劈裂式灌漿在土壩加固的應(yīng)用

摘 要：分析劈裂式灌漿的運(yùn)作機(jī)理，例舉在土壩壩體除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用，達(dá)到預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：土壩；壩施工；壩加固；裂縫灌漿；灌漿工藝；灌漿效果

1 土壩壩體灌漿

所謂灌漿，就是由灌漿機(jī)產(chǎn)生一定的壓力，把配合好的漿液灌進(jìn)土層或建筑物中的空隙、裂隙及孔穴，以達(dá)到防止?jié)B水和固結(jié)作用。土壩壩體灌漿依其 理論 依據(jù)的不同可分為充填式灌漿和劈裂式灌漿。充填式灌漿是利用漿液自重將漿液注入壩體隱患處，以堵塞洞穴和裂隙。劈裂式灌漿是運(yùn)用壩體壩應(yīng)力分布 規(guī)律 ，用一定的灌漿壓力，將壩體沿壩軸線方向劈裂，同時(shí)灌注合適的泥漿，形成鉛直連續(xù)的防滲泥墻，堵塞漏洞、裂縫或切斷軟弱層，以提高壩體的防滲能力，同時(shí)通過漿、壩互壓和濕陷，使壩體內(nèi)部應(yīng)力重新分布，提高壩體變形穩(wěn)定性。

2 土壩壩體劈裂式灌漿機(jī)理

2.1 壩體的可灌性及泥漿劈裂的應(yīng)力分析

實(shí)驗(yàn)證明，在灌漿壓力作用下的粘土泥漿，在具有大孔隙的卵石和粗砂層中，當(dāng)灌漿壓力超過一定值時(shí)，以滲透和劈裂兩種形式出現(xiàn)，對(duì)具有小孔隙的細(xì)砂、粘土，只能以劈裂的形式存在。因此，土壩心墻粘性土是可灌的，其可灌性決定于壓力泥漿對(duì)它的劈裂程度和心墻粘土被壓縮變形的大小。灌漿壓力對(duì)壩體劈開的方向、長短和寬度，決定于原壩體的應(yīng)力分布和大小。在灌漿壓力作用下，壩體總是沿其最小主應(yīng)力作用面劈開，即沿壩體縱向劈裂。因此，按照壩體的一般應(yīng)力分布規(guī)律，通過合理的灌漿工藝，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壩體有計(jì)劃的劈裂，以達(dá)到消除隱患且穩(wěn)定壩體的目的。

2.2 漿、壩互壓的作用機(jī)理

土壩壩體劈裂式灌漿的任務(wù)之一，就是在允許的范圍內(nèi)盡量增大灌漿壓力，使原來較為疏松的土體在某個(gè)范圍之內(nèi)得到一定程度的壓實(shí)；停灌以后，由于孔口壓力的取消和泥漿的濃縮固結(jié)，泥漿壓力逐漸減小，壩體則回彈壓縮泥漿。實(shí)際操作中，通過多次復(fù)灌可充分發(fā)揮漿、壩互壓作用，對(duì)提高壩體的密實(shí)度并保證灌漿質(zhì)量是有效的。此外，通過灌漿壓力和土的濕化變形，使壩體內(nèi)部的應(yīng)力再分配，由應(yīng)力的不均衡趨向均衡，從而使壩體達(dá)到變形穩(wěn)定的目的。

2.3 泥漿的排水固結(jié)

當(dāng)停止灌漿之后，孔口壓力在漿縫中下降到零時(shí)，泥漿中孔隙壓力等于泥漿柱壓力。當(dāng)泥漿的析水完成后，漿體的孔隙壓力將逐漸小于泥柱壓力，此時(shí)，漿體由析水濃縮階段進(jìn)入排水固結(jié)階段。因下部泥漿受的壓力較大、滲徑短，泥漿的固結(jié)硬化順序是自上而下的，這有利于盡早發(fā)揮漿體的截滲作用。

由于泥漿水份排向壩體內(nèi)而固結(jié)，在漿體的水平截面上其固結(jié)順序是自外向內(nèi)的，即靠近壩體的漿體部分先固結(jié)，然后向里固結(jié)，漿體的中心部分最后固結(jié)。這對(duì)于盡早發(fā)揮漿體的阻水作用，提高漿體的防滲能力是有益的。

3 工程實(shí)例 分析

3.1 泮坑水庫土壩劈裂灌漿

泮坑水庫屬?。ㄒ唬┬退畮?，壩型為均質(zhì)土壩，最大壩高31.5m，壩長144m，壩頂高程374.2m，興利庫容446.4萬m3，集雨面積4.35km2。該水庫運(yùn)行10多年來，壩外右岸高程305.0m出現(xiàn)兩處漏水，壩外坡反濾棱體高程303.0m至高程307.0m濕坡極為嚴(yán)重，大部表現(xiàn)牛皮脹，局部呈沼澤狀。

灌漿設(shè)計(jì)是在壩體軸線布1排孔，分兩次序施灌，一序孔距為6m，最終孔距3m。根據(jù)壩體隱患和表現(xiàn)病態(tài)，定河槽段孔深最大為20m，即達(dá)到壩體高程304.0m，岸坡段打至沖擊不進(jìn)為止。河槽段漿體厚度為20cm，岸坡段以孔口壓力控制。漿液先稀后稠，比重12.4kN/m3～13.4kN/m3。灌漿孔口壓力，以始灌的啟開峰值為根據(jù)。要求在時(shí)間允許的情況下，盡量增加復(fù)灌次數(shù)。

施灌一序孔打22孔，進(jìn)尺346.2m、注干土量159072kg，最大注入漿量發(fā)生于樁號(hào)0+054和0+100兩處壩段。在一序施灌中均采用復(fù)灌、輸灌，復(fù)灌次數(shù)掌握在2次～4次間。在河槽段漿體，相鄰各孔均出現(xiàn)串通，漿體主脈基本沿軸線連續(xù)形成。二序打21孔，進(jìn)尺334.6m、注入干土量7363kg。二序孔施灌與一序孔相隔1個(gè)月左右。此次灌漿河槽段漿脈厚度 理論 計(jì)算 可達(dá)到27cm，兩岸坡段接觸不良的沉降量達(dá)6cm～9cm。這說明灌漿效果較好。

3.2 嶺埔水庫土壩劈裂灌漿

嶺埔水庫位于仙都溪上游的支流，屬小（一）型水庫，為粘土心墻土壩，最大壩高54.2m，壩頂高程333.64m，總庫容387萬m3，興利庫容282.4萬m3，集雨面積17.5km2。水庫大壩竣工于1982年2月，由于大壩在施工時(shí)填土質(zhì)量差，壩后有滲漏現(xiàn)象。

灌漿設(shè)計(jì)是在壩軸線處布置1排灌漿孔，孔距6.0m，孔數(shù)23孔；在壩軸線上游側(cè)1.0m布置另1排孔，孔數(shù)23孔?？傔M(jìn)尺1200m，河槽段分兩序進(jìn)行施灌。灌漿孔口壓力現(xiàn)場測定，以始灌的啟開峰值為根據(jù)。

施灌總灌入干土量457t，理論計(jì)算含15.5kN/m3容重漿體約500多m3，河槽段平均漿體厚度18.9cm，岸坡段9cm。通過灌漿，于壩軸線形成連續(xù)的漿脈，河槽段漿體厚度達(dá)18.9cm，對(duì)壩體的防滲性能起到較好的作用。通過多次復(fù)灌，充分發(fā)揮漿、壩互壓作用，提高壩身土體的密實(shí)性。

4 結(jié) 論

劈裂式灌漿技術(shù)在土壩壩體除險(xiǎn)加固中具有投資小、見效快、設(shè)備和技術(shù)簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用。但在具體操作中應(yīng)注意施工工藝，保證灌漿的質(zhì)量，才能達(dá)到預(yù)期的效果。

作者簡介

張?jiān)姮?，鄭州大學(xué)，水利工程。