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，以滲透和劈裂兩種形式出現(xiàn)，對具有小孔隙的細(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它的劈裂程度和心墻粘土被壓縮變形的大小。灌漿壓力對壩體劈開的方向、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)對壩體有計劃的劈裂，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，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，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

泮坑水庫屬小（一）型水庫，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個月左右。此次灌漿河槽段漿脈厚度 理論 計算 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，由于大壩在施工時填土質(zhì)量差，壩后有滲漏現(xiàn)象。

灌漿設(shè)計是在壩軸線處布置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。總進(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

張詩瑤，鄭州大學(xué)，水利工程。