药物充填灌浆在大坝裂缝及白蚁治理中的应用

药物充填灌浆在大坝裂缝及白蚁治理中的应用

□李娜1包明臣2刘长垠3

（1南阳市水利建筑勘测设计院；2河南中达置业集团有限公司；3河南省水利宣传中心）

摘要：刘山水库大坝裂缝及存在白蚁的险情，严重影响大坝工程安全，直接威胁着下游所保护的重要设施及百姓生命安全。采用药物充填灌浆，孔口封闭，全孔灌注法，对坝体裂缝及白蚁进行处理。在灌浆压力的作用下，浆液不仅沿着裂缝流动，而且会沿着裂缝两侧某些小主应力不足的地方渗透进去，且产生互相交错的细小裂缝，使浆液和坝体胶结紧密，从而达到处理坝坡裂缝的目的。另一方面，浆液中加入的毒杀白蚁专用药剂，不仅可以灭杀蚁道和巢腔内的白蚁，还可以毒化坝体土壤，防止白蚁孳生筑巢。在汛期来临之际，采用药物充填灌浆的方案，施工工期短，对大坝综合利用的干扰少；即能保证大坝安全度汛，对裂缝治理效果好同时能兼顾白蚁治理。但药物灌浆在灌浆施工过程中应采取相应的防范措施，设立醒目的警示标志，避免造成施工过程中人员中毒事件的发生，同时防止污染水源。目前，工程完工后已度过两个汛期，治理效果良好。

关键词：药物；充填灌浆；大坝裂缝；白蚁治理

1 大坝工程概况

刘山水库位于邓州市彭桥乡境内，是长江流域唐白河水系排子河支流冢子河上游一座中型水库，控制流域面积22.30 km2，坝址以上干流长度7.50 km。是一座以防洪灌溉为主的中型水库，工程等别为三等，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。水库设计洪水标准为50 a一遇，校核洪水标准为1 000 a一遇。

水库大坝系均质土坝。坝顶高程为170.80 m，坝顶长520 m，宽4.50 m，上游为干砌块石护坡自上而下坡比1∶2、1∶2.50，变坡点高程168 m；下游为草皮护坡边坡自上而下坡比1∶2、1∶3.16，坝坡在高程167.20 m处设有3.40 m宽戗台一道。主河槽段坝体设有棱体排水，棱体排水顶部高程为156.50 m，排水体顶宽1.10 m，上游边坡1∶1.50,下游边坡1∶1.50,底部高程154.30 m。

2 工程地质

工程区位于垄岗状地貌单元上，地形西高东低，地面高程123.30～145.10 m，岗垄两侧的坡度为5～20°，坡度较缓。坝体填筑材料为粉质粘土，褐黄、棕红色，硬-坚硬，以粉粘粒为主，含铁锰质结核及灰白色泥质斑点，切面光滑细腻，裂隙发育，具弱膨胀性，由于膨胀土含有较多的蒙脱石、伊利石强亲水性粘土矿物，具有吸水量大、高塑性、快速崩解性、以及剧烈的膨胀性与收缩性等特征。

3 大坝裂缝及白蚁情况

3.1 大坝裂缝及成因分析

3.1.1 裂缝基本情况

2014年5月13日，在刘山水库管理所发现坝体存在裂缝，开挖后发现坝体存在纵向裂缝2条，横向裂缝3条，裂缝从高程163.80 m开始向下延伸，缝长约2 m左右，2.70～2.90 m深度处裂缝基本消失。缝宽1～3 cm，缝间距50～80 cm。裂缝无充填，连通性好，裂缝处土体呈硬塑状态，裂缝倾角80～90°，裂面粗糙。

5月17日，为了进一步探明大坝裂缝情况，查明大坝产生裂缝原因，在桩号0+280、0+360，高程167.20 m处又分别开挖两个探坑。开挖后发现两处坝体均存在纵、横向裂缝多条，裂缝情况同桩号0+246处坝体基本相同。

3.1.2 裂缝处坝体物理力学指标

根据坑探取样，土体含水量范围值18.47%～23.40%，干密度范围值1.46～1.58 g/cm3，平均值15.04×10-1g/cm3，坝体质量较差，坝体自由膨胀率为53%～59%，平均值55.90%，属弱膨胀土。线缩率：横向4.19%～7.44%，竖向3.90%～6.80%，收缩系数0.27～0.46，平均值0.34。

3.1.3 裂缝成因分析

①根据历史资料，在1975年8月8日洪水中，大坝背水坡主河槽段及台地段两处发生滑坡，主要原因是大坝碾压不实，填筑质量差，滑坡后处理不彻底，坝体填筑质量仍然较差。②2007年，对水库进行了除险加固，在坝轴线部位设置了一排连续的相互搭接水泥土搅拌桩，桩底深入到坝基粉质粘土中，使大坝浸润线高程降低，又加上近期降雨较少，现状大坝浸润线管水位163.14 m，坝体土液性指数在-0.09～-0.03之间，土体呈坚硬状态，且属弱膨胀土，在大坝浸润线以上，随着含水量降低，土体收缩，坝体形成了网格状裂缝，由胀缩效应引起的张力应变形成的陡倾角裂隙，裂面粗糙，裂缝深度多在3 m范围内。

3.2 大坝白蚁

白蚁对大坝的本质性威胁是它们在大坝内构筑巨大的蚁巢（直径可达1 m以上）和数量众多的副巢及四通八达的蚁道。蚁巢一般修筑在坝背水坡距坝面2 m以下、常水位浸润线以上。白蚁除在背水坡以植物根茎为食外，还会通过地下蚁道，穿过土坝到迎水坡取食枯枝落叶和浪渣。当汛期水位上升时，水流便有可能进入隐藏在土坝内的蚁道和巢腔内，造成散浸、管涌、沉陷、滑坡等重大险情，严重的直至酿成垮坝的灾难。

2013年4-5月，在刘山水库溢洪道左岸高程170 m，桩号0+019、0+046、0+083处先后发现白蚁三窝。2014年3月初，在距大坝下游坡脚165 m左右发现白蚁一窝，4月中旬在输水干渠0+330桩号处、5月15日在桩号0+315处大坝背水坡靠近坡脚处又陆续发现白蚁巢穴各一处。

4 充填灌浆设计

4.1 灌浆孔布置

在高程167.20 m至高程160.46 m之间大坝背水坡上，沿平行于坝轴线方向进行药物充填灌浆，受资金限制，灌浆范围确定为1975年8月发生滑坡段桩号0+235～0+295、0+315～0+ 385。共设灌浆孔17排，每排间距1.50 m。灌浆分两序施工,一序孔间距4 m，二序孔间距4 m，终孔间距2 m。根据裂缝情况及白蚁筑巢特点，灌浆向下深入坝体内4～3 m。在每排灌浆轴线上布置检查孔，检查孔设于一序孔旁，孔距12 m。

4.2 灌浆设计压力值确定原则

灌浆设计压力值以不使坝体产生过大的变形。一般灌浆管上端孔口压力应〈50 kPa，在保证坝体安全的前提下，通过试验确定。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5%。灌浆时应加强观测，对照坝体变形，合理控制灌浆压力。

4.3 灌浆施工

施工机械及灌浆材料：灌浆采用水泥粘土浆，水泥掺入量为15%，水泥为42.50MPa普通硅酸盐水泥，细度要求通过7.50×10-2mm方孔标准筛的筛余量≤2%；土料符合以下要求：选择具有失水性快，体积收缩小的中等粘土料，粘粒含量20%～45%，粉粒含量40%～70%，塑性指数10%～25%，有机质含量＜2%。结合治理白蚁在制浆时加入毒杀白蚁的专用药剂，泥浆含药量应〉0.20 kg/m3。

灌浆钻孔及分段：工程属浅孔灌浆，通常不用下套管，也可不分段。灌浆孔孔位偏差≤10 cm，钻孔偏斜率≤2%。宜采用干法成孔，灌浆孔孔径宜为50～76 mm。灌浆开始先用稀浆，经过3-5 min后再加大泥浆稠度，浆液的容重应按技术要求控制。灌浆中应对第一序孔轮灌，第一序孔结束后，灌第二序孔，采用少灌多复的方法。每孔灌浆次数应通过试验确定，一般5～10次，且两次灌浆间隔时间≥5 d。

灌浆结束：当浆液升至灌浆孔孔口时，经连续复灌3次不再吃浆时，即可终止灌浆。灌浆结束后对坝体与山坡结合部隔离治理。在距坝体2 m外山坡处开挖宽0.70 m、深0.80 m隔离槽。开挖好先对隔离槽内壁喷洒浓度0.20%的药物，后用0.20%毒粘土回填夯实。最后对距坝体200 m范围地面喷洒0.20%药液。（在施工过程中若遇钻杆掉孔现象，说明此处有蚁巢，须挖开蚁巢，喷打浓度为0.20%的药物，碾压夯实，然后在此巢周围加密治理。）

封孔方法：每孔灌完后，待灌浆孔周围泥浆不再流动时，将孔内浆液取出，扫孔到底，分层填入直径2～3 cm的干粘土泥球，每层厚度0.50 m，然后捣实。或向孔内灌注容重为16 kN/m3的稠浆至密实为止。

特殊情况的处理：灌浆过程中出现冒浆，应立即停止灌浆，查明冒浆原因，采取相应的处理方法。例如：在第六排一序孔5#孔灌浆时，出现冒浆现象，经检查发现此处坝坡有一处小生物洞穴，根据现场实际情况，先在冒浆洞口压砂封堵后，再继续灌浆，并加强观察。灌浆初期出现串浆，如对坝体安全无影响，可堵塞串浆孔，然后继续灌浆。灌浆后期相邻孔串浆，可减少1次灌浆量。

质量检查：分为中间检查和最终检查，中间检查内容包括按设计要求检查布孔，造孔，工艺流程，浆液性能，综合控制情况，各孔终止灌浆达到的标准，灌浆中出现的问题及处理情况；最终检查对资料进行分析，对灌浆孔进行观测，同时灌浆结束1 a以后，配合钻孔，探井取样测定。检查标准为注水试验k＜1×10-5cm/s。因浆液中含有毒杀白蚁的专用药剂，在灌浆施工过程中应采取相应的防范措施，避免造成施工过程中人员中毒事件的发生，防止污染水源。

中图分类号：TV6973

文献标识码：B

文章编号：1673-8853（2017）06-0060-02

收稿日期：2017-4-21

编辑：刘长垠

作者简介：李娜（1976-），女，工程师，主要从事水利工程规划设计。