劈裂灌漿技術在中小型水庫除險加固中的應用

摘 要：隨著我省小型水庫病險加固工程的實施，人們對水庫的防滲加固技術提高了重視。為了能夠有效地提高壩體的穩定性，我們通常采用劈裂灌漿技術，這種技術在堤壩加固工程中被廣泛使用，效果也十分明顯。文章主要對這種技術進行了相關的分析和研究，并提出了施工中應該注意的問題。

關鍵詞：壩體加固；劈裂灌漿；數值模擬分析

引言

在世界范圍內的水利工程建設中，土石壩在眾多的壩體工程中占首位，在土石壩快速發展的過程中，時有發生一些安全事故，給人們的生命財產安全造成嚴重威脅，因此我們必須對這個問題進行深入思考。為減少由于滲漏而產生的事故，我們應該根據實際情況對壩體進行除險加固。根據相關的調查顯示，因為滲漏而導致的事故占總事故的百分之三十到百分之四十。所以土石壩的防滲加固已經成為了水庫安全的重點問題。當前，為了提高水庫的安全使用年限，在全國范圍內大面積鋪開了水庫堤壩除險加固工作。下面我們就堤壩加固技術中最為常用的劈裂灌漿技術進行相應的分析。

1 劈裂灌漿方法研討

劈裂灌漿就是采用孔底注漿、全孔灌注的方法，有控制地加大灌漿壓力，利用漿壓力（灌漿開始用稀漿）將壩身劈裂成縫，再強制性注入濃漿液，使縱向漿脈在堤內部形成垂直的防滲帷幕。這種技術主要是在傳統的灌漿技術的基礎上，對不同堤壩裂縫產生原因進行分析，找出相應的規律。美國在一九七零年就已經使用了劈裂灌漿技術處理了希爾克里格堤壩，但是在該壩建成以后在心墻和山坡的接頭處出現了裂縫，嚴重地影響了大壩的正常使用。還有一些別的國家也都使用了這種劈裂技術，但是正是因為這些裂縫的產生，導致這種技術沒有被廣泛的應用，限制了劈裂灌漿技術的發展。

我國首次使用灌漿技術是在解放初期黃河大堤上，取得的效果十分滿意。以后在我國各地的中小型水庫推廣使用了填充式灌漿技術。到二十世紀七十年代，這種技術就被應用到大中型水庫防滲加固工程中。到了七十年代后期，人們已經對填充灌漿技術進行了一定的總結，分析了壩體產生裂縫的原因以及規律，提出了劈裂灌漿技術的理論。劈裂灌漿技術和填充式灌漿技術有很大的區別，具體來說，劈裂灌漿技術主要是從壩體裂縫產生的原因入手，然后對壩體應力情況進行分析并按照相關規律進行布孔，利用水的應力來增強灌漿的壓力，有步驟地劈裂壩體，灌入一定的泥漿，通過泥漿的壓力作用來實現固結目的，并能夠實現裂縫之間相互連通，進而實現填充密實并形成帷幕。此外，通過劈裂灌漿技術還能夠改善壩體自身的穩定性以及應力狀態。伴隨著劈裂灌漿技術在實踐中的廣泛應用，相應的理論知識也得到了一定的發展。通過對劈裂灌漿技術的觀測、實驗、分析以及總結，我們可以發現這種技術的規律、實際的固結情況等，這樣能夠幫助我們更好地使用劈裂灌漿技術。

隨著劈裂灌漿技術的推廣，該項技術在理論方面以及施工技術方面都得到了很大的進步，但是這種技術有其自身的特殊性同時加固對象也呈現出多樣化的情況，所以有很多理論方面尚需解決。比如，灌漿的具體布置、漿液在壩體中的固結時間和規律等等。就當前情況來說，劈裂灌漿技術的理論方面遠落后于相關實踐的需要，這就制約了該項技術的發展。

2 土壩劈裂灌漿加固機理

2.1 水力劈裂原理，指是在水壓力作用下，使原物體產生裂縫或使原有裂縫擴大的過程。如果無限域中的圓孔受到均勻液體壓力P，要計算介質中的應力，已有經典解答。如果介質初始應力為零，則當P>σi就會被劈裂，其中σi為介質的抗拉強度。若果介質初始應力為σ，則當P≥σ+σi就會被劈裂，式中如果σ是拉應力，則P+σ≥σi就會被劈裂。

2.2 土壩壩體的應力分布規律，土壩具有梯形斷面的條形建筑物，通過對土壩壩體的原形觀測及有限元分析，壩體內部應力分布規律一般如下：在壩軸線附近，土壩的豎向應力σi略小于土柱的自重壓力，土壩橫剖面的水平應力σx，比豎向應力σy小，約等于（0.3-0.5）σy，（即側壓力系數為0.3-0.5）。土壩填筑質量愈差，則側壓力系數愈小，壩頂部一定高度σx：還會出現拉應力。土壩的縱剖面的水平應力為σz二介于σx和σy之間。一般情況，土壩壩體壓應力符合σy>σz>σx的規律。根據土壩壩體的應力分布情況，利用水力劈裂原理，在壩軸線附近沿小主應力面布置灌漿孔。泥漿就容易沿這個平面將壩體劈開。

2.3 泥漿對壩體的劈裂充填作用

由于劈裂灌漿是以漿液為能量載體，高壓泥漿對壩體有很大的充填作用。泥漿充填壩體內部被劈開的灌漿通道，以及與通道相連的各種原有裂縫、洞穴等，充填作用與劈裂灌漿作用是同時進行的。隨灌、隨劈、隨充填，達到縫開、漿到、料滿。隨著復灌次數的增加，泥漿多次充填擠壓，使原壩體得到擠壓、密實，與漿體帷幕一起形成較高的防滲能力，因而達到充填壩體隱患和構造防滲帷幕的目的，提高壩體的穩定性及防滲能力。

2.4 濕陷作用

當泥漿被灌入壩體，其中很大一部分的水分就會直接進入到壩體中。這些水分產生的壓力不僅對壩體土產生一定的影響，還會對壩體產生濕陷作用。這種濕陷作用的情況和壩體自身的情況有直接關系。在使用劈裂灌漿技術過程中，產生濕陷情況對增強壩體的穩定性以及密實程度是十分有利的，能夠有效減少弱應力的范圍。在這種濕陷作用會隨著停灌而變得越來越小。此外，濕陷作用會導致壩體高度變小，在壩的頂端出現裂縫，這就需要我們對壩體進行多次的復灌，使這些裂縫被泥漿填滿。

2.5 能量的調整和轉換

根據物體能量的轉換和傳遞規律，提出了土壩的裂縫破壞是由于壩體內部的變形和能量積累轉換造成的。要根除這種隱患，就必須使壩體內部分土體所積累的應變能充分釋放。劈裂灌漿就是通過灌漿壓力和土體濕陷變形，使原有的土體裂縫充分開裂，使已出現的弱應力區和強應力區之間的應力應變能相互傳遞轉換，打破原壩體內部應力的不平衡，恢復正常的應力狀態，使壩體內部的應力應變相對穩定。

2.6 漿壩互壓理論

土壩劈裂灌漿技術利用了土壩壩體的整體彈性特征，在灌漿過程中隨著灌漿壓力的反復增長和消失，具有彈性的壩體張開和回彈，使壩體和漿體反復擠壓，形成連續的漿體帷幕和兩側壓密的壩體聯合防滲帶。通過漿壩互壓，可以補救原壩體由于不均勻變形產生的小主應力不足，改變壩體內部的應力不平衡狀態，從而比較徹底地解決了土壩壩體的變形穩定和滲透穩定問題。

2.7 泥漿和壩體的固結和壓密

要保證劈裂灌漿技術達到相應的效果，我們應該關注壩體內泥漿的固結硬化情況，因為我們主要是利用泥漿固結硬化形成的帷幕來實現防滲目的。當前來看，影響泥漿固結的因素有很多，這其中的關系是較為復雜的，例如堤壩自身的土質、施工情況、施工材料性質等方面就直接影響泥漿的固結效果，此外還受到施工技術水平的影響，所以我們應該關注劈裂灌漿過程中這些主要問題，發揮此技術的最佳效果。

3 結束語

劈裂灌漿技術能大大提高壩體防滲能力增強壩體穩定性，現在隨著這項技術不斷改進發展，已經獲得了業內人士的廣泛關注，特別是在中小型水庫堤壩防滲加固上的廣泛應用，取得的效果更好。本文對劈裂灌漿技術所進行的分析和研討，希望能夠為水利工程事業的發展提供有益的參考。

參考文獻

[1]王洪恩，盧超.堤壩劈裂灌漿防滲加固技術[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[2]唐宇陽.土壩劈裂灌漿技術在風田水庫主壩加固中的應用[J].廣東水利水電，2004.6.