摘要：劈裂灌浆技术具有适应性强、施工简便、造价合理等优点，用于土坝土堤防渗加固效果良好，因此本文对劈裂灌浆技术在土坝土堤防渗加固中的应用进行了分析。
关键词：劈裂灌浆；土坝；土堤；防渗加固
劈裂灌浆技术是在充填灌浆基础上发展起来的一种新的灌浆技术，自上世纪70年代以来广泛应用于土坝土堤的防渗加固。这项技术能劈开堤坝并形成连续的防渗帷幕，与传统充填灌浆技术相比防渗效果更加可靠，而且施工造价低，操作方便，施工效率较高，这些优点使其在土坝土堤防渗加固方面备受青睐。鉴此，本文对劈裂灌浆技术在土坝土堤防渗加固中的应用进行了分析。
1 劈裂灌浆机理与施工参数选择
1.1 灌浆机理
在劈裂灌浆过程中，浆液与土体相互作用，先将土体压密，当浆液压力超过起始劈裂压力后，土体就被劈裂了。开始灌浆时，因为浆液压力较小，不足以劈开土体，浆液都聚集在灌浆孔口附近，形成以孔口为中心的浆泡。随着浆液不断灌入，浆液压力不断增大，浆泡持续扩张，直至土体屈服破坏并被劈开，浆泡相互贯通，就形成纵横交错的浆脉，土体承载能力得以提高。与此同时，与浆脉连通的洞穴、裂缝、疏松土层等缺陷也得到充实，坝体抗渗强度显著增强。坝体劈开方向平行于坝轴线，因为堤坝土体受到的应力分布在三个方向，垂直于堤坝轴线方向的应力
远大于平行于堤坝轴线方向的应力
，即 
，所以堤坝会沿平行于堤坝轴线方向的应力面劈开土体[1]。
1.2 施工参数选择
劈裂灌浆施工参数包括孔位布置、孔距、孔深、孔径、灌浆压力、浆液参数等方面。（1）正如劈裂灌浆机理所分析的那样，劈开方向平行于坝轴线，所以一般沿坝轴线布孔。通常布单排孔，如果因普遍碾压不好而致坝体疏松时，可在主排孔两侧加布1～2排副孔。副孔与主孔应交错成梅花形。（2）孔距越小，浆坝互压效果越明显，坝体内的浆脉越易形成连贯的帷幕[2]。但孔距越小，钻孔数量越多，相应地施工造价也越高。综合考虑并结合施工经验，通常低于10m高的矮坝，孔距可选2～3m；高于10m的高坝，孔距可选3～5m。（3）孔深由坝体内隐患决定，一般孔深应超过隐患深度2～3m，因堤防多建于黏性土或沙性土地基上，所以堤坝上的孔深常打入地面以下堤高的一半深度。副孔深取决于主孔深，当副孔处不存在隐患时，副孔深常取主孔深的1/3。（4）孔径决定坝体内泥墙的厚度，而泥墙厚度又取决于坝体土质、碾压质量、隐患性质及深度等因素。通常，泥墙设计厚度采用5～20cm，孔径常取5～10cm。矮坝用大孔径，高坝用小孔径。（5）灌浆压力取决于起始劈裂压力，而起始劈裂压力与土质、碾压质量等因素有关，一般通过试验确定。根据实验统计，软土地基的起始劈裂压力一般在0.3～0.5MPa左右。（6）浆液参数主要是比重、黏度、稳定性、含砂量等。比重常取1.3～1.5，通常初灌取较小值，复灌取较大值。黏度一般为20～100s，同样初灌取较小值，复灌取较大值。泥浆24h稳定性一般不超过0.05～0.1kg/m3。含砂量常取10%（泥浆与水按1：9比例稀释后的体积比）。
2 劈裂灌浆在土坝土堤防渗加固中的应用
2.1 工艺流程
工艺流程如图1所示。
2.2 施工准备
施工准备的主要任务是合理选择设备与土料及进行灌浆试验。设备包括钻机、成套灌浆设备、运土设备等。钻机可选用锤击造孔机或旋转式钻机，矮坝多采用前者，高坝常采用后者。如C30锤击造孔机，锤孔直径
75mm，黏性土钻进速度达100～200m/台班。成套灌浆设备多采用WJG80、WJG100等型号，可连续搅拌、自动过滤、储存浆液和输送浆液。如配备80/10泥浆泵，水平输送距离60～80m，连续输浆能力约0.08m3/min。土料必须备足，料场储量不小于设计需量的2～4倍，以备灌浆吃浆量不确定性因素。正式施工前，应根据设计要求进行现场灌浆试验，以验证和优化设计参数。
2.3 造孔
造孔前，先在坝顶造孔轴线上挖槽做阻浆盖，槽深1m，宽0.5m，以黏土回填夯实。然后布孔，并在孔口位置插入护壁管，再按设计要求造孔。钻孔时，控制孔位偏差不超过10cm，孔斜不大于孔深的2%[3]。详细记录造孔过程。
2.4 制浆
制浆常采用湿法制浆，可根据设计要求及现场需要选用黏土浆、水泥浆或黏土水泥浆。施工期间，常测泥浆比重、黏度，定时测输浆量、浆液稳定性。浆液变化，应随时加测。
2.5 灌浆
宜采用孔底注浆法，泥浆由注浆管底流出，先劈裂管底或附近缺陷处，再沿薄弱面向四周和上下发展。每孔灌浆要经5～10次灌满，开始时先灌比重1.2～1.3的稀浆，待孔口压力突降之后，再将比重升至1.4～1.6。前两次灌浆控制压力，不使坝顶开裂；后面几次复灌，控制坝顶裂缝宽度不超过3cm，并且灌后裂缝基本上能够闭合。复灌时间间隔一般不少于3d，具体时间应由浆体固结情况来决定。这就是初灌“少灌多复”、“先内劈后外劈”之意。每孔灌浆量由孔深决定，一般应控制在0.5～1.0m3/m。灌浆压力可用坝肩位移量来控制，每次灌浆位移量不得超过1.0cm。
特殊堤坝位置应采用相应的灌浆工艺。（1）弯曲段可采用随机钻灌法或一次成孔灌浆法。随机钻灌法即“小孔距，钻一孔，灌一孔”。根据弯曲段曲率大小确定孔距，曲率越大，孔距越小。每次灌浆孔口产生微小裂缝，且裂缝开始偏离坝体轴线，立即停灌。以此循序渐进，引导裂缝沿坝体轴线发展，并形成连续的防渗帷幕。一次成孔灌浆法，是在弯曲段灌浆孔全部钻完，然后逐孔轮灌，每孔每次灌浆量较少，一旦孔口有小裂缝即停灌，并改灌其他孔。（2）陡坡段应力条件较为复杂，其小主应力作用面可能不沿坝体轴线方向，而是与坝体轴线斜交甚至垂直。操作时，应在缝顶做阻浆盖，再在缝内打孔及采用比重1.4～1.6的稠浆，并采用较大灌浆压力，使泥浆在坝体内充分劈裂、挤压和湿陷，应力重分布后，再沿堤坝轴线布置灌浆孔并灌浆。
2.6 终灌与封孔
启泵几分钟，坝顶表面裂缝就开始冒浆，此时应在无压情况下反复轮灌，当坝顶连续3次冒浆，并且缝内浆面基本不下降，这种情况可认为达到了终灌标准，可以封孔了。封孔可灌入比重超过1.6的稠浆。当终灌结束后，抽出孔内析出的清水，然后用稠浆填满。静置7d，抽出孔内清水，再填满稠浆，然后用干土封孔，压实。如果不用干土，也可用砂、石、黏土浆配制的混合土封孔。
2.7 灌浆质量检查验收
在坝顶沿堤坝轴线间隔100～200m挖1个探坑或探槽，检查浆脉分布、厚度、深度等特征是否达到设计要求。同时取样，试验干密度、渗透系数、抗渗坡降等指标。堤坝经历洪水后，观测下游坡面浸润线出逸点是否下降、散浸现象是否消失等，判断灌浆质量。
3 结语
水库、河流堤防大都采用土坝土堤，由于筑坝碾压质量不高，存在渗漏病险问题，必须进行防渗加固处理，才能确保堤坝安全。土坝土堤防渗加固方法多种多样，劈裂灌浆是其中应用广泛、效果良好的方法，因此有必要大力推广和应用，以增强堤防抵御洪水灾害的能力。
参考文献：
[1]王彧杲.劈裂灌浆技术应用过程控制要点分析[J].水利建设与管理，2015，35（3）：23-26.
[2]武科，马明月，孙岳.堤坝劈裂灌浆造孔间距改变的灌浆效果评价[J].土木建筑与环境工程，2012，34（6）：104-108.
[3]宋夕武.劈裂灌浆技术在天河一级站进水池防洪圈堤防渗中的应用[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2015，15（2）：53-55.
论文作者:彭斌
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/3/28
标签：浆液论文; 土坝论文; 堤坝论文; 轴线论文; 堤防论文; 压力论文; 裂缝论文; 《基层建设》2017年第34期论文;