劈裂灌漿技術(shù)應用過程控制要點分析

王彧杲

(長春水利電力學校， 長春130062)

【摘要】劈裂灌漿技術(shù)具有設備簡單、用料來源廣泛、技術(shù)操作方便、投資小和施工快等特點，在我國堤壩工程防滲加固中被廣泛應用。本文在分析劈裂灌漿機理的基礎(chǔ)上，對劈裂灌漿技術(shù)的指標選擇、施工程序、質(zhì)量控制要點進行了論述，并對其在堤壩工程防滲加固中的應用前景進行了分析，供類似工程參考。

【關(guān)鍵詞】劈裂灌漿技術(shù)； 應用； 要點分析

中圖分類號：TV543文獻標志碼： A

Analysis of Control Keys During Application Process of Fracture

Grouting Technique

WANG Yu-gao

(ChangchunWaterConservancyandElectricPowerSchool,Changchun130062,China)

Abstract：Fracture grouting technology is characterized by simple equipment, wide material sources, convenient technical operation, low investment, quick construction, etc. It is widely applied for dam project anti-seepage reinforcement in China. In the paper, fracture grouting mechanism is analyzed. On the basis, fracture grouting technique indicator selection, construction procedures and quality control keys are discussed, and application prospect thereof in dam project anti-seepage reinforcement is analyzed, thereby providing reference for similar projects.

Keywords：fracture grouting technique; application; key analysis

劈裂灌漿技術(shù)作為堤壩工程加固中的一項重要技術(shù)措施，發(fā)展于20世紀70年代中期。目前，在國內(nèi)上千座水庫土壩壩體及上萬處堤防工程防滲加固中大量實施了該項技術(shù)，尤其在中小型病險水庫大壩除險加固工程建設中使用較多，均收到了良好效果。

1劈裂灌漿技術(shù)機理

堤壩工程土體內(nèi)存在的應力分布于三個方向，為三維坐標關(guān)系。假定堤壩工程為均質(zhì)，根據(jù)土力學原理，則在堤壩工程垂直于軸線橫斷面處存在3個主應力方向σ1、σ2和σ3，其中σ1位于水平面內(nèi)平行堤壩工程軸線方向，σ2位于水平面內(nèi)垂直于堤壩工程軸線方向，σ3垂直于水平面方向。詳見圖1。

圖1　堤壩橫斷面應力

堤壩內(nèi)最大主應力是垂直水平面方向的應力σ3，其應力大小等于或接近土體自重。由于堤壩橫斷面方向長度遠，較軸線方向長度短，沿軸線方向可視為無限長，因此，σ2比σ1要大得多，通常情況下，σ3>σ2>σ1。劈裂灌漿時，泥漿在壓力及自重作用下，壓灌漿體會沿著最薄弱的方向進展，當原土壩體內(nèi)有洞穴或裂縫時，首先是充滿洞穴或裂縫。當土體比較均勻時，先克服主應力σ1，沿平行于堤壩軸線方向的應力面劈開土體；尤其是當鄰近鉆孔形成時，應力σ1會突然減弱，迅速劈開土體形成縱向裂縫，為灌漿打開通道。當帶有壓力的防滲泥漿進入堤壩后，不是均勻地滲入到錐孔周圍土體中，而是沿著已經(jīng)打開的裂縫通道，以漿脈的形式延伸，堵塞漏洞、裂縫或切斷軟弱層，形成一道垂直于水平面、平行于軸線鉛直連續(xù)的防滲泥墻。由此，堤壩工程內(nèi)部整體防滲墻也就成型了。

劈裂灌漿技術(shù)不僅可以提高堤壩工程體的防滲能力，同時，通過灌漿與堤壩工程體互壓和濕陷，使堤壩工程體內(nèi)部應力重新分布，堤壩工程實體結(jié)構(gòu)更加密實，進一步提高了堤壩工程體變形穩(wěn)定性。

2劈裂灌漿技術(shù)適用條件

劈裂式灌漿技術(shù)在我國雖有多年的應用歷史，但并不是所有土石堤壩工程均適合應用。劈裂式灌漿技術(shù)的應用條件為：?堤壩運用時間久遠且工程質(zhì)量明顯普遍下降；?堤壩工程外部發(fā)現(xiàn)有裂縫、塌陷現(xiàn)象；?堤壩工程浸潤線逸出點過高、背水坡出現(xiàn)大面積濕潤，有明顯滲漏跡象；?堤壩工程內(nèi)部存在其他較多影響工程安全的隱患。當?shù)虊喂こ贪l(fā)生上述情況之一時，可考慮采用劈裂式灌漿技術(shù)，對堤壩工程進行除險加固。

劈裂灌漿技術(shù)在水庫大壩應用時，應按主壩、副壩的直線段、彎曲段的不同情況分別實施；在堤防工程應用時，應按河槽段、岸坡段、彎曲段和其他特殊堤段的不同情況分別進行實施。最終確保工程防滲效果最佳。

3劈裂灌漿指標選擇

3.1孔距

劈裂灌漿技術(shù)的實施，是通過在堤壩工程軸線方向鉆入鉛直孔，灌入防滲漿液達到防滲目的。因此，灌漿孔距是決定工程防滲效果的首要因素。

在堤壩工程的河槽段、岸坡段及彎曲段中，河槽段是整個堤壩工程的薄弱環(huán)節(jié)，也是堤壩工程劈裂灌漿設計的重中之重。河槽段劈裂灌漿孔距設計原則是：沿堤壩軸線(或稍偏上游)單排布孔(詳見圖2)。如果堤壩體普遍碾壓不好時，可雙排(或三排)布孔。當設計孔深大于15m時，終孔距離可按10m左右實施；當孔深小于15m時，終孔距離可按5m左右實施。特殊堤壩工程，其孔距也可根據(jù)實際情況，通過灌漿試驗確定。在岸坡段、彎曲壩段布孔，應適當縮小孔距。

圖2　劈裂灌漿孔位

3.2孔深

在堤壩工程安全隱患勘探資料真實的基礎(chǔ)上，根據(jù)堤壩工程體內(nèi)隱患深度，決定主、副孔的造孔深度。正常情況下，主孔造孔深度應大于隱患深度2～3m，或深入基巖；副孔根據(jù)主孔決定造孔深度，如副排孔處無隱患，副孔孔深約為相應主排孔深的1/3。

3.3孔徑

防滲泥墻厚度決定造孔直徑，而防滲泥墻厚度則根據(jù)堤壩工程土質(zhì)、碾壓質(zhì)量、隱患性質(zhì)和高度等情況合理確定。一般情況下，設計厚度可采用5～20cm。當?shù)虊喂こ腆w(或心墻)的滲透系數(shù)大于或等于10-4cm/s，或堤壩工程體存在上、下游貫通的水平砂層時，應專門計算泥墻的厚度，并進行滲透破壞驗算和專門試驗研究，確定適合堤壩工程實際情況的防滲泥墻厚度。

3.4漿液干容重

堤壩工程劈裂灌漿設計干容重，與堤壩工程劈裂灌漿方法和漿液中黏粒含量的多少有關(guān)，正常情況下，針對重粉質(zhì)壤土和粉質(zhì)壤土堤壩工程，按照實施灌漿1年后干容重為1.40～1.60t/m3時的設計灌漿濃度，或根據(jù)實地條件進行現(xiàn)場試驗，確定漿液干容重。

3.5外加劑

堤壩工程實施劈裂灌漿技術(shù)，其漿液可根據(jù)不同的目的選擇不同的外加劑。為提高泥漿的流動性，可摻入占干土重0.5%～1.0%含量的水玻璃；為加速漿液凝固并提高后期強度，可摻入15%左右的水泥；為提高泥漿的穩(wěn)定性和泥漿的后期強度，可摻入適量膨潤土；為消滅堤壩工程中的白蟻，在不污染水源的情況下，可在漿液中摻入少量滅蟻藥物。上述外加劑的最佳用量可通過試驗確定。

4施工前準備

4.1準備劈裂灌漿設備及土料

按照堤壩劈裂灌漿施工要求，準備造孔機、泥漿泵、拌漿機、攪灌機、水泵及配套柴油電動機組、運土設備、輸漿膠管、插管、壓力表等堤壩劈裂灌漿設施設備；按照設計的土料性質(zhì)選擇土料，土料場儲量應大于需要量的2～4倍。

4.2劈裂灌漿試驗

為確保堤壩工程劈裂灌漿順利實施，施工前，首先根據(jù)工程設計成果，進行堤壩劈裂灌漿試驗。試驗時，對制漿、造孔、泥漿容量、灌漿壓力等做好記錄，對試驗的數(shù)據(jù)資料進行詳細分析和總結(jié)，進一步核實、修改設計參數(shù)，為確保施工質(zhì)量做好準備工作。

5劈裂灌漿施工

5.1施工流程

堤壩工程劈裂灌漿施工流程大體可分為平整場地、布孔、造孔、制漿、灌漿、封孔、頂面處理等工序，其施工流程見右圖3。

5.2造孔

為防止堤壩工程劈裂灌漿時，在灌漿孔口處出現(xiàn)裂縫或者發(fā)生冒漿現(xiàn)象，首先在堤壩工程頂部，沿著堤壩工程軸線挖1條寬0.70m、深1.50m的溝槽，填入黏

圖3　劈裂灌漿工程流程

土夯實，構(gòu)成阻漿蓋；其次，在孔口位置埋入1根長2m，直徑為101mm的鋼制孔口管，鉆孔要深入到積土層，鉆孔直徑為85mm，孔偏斜小于孔深的3%；最后，選用符合設計標準型號的鉆機鉆孔，使用少量泥漿固壁造孔，并記錄鉆孔詳細過程。

5.3制作泥漿

劈裂灌漿主要是利用泥漿在堤壩體中固結(jié)硬化后形成的帷幕進行防滲，因此，泥漿在壩體內(nèi)能否固結(jié)硬化，是堤壩工程劈裂灌漿施工中最關(guān)鍵的問題。

影響劈裂灌漿漿液流動、固結(jié)的因素十分復雜，漿液固結(jié)速率和效果不但與壩體土質(zhì)、施工質(zhì)量、壩體應力狀態(tài)、漿體土料性質(zhì)、漿體厚度等因素有關(guān)，而且還受堤壩前水位、施工工藝的影響。因此，在進行漿液的配置時，要充分考慮到漿液具有可灌性好、吸水固結(jié)快和高穩(wěn)定性等特點，配制防滲性強的漿體。正常情況下，干料與水之比為0.80～1.10，漿液密度不小于1.50g/cm3。

具體要求參見表1、下頁表2。

表1　劈裂灌漿土料選擇

表2　劈裂灌漿漿液物理力學性能

5.4劈裂灌漿施工

灌漿壓力是劈裂灌漿技術(shù)施工中的一個重要控制指標。如果灌漿壓力大于裂縫的擴展壓力，裂縫會隨著鉆孔開裂，漿液灌入堤壩體形成防滲帷幕，對堤壩體加固起到很好的作用。劈裂壓力設計通常分為3級，包括起始劈裂壓力、屈服壓力和單孔最大壓力。但由于堤壩類型、高度和組成成分不同，堤壩體的劈裂壓力也就不相同，因此，最佳劈裂灌漿壓力最好在現(xiàn)場通過試驗確定。通常情況下，配備2臺灌漿泵，灌漿壓力選擇0.28MPa。

每孔每次平均灌漿量根據(jù)孔深計算，每米孔深灌漿量控制在0.50～1m3,灌漿次數(shù)5次以上。注漿管下到鉆孔底部0.50～1m處，啟動灌漿泵，漿液從壓力較大處自下而上流向壓力較小處，充填堤壩工程裂隙。每次灌漿后，將注漿管提出，避免孔口冒漿或堵塞孔底。每個孔內(nèi)復灌次數(shù)不少于4次，灌漿時間間隔為5d。

5.5封孔

當?shù)虊雾斄芽p長度和寬度達到設計規(guī)定值時，停止灌漿，拔出灌漿管，在孔內(nèi)注滿容重不小于1.50t/m3的稠漿，直到漿面升至堤壩頂不再下降，然后進行封孔。

6劈裂灌漿質(zhì)量控制

灌漿過程中，出現(xiàn)的一些技術(shù)性問題如果不能及時得到處理，會對工程質(zhì)量造成影響。灌漿初期, 堤壩工程內(nèi)外壩坡出現(xiàn)冒漿情況時，要沿著壩體裂縫填充，并采取降壓、間歇灌漿等方法進行處理，直到符合灌漿標準；灌漿中后期，會經(jīng)常出現(xiàn)堤壩面縱向裂縫，說明堤壩體已經(jīng)充填密實，漿液就會沿著最小主應力方向出現(xiàn)縱向劈裂，這時可采取間歇灌漿方式進行處理，待濃漿溢出后停止灌漿，然后每間隔3～8h灌入1次，反復3次即可；如果堤壩面裂縫沒有回彈，可將濃漿多次灌入裂縫直至封縫。

7結(jié)語

應用于水庫大壩及河道堤防等堤壩工程防滲加固處理中的劈裂灌漿技術(shù)，與混凝土防滲墻等其他防滲加固技術(shù)比較，具有設備簡單、用料來源廣泛、造價低、操作方便、施工快等優(yōu)點，在堤壩工程防滲處理中，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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