劈裂灌浆在坝体加固中的应用

劈裂灌浆在坝体加固中的应用具体内容是什么，下面鲁班乐标为大家解答。

1工程概况

秋风岭水库位于广东省汕头市西南部的两英镇境内，属练江支流的秋风水系，总库容6903万m3。水库主坝为均质土坝，总长为1650m，坝顶高程48.0m，坝顶宽度7.0m，坝体平均高度约20m。坝体建于上世纪50年代末期，主要依靠人工挑土筑坝。水库经过多年运行，坝体部分已出现险情，坝后坡渗水现象较严重，大部表现牛皮胀，局部呈沼泽状，坝体的加固已刻不容缓。

坝体加固采用劈裂灌浆，劈裂灌浆就是沿坝轴线布孔，利用坝体小主应力成基本沿坝轴线分布这一规律，用灌浆压力沿坝轴线劈裂坝体，灌入泥浆构造浆体防渗幕墙，同时与浆脉连通的裂缝、洞穴等坝体隐患，均被泥浆充填挤压密实，达到防渗加固的目的。本大坝灌浆工程量为11127.2m，劈裂灌浆孔施工轴线为平行于坝顶轴线，位于大坝改建后坝顶轴线下游0.5m，劈裂灌浆形成的墙体与高喷防渗墙相连接。

2灌浆设计

2.1布孔

根据坝体隐患的性质，采用单排布孔，孔与坝顶防浪墙的距离为4m，孔距4.0m，分二序施工，施工孔平面布置如下图所示：（空白孔为Ⅰ序孔，阴影孔为Ⅱ序孔）

2.2孔径孔深

灌浆孔径为φ89mm，为了保证隐患部位得到充分处理，灌浆孔深为坝体清基线以上人工填土部分，以增加土体强度和防渗效果。

2.3浆液选择

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。根据对当地的地质情况，选用丘陵的红粘土，浆液比重为1.3～1.6。

2.4灌浆压力确定

灌浆压力是劈裂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，孔就随着裂缝扩展，浆液进入坝体而形成防渗幕墙。灌浆压力如果控制得好，对于坝体的压密和回弹，浆体的压密和补充坝体小主应力不足、保证防渗幕墙的作用等，都能起到好的效果，否则有可能破坏坝体的结构，甚至出现险情。

3施工方法

3.1劈裂灌浆主要施工设备

主要施工设备的名称、规格型号、数量

3.2劈裂灌浆注浆试验

根据设计要求选择有代表性地质的地层进行试验，开挖检查以直接观察情况，测定灌浆厚度，有关技术要求参照《水利水电工程钻孔试验规程》执行。根据试验确定起初劈裂压力P、裂缝扩展压力Pc、最大控制注浆压力Pmin、注浆量Q等，以指导本工程整个过程的施工。

3.3劈裂灌浆施工

劈裂灌浆施工采用“坝体分段，单排布孔，分序钻灌，孔底注浆，全孔灌注，综合控制，少灌多复”的原则。

（1）劈裂灌浆施工工艺流程

开挖沟槽→钻孔→制浆→灌浆→终灌→封孔

（2）劈裂灌浆施工方法

劈裂灌浆施工采用XY-100型钻机2台套造孔,YSB-250/120型调速注浆泵4台套，分两序施工，先进行Ⅰ序孔施工，再进行Ⅱ序孔施工。

3.4施工步骤

3.4.1钻孔施工

（1）钻孔采用回转钻机钻进，泥浆护壁。

（2）钻孔开孔位置与设计位置偏差不得大于50mm。

（3）钻孔施工时应采取预防孔斜的措施，并应按设计要求测量孔斜,孔底偏斜率不应超过1.5%。

（4）钻孔的有效深度应穿过待注浆地层进入下部地层1.0～2.0m为宜。

（5）选定部分一序孔作为向导孔，采用芯样、划分层位，其深度应大于墙体深度，间距不宜大于20m。钻进时应详细记录孔位、孔深、地层变化和漏浆、掉钻等特殊情况。

（6）孔口管埋设：注浆钻孔时埋设孔口管，以防止孔口塌落及孔口返浆，使坝的顶部注浆压力由孔口管承担，以避免地层表面劈裂，使灌注浆液在地层内始终处于封闭状态，因而可施加较大的注浆压力，促使浆液析水固结；当孔口压力消失后，地层所产生的回弹压力较大，有利于提高浆液的固结速率和浆体固结的密实度。在黏性土地层注浆压力不大的情况下，直接将孔口管打入地层3～5m，利用黏性土的黏结力来防止冒浆及平衡注浆顶托力；在松散无黏性地层或注浆压力较大的情况下，应在孔口预先挖2m左右深的坑，将孔口管下入3～5m后，在管周边回填黏性土并夯压密实，必要时可回填塑性混凝土。

3.4.2制浆

采用搅拌机湿法制浆，随时测定泥浆密度，控制达到设计要求，浆液比重为1.3～1.6。开始采用稀浆灌注，待坝体被劈裂后，改用浓浆。

3.4.3灌浆

施灌原则是“稀浆开始，浓浆灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多复，控制浆量”，施工时要将注浆管下到离钻孔底部0.5～1.0m处，启动灌浆泵泥浆由射管喷出。浆液劈裂坝体始于注管底部，沿小主应力作用面，逐渐向上发展。孔底注浆可施加较大压力，使坝体内部劈开，把较多的泥浆压入坝体，产生挤压变形，待停灌后，坝体产生回弹，有利于提高坝体和浆脉的密度。全孔灌注，浆液从注浆管底部涌出，自下而上、从压力大处向压力小处、从坝体质量好部分向质量差部分、从已充填部分向未充填的部分、从裂缝中间向边缘流动和充填。要求每次灌浆后，要提一提注浆管，以免孔底堵塞和孔口冒浆。灌1～2次后，可提管1～2m。

3.4.4质量控制

一是灌浆开始先灌稀浆，水泥浆比重控制在1.3，等孔口压力突然下降后，再次将比重提高到1.4～1.6之间；二是初灌时应避免坝顶出现裂缝，复灌时坝顶裂缝宽度控制在３cm以内；三是每孔复灌间隔时间不少于5ｄ；四是孔口压力控制在设计最大允许灌浆压力之内；五是每孔必须达到终孔标准后方能起管，直至浆面不再下沉为止，最后加填土夯实。

3.4.5终灌

灌浆采用初灌一次，复灌两次，浆体幕墙厚度须达到设计标准。如果复灌2次后的吃浆量大于总吃浆量的15％或坝顶连续冒浆即可终灌，否则则应进行第三次复灌、第四次复灌，直至最后一次的吃浆量小于总吃浆量的15％为止，直观上要以饱、满、实为度。

3.4.6封孔

在终灌后，先将注浆管插入孔底，再注入浓浆将稀浆或清水置换掉，直至浓浆填满全孔为止，待浆液析水沉淀后，再进行第二次封填，直至钻孔封满为止。

3.4.7灌浆期原型观测

按设计要求沿坝轴线方向每隔20m设一观测标点，每级至少分别在坝顶上、下游坝肩处各设一个观测标点，标点用砼桩或木桩做成。灌浆施工前应对布设的各桩垂直位移点观测2次，灌浆期每班观测1～2次，坝面出现裂缝时，应增加观测次数，灌浆间歇期每2天观测1次，灌浆期间坝顶上、下游坝肩处横向水平位移每次不得大于25mm。

3.4.8注浆中特殊情况的处理

注浆过程中，有时会遇到冒浆、串浆等一些特殊情况，对这些情况的处理往往需采用一些特殊的方法。分述如下：

（1）冒浆：对孔口冒浆可采用重新回填黏土或在黏土中掺入少量水泥的方法，封堵套管外壁与孔壁之间间隙。对孔口以外部分的冒浆，可采用限流、限压及嵌缝的方法处理，如该法处理无效，则应停注待浆液凝结后再进行复注。

（2）串浆：在注浆过程中，若出现相邻两孔或隔孔冒浆，这表明堤坝地基已经劈裂，串浆两孔之间浆脉已经沟通。处理这种现象，一是将冒浆孔用止浆塞堵上，然后在注浆孔再继续注浆，另一种是将注浆孔与冒浆孔并联，同时进行灌注。

（3）隆起：注浆期地层隆起，一是由于注浆时产生水平劈裂，在注浆压力作用下，对地层产生抬动。在这种情况下，应采取限压方法或在保持注浆压力的前提下，控制注入量。二是由于在注浆压力作用下，对湿陷性大的土体产生挤压变形，而造成局部隆起，这时则应降低注浆压力或调整施工方案。

（4）吸浆量过大：一种情况是注浆土体过于疏松，在注浆压力作用下，伴随着出现较大的压缩变形，使裂缝加宽，吸浆量增大。这时，伴随注浆量的增加，压力将逐步上升，应继续灌注到压力上升至设计压力或反复灌注到地层不吸浆为止。另一种情况是地层存在掏刷形成的空洞，这时应一直灌注到空洞填满为止。

4结语

从灌浆施工情况来看，大部分孔产生坝顶裂缝、冒浆，且相邻两孔劈裂缝连接，说明浆体防渗幕墙已形成，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被泥浆充填密实。经过一段时间，等粘土浆完全析水固结后，随机对灌浆的部位进行开挖，检验粘土幕墙的生成质量。经现场开挖检验，在坝体沿坝轴线方向形成数道粘土幕墙，宽度为10mm～50mm，浆脉累计厚度约100mm。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，增加了坝体的稳定性。理论上由于坝体沿坝轴线方向存在粘土幕墙，阻隔了坝体内水的渗透，使粘土幕墙下游侧坝体的浸润线得到降低；从实际情况观察，灌浆后大坝背水坡脚的渗水得到了有效控制，从而达到防渗加固的目的。