，根据规范可采用由下至上一次性灌注法。
（4）灌浆开始先用1:0.8左右稀浆，经过3～5min后再加大泥浆稠度。若孔口压力下降和注浆管出现负压（压力表读数为0以下），应再加大浆液稠度[1]。浆液的容重控制在设计要求范围内。
（5）灌浆压力按不大于0.2MPa控制，以孔口不冒浆为宜。施灌时灌浆压力应逐步由小到大，不得突然增加；灌浆过程中，应维持压力稳定，波动范围不得超过10%；浆液配比根据灌浆试验结果依据灌浆浓度需求适时调整。
（6）在灌浆中，应先对第一序孔轮灌，采用“少灌多复”的方法。待第一序孔灌浆结束后，再进行第二序孔，本工程灌注按不少于5次/m、每次平均灌浆量不少于0.5m3控制。
（7）结束标准：当浆液升至孔口，经连续复灌3次不再吃浆时，即可终止灌浆[1]；
（8）充填灌浆应尽量避免坝顶出现裂缝，当坝顶出现裂缝时应立即停灌。
（9充填式灌浆封孔。当每孔灌完后，待孔周围泥浆不再流动时，将孔内浆液取出，扫孔到底，用直径2～3cm、含水量适中的粘土球分层回填捣实。均质土坝可向孔内灌注稠浆或用含水量适中的制浆土料捣实[1]。
3.5、充填灌浆质量控制要点
（1）充填灌浆作业前，应检查孔位的现场放样成果，钻孔位置确认无误后，应在每次钻孔完成后，由监理人到场对深度及垂直度进行检验，合格后方可进行插管灌浆；灌浆过程中应严控每次插管深度。
（2）土料是土坝坝体灌浆的主要材料，应确保土料供应的连续和质量稳定性，在实施过程中应通过自检复核土料质量。
（3）严格按浆液试验进行浆液配合比控制，过程中应至少每隔10分钟测量泥浆比重，确保泥浆浆液比重符合要求。
（4）安排专人对灌浆全过程进行记录，记录以米为单位，记录数据应能真实反映灌浆量、灌浆压力、浆液容重等过程数据真实反映。
（5）做好各种记录资料并及时整理上报。
3.6灌浆出现问题的处理
（1）坝顶和坝坡冒浆，应立即停灌，挖开冒浆出口，用粘性土料回填夯实。钻孔周围冒浆，可采用压砂处理，而后再继续灌浆。
（2）白蚁洞冒浆，应先在冒浆口压砂堵塞洞口，在泥浆中掺入万分之一灭蚁灵后继续灌浆。
（3）当第一序孔灌浆时，发现相邻孔串浆，应加强观测、分析，如确认对坝体安全无影响，灌浆孔和串浆孔可同时灌注，如不宜同时灌注，可用木塞堵住串浆孔，然后继续灌浆；当灌浆后期，相邻孔串浆，说明已形成连续的泥墙，可减少1次灌浆量。
（4）如浆液串入测压管或浸润线管，在灌浆结束后，再补设测压管或浸润线管。
（5）若发生塌坑，应在塌坑部位挖出部分泥浆，回填粘性土料，分层夯实。
（6）发现坝坡隆起时，应立即停灌，分析原因。如确认不是与滑坡有关的隆起，待停灌5～10d后可继续灌浆，并注意监测。
4灌浆质量检查及灌浆效果
4.1灌浆质量检查
充填灌浆施工结束后，主要对充填灌浆泥墙充填的有效范围、密度、连续性、均匀性及坝面裂缝、浸润线出逸点、渗流量变化情况等。
泥墙充填有效范围、连续性、均匀性通过挖及钻孔抽芯确定，考虑坝体安全，应在充填灌浆完成后1年进行；浸润线出逸点通过灌浆后对实际逸出点和未灌浆前逸出点的对比确定；渗流量变化通过对比坝后渗流量监测设施数据确定；坝面裂缝通过灌浆过程中对测量点的横向、纵向测量数据对比确定。
4.2灌浆效果
（1）下游坝体原靠近坝脚处的逸出点消失，灌浆坝体50m范围内未发现新出逸点。
（2）通过坝后监测设备渗流量数据对比得知该坝段灌浆加固后坝体总渗漏量明显减少。
（3）一年后对灌浆局部坝段开挖约5米左右墙身进行检查，可见灌浆部位纵向存在连续、完整的泥墙。
（4）对灌浆部位进行抽芯（共三组），抽取芯样经过土工试验，确定其密度、连续性、均匀性符合设计要求。
总体而言，充填灌浆达到了设计预期。
5结论
通过本次灌浆施工过程控制及效果检验，再次证明了在严格按设计文件及规程规范操作的基础上进行的黏土灌浆对解决病险土坝坝体空洞、疏松等问题能起到良好的效果，通过总结，关于此类施工，笔者得出以下结论，供同类施工借鉴：
（1）鉴于充填灌浆施工各参数直接取决于当地原材（土料）、施工环境（坝体特点）等因素，因此，实施方应高度重视生产性试验，通过试验确定各种参数，并根据试验结论对施工可能出现的情况进行分析，形成最终的施工方案。
（2）为确保灌浆部位尽早固结，应尽量确保在浸润线以上灌注，因此，施工务必选择在枯水期水位较低时进行。
（3）病险水库大多坝体疏松，灌浆过程中浆液从坝体逸出的可能性较大，在灌浆过程中应安排专人对坝体进行巡视，重点关注原坝体的薄弱环节，一旦发现浆液逸出现象，应尽快采取对应措施，保证坝体安全。
（4）为验证灌浆效果，灌浆施工宜在相关安全监测设施具备使用条件后进行，施工前应对渗流量等进行记录，实施后再进行对比。
（5）充填灌浆施工实施部位隐蔽，事后质量检测手段相对较少，因此，参建各方应对实施全过程进行严密监控，确保施工按各方认可的方案进行。
参考文献：
[1]《土坝灌浆技术规范》SL564-2014中华人民共和国水利部发布