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劈裂灌浆在土坝防渗中的运用

日期：2016-5-4 14:31:41　来源：转载　浏览数：
　

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1 劈裂灌浆的加固原理和特点所谓灌浆，就是由灌浆机产生一定的压力，把配合好的浆液灌进土层或建筑物中的空隙、裂隙及孔穴，以达到防止渗水和固结作用。土坝坝体灌浆依其理论依据的不同可分为充填式灌浆和劈裂式灌浆。充填式灌浆是利用浆液自重将浆液注入坝体隐患处，以堵塞洞穴和裂隙。劈裂式灌浆是运用坝体坝应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗泥墙，堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的防渗能力，同时通过浆、坝互压和湿陷，使坝体内部应力重新分布，提高坝体变形稳定性[1]。
    土坝坝体劈裂式灌浆的任务之一，就是在允许的范围内尽量增大灌浆压力，使原来较为疏松的土体在某个范围之内得到一定程度的压实；停灌以后，由于孔口压力的取消和泥浆的浓缩固结，泥浆压力逐渐减小，坝体则回弹压缩泥浆。实际操作中，可通过多次复灌来充分发挥浆、坝互压作用，提高坝体的密实度。此外，通过灌浆压力和土的湿化变形，使坝体内部的应力再分配，由应力的不均衡趋向均衡，从而使坝体达到变形稳定的目的。
    2· 工程实例
    2.1 土坝概况
    镇江市戴木坝水库位于句容春城镇西南部的长城村境内，毕墟村和芦杆村之间，水库堤坝是春城通往茅西的主要交通要道，总库容93.05×104 m3，属小(2)型水库。土坝建于1969 年，全长325 m，坝顶高程26.76 m，最大坝高8.0 m，坝顶宽7.0 m。土坝运行四十多年来，曾多次发生背水坡塌陷、滑坡险情。较严重的两次为：1979 年，大坝背水坡发生大范围沉陷，当时将整个坡面进行开挖处理。2002 年，背水坡顶端至坡脚滑坡50 m，当时对大坝进行开槽抢护，采用石灰拌土回填夯实，且做4 m 宽平台固基。
    2.2 坝体土质
    根据勘探揭示大坝土层自上而下可分为：
    第一层：素填土，以黄色、褐黄色、暗黄色或灰色可塑状粉质粘土为主，层厚2.6~7.5 m，主要为堤身填土，层厚不均匀，全场分布。压实度和均匀性均较差，为中等透水性土层。
    第二层：粉质粘土夹粉土，以褐黄色夹青灰色条纹为主，局部粉性大，为原地表层，层厚0.5~1.7 m，层厚不均匀，全场分布。一般坝基土，为中等透水性土层。
    第三层：淤质粉质粘土夹粉土，上部以灰色、深灰色为主，下部杂色，流塑，局部含少量腐植物。层厚0.7～2.8 m，坝体大部有分布。为暗沟中沉积的软弱土层，为弱渗透性土层。
    第四层：粉质粘土夹粘土，以浅黄色、褐黄色为主，局部粉性大，层厚0.9~2.9 m，层厚不均匀，全场分布。一般坝基土，为中等透水性土层。
    第五层：粉质粘土，上部以棕褐色为主，中部以黄色为主，下部以红黄色或紫红色为主，中下部含粗砂颗粒物或紫红色碎石。层厚0.8~5.4 m，层厚不均匀，全场分布。良好坝基土，透水性很小。
    第六层：基岩强风化层，以赤色或紫红色为主，成层状或碎块状，可慢速钻进，母岩为泥岩，层面顶标高最高处在12.1 m 左右，最低处标高在11.9 m 左右，未钻穿。良好坝基土，透水性极小。
    2.3 灌浆设计
    根据南塘水库土坝情况，坝体主要渗流问题存在于第一、第二土层。此两土层分别为坝身填土及原地表土。根据土坝渗漏点的位置及特点，分析其原因主要是因为60 年代建库时，无勘探，无设计，大坝属于人工填筑，压实度差，地表土清理深度不够。劈裂灌浆设计针对渗漏不稳定、曾发生险情的坝段。灌浆设计采用单排布孔，分两序施工，孔距3.0 m，孔深以孔底深入第二层土层1 m 为准。
    2.4 浆液选择
    选用合适的浆液是保证灌浆质量的重要条件，对浆液的要求是：可灌性好，稳定性高，析水固结快，形成的浆体防渗性能强，并且考虑充分利用当地材料和造价低等因素。水泥掺入量不小于15 %(重量比)，土料塑性指数为8 %~15 %，粘粒含量20 %~30 %，粉粒含量30 %~50 %，浆液容重为1.3~1.6 t/m[2]。
    2.5 灌浆压力
    灌浆压力是劈裂灌浆施工中一个重要控制指标，当灌浆压力大于起裂压力和裂缝扩展压力时，钻孔就开始随裂缝扩展，随着裂缝的扩展，浆液进入坝体而形成防渗帷幕。灌浆压力如果控制得好，才能保证防渗帷幕起到好的作用，而且对于坝体的压密和回弹，浆体的压密和补充坝体主应力都能起到好的效果；灌浆压力控制不好，则有可能破坏坝体的结构，不但不能除险，反而容易引发险情。因此，通过灌浆试验和理论计算，该工程灌浆孔口压力控制在1.0 MPa 以下，具体可根据现场试验定,一般为0.15~0.3MPa。
    2.6 灌浆次序
    分序分次施灌能使灌入坝体中的泥浆得以尽快析水固结，强度及时提高，同时，能迅速消除由于灌浆引起坝体中局部孔隙水压力升高的威胁，保证大坝施工期的安全，并能促使灌入坝体内的泥浆黏粒向两侧移动，使黏粒在坝体与泥浆交接处进行定向排列，形成一层防渗性能很强的泥浆层，如此反复轮灌，即可形成一道粗细颗粒相间，木纹纸状的浆体防渗泥墙，因此，施工时应采用“少灌多复”的方法，待第一序孔灌浆结束后，再进行二序孔。
    2.7 注浆方法
    采用孔底注浆全孔灌注的方法，注浆管下至距孔底0.2 m 左右，泥浆从注浆管下口沥出，使坝体由下部逐渐向上劈开，复灌5 次或基本不吃浆时，将注浆管提升1~2 m，间隔3 天以上，再复灌，直至注浆管距坝顶1 m 左右为止。
    2.8 效果分析
    (1)南塘水库灌浆工程已竣工，从灌浆施工情况来看，第二序孔吃浆量明显减少，灌浆压力升高，大部分孔产生坝顶裂缝、冒浆，且两孔劈裂缝连接，这足以说明浆体防渗帷幕已形成，在坝体比较疏松的部位也能形成多道密集浆脉，坝体中的裂缝和洞穴泥浆充填密实。
    (2)通过浆坝互压作用和坝体湿化变形，使坝体的小主应力得到补充，调整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。
    (3)该土坝系冬季施工，冻土块上坝，每层铺土太厚，碾压不实，采用土坝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，采用的施工工艺和技术要求是安全的，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。
    3· 结语
    劈裂灌浆在土坝坝体除险加固中具有投资小、见效快、设备和技术简单、操作方便等优点，已经被广泛地运用。但在具体操作中应注意施工工艺，保证灌浆的质量，才能达到预期的效果。本文通过具体灌浆实例，研究了劈裂灌浆在土坝防渗中的运用，该研究成果对同类工程设计具有一定参考价值。