劈裂灌漿在土堤防滲中的應(yīng)用

　　摘要：本文論述了劈裂灌漿的原理、布置和主要施工工藝及控制，并結(jié)合工程實(shí)例提出了一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。

　　關(guān)鍵詞：劈裂灌漿；灌漿孔；土堤防滲　　

　　1劈裂灌漿的基本要點(diǎn)

　　 土壩劈裂灌漿的基本要點(diǎn)是：沿土壩軸線或在軸線附近布置一二排或多排灌漿孔，穿過(guò)土壩滲漏區(qū)；按逐步加密的原則，在每個(gè)孔中逐段并進(jìn)行重復(fù)多次灌漿；灌漿壓力要保證能在土體中劈開(kāi)一道裂縫，使灌注漿液能夠進(jìn)人；這道裂縫通常順壩線方向延伸，結(jié)果使各孔造成劈裂時(shí)產(chǎn)生的裂縫能彼此銜接起來(lái)，形成一道由漿液填充后而凝結(jié)成的“薄墻”，在漿液被灌入的過(guò)程中，將有一部分漿液進(jìn)人土體孔隙中，同時(shí)，漿液會(huì)給兩側(cè)土體以壓縮應(yīng)力，將其擠密、壓實(shí)；在灌漿停止以后，灌人的漿液在壩的回彈應(yīng)力和自重應(yīng)力作用下析水、固結(jié)。最后能形成一道以縫中“漿石”為主體、以滲入體和擠密帶為輔助的阻水帷幕，從而達(dá)到防滲止水目的。

　　2灌漿孔的布置

　　 為了核對(duì)或補(bǔ)充灌漿地區(qū)地質(zhì)資料，盡可能準(zhǔn)確地掌握地質(zhì)情況，以便于有針對(duì)性地選擇灌漿施工參數(shù)，應(yīng)當(dāng)在最深的一排孔中布置先導(dǎo)孔。先導(dǎo)孔應(yīng)最先施工，采取巖芯、分段進(jìn)行壓水試驗(yàn)及分段灌漿。

　　 在眾多的均質(zhì)土壩或心墻中發(fā)生漏水，通常由兩種原因造成：一是壩體在進(jìn)行土料填筑時(shí)碾壓質(zhì)量差，沒(méi)有達(dá)到要求的密度標(biāo)準(zhǔn)；二是壩體的沉陷量過(guò)大（亦與碾壓質(zhì)量差有關(guān)），導(dǎo)致在壩高突變處（如兩壩肩處）出現(xiàn)貫穿性橫向裂縫（順河流方向）。

　　 對(duì)只存在沿橫向（順河流方向）裂縫漏水的情況，只需針對(duì)裂縫作局部布孔、進(jìn)行灌漿處理。若橫向裂縫和壩體內(nèi)部裂縫都存在，先行針對(duì)裂縫的局部灌漿，然后進(jìn)行壩體全線的劈裂灌漿。

　　 針對(duì)裂縫的局部灌漿，在可能有裂縫的范圍內(nèi)，均勻布置類(lèi)似固結(jié)灌漿那樣的灌漿孔群，采用面狀布孔、灌漿，充填裂隙，并減少土體的不均勻沉陷。

　　 全線的劈裂縫灌漿，一般只用l排孔，在壩軸線卜游1~2m處平行壩軸線布置。以往多采用孔距5~10m，最密為3~4m。也有布置2排孔的，如在增城某水庫(kù)采用的劈裂灌漿方案為：在壩頂設(shè)計(jì)2排孔鉆孔，上、下游排沿軸線布孔，上、下游孔排距為2.0m，最大孔深22.5m，灌漿分三序次施灌，I序次孔距20m,Ⅱ序次孔距10m，最終序次孔距5m，每序次灌漿次數(shù)不少于5次，灌漿壓力0.05～0.25MPa，劈裂壩頂縱縫寬度控制在30mm。根據(jù)各地的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)表明，單孔的劈裂長(zhǎng)度少則十?dāng)?shù)米，多則數(shù)十米。為實(shí)現(xiàn)“泥墻”厚度均一、搭接良好，孔距不宜太大，但也不宜太小。

　　 孔深要穿過(guò)整個(gè)滲漏層，與不漏水層相銜接，孔向要盡量垂直，以便于各孔造成的劈縫能彼此貫通起來(lái)。

　　3灌漿孔的施工

　　 土壩中由于大多填筑土料，因此造孔比較容易，用一般的輕型鉆機(jī)或其它代用設(shè)備都可。如有的地方常用“錐探”或沖擊鉆、螺旋鉆造孔方法，用來(lái)在土壩中干法造孔十分輕便、快捷，錐探大多是采用帶活錐頭的Φ42mm或Φ50mm鉆桿或再大一些的無(wú)縫鋼管，直接垂擊到孔底，然后逐步上拔灌漿，將錐頭留在孔底；采用螺旋鉆或沖擊鉆時(shí)，造孔完畢后在孔口段下設(shè)1.5~2m的套管，套管周?chē)�開(kāi)挖直徑0.5m，深度0.5~1.0m，然后用粘土回填夯實(shí)作為阻漿塞；采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)（如XU一100型鉆機(jī)）用濕法鉆進(jìn)造孔的，鉆至預(yù)定深度后再下入套管，在套管底部作好止?jié){（用纏麻、橡皮或回填粘土夯實(shí)作為阻漿塞），然后逐段上拔灌漿。采用濕法造孔時(shí)，要盡量少用清水，以防造成“濕陷”、“縮孔”和使固結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)等。

　　 灌漿孔施工孔位與設(shè)計(jì)孔位的偏差值不得＞10cm，孔深應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，實(shí)際孔位、孔深應(yīng)有記錄。在發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜值超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾正或采取補(bǔ)救措施；深孔鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制孔深20m以內(nèi)的偏差；鉆進(jìn)過(guò)程中，如發(fā)生有掉鉆、坍孔、鉆速變化、涌水等異常情況時(shí)，應(yīng)詳細(xì)記錄、分析原因，經(jīng)查明處理后再行鉆進(jìn)；在鉆進(jìn)結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行鉆孔沖洗，孔底沉積厚度不得超過(guò)20cm;在施工作業(yè)暫時(shí)中止時(shí)，孔口應(yīng)妥加保護(hù)，防止流進(jìn)污水和落入異物。

　　4灌漿用土料和漿液稠度

　　 土壩劈裂灌漿用的土料，大多用能在當(dāng)?shù)卣业降木哂幸欢ㄕ承缘妮p粘土或壤土，或直接采用經(jīng)粉碎、硯磨加工后的袋裝粘土粉。灌漿初期很少摻用水泥，在反復(fù)灌漿后面的施工次序時(shí)，可適量摻加少量水泥，水泥采用425#以上的普通硅酸鹽水泥，來(lái)加速漿液凝固和提高后期強(qiáng)度：但摻水泥過(guò)多，雖易在漿體中形成骨架，但不利于壩體回彈壓實(shí)，且形成的漿脈密度小、質(zhì)脆，不能適應(yīng)壩體變形，一般以摻量15％左右適宜。如果土的粘粒含量過(guò)高不僅造漿困難，而且析水時(shí)間長(zhǎng)，“結(jié)石”密度低，防滲性能反而不好。據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，粘粒（粒經(jīng)＜0.005mm的微粒）含量占25％～35％為宜，中、細(xì)砂含量可為10％～20%，其余為粉土。土的液限（We）為30％左右，塑限（Wp）為20％左右。

　　 采用上述土料一般不需耍特別處理，投人漿液攪拌機(jī)內(nèi)與水經(jīng)充分?jǐn)嚢枰欢〞r(shí)間后即可制成能用的灌注泥漿，泥漿穩(wěn)定性高，質(zhì)量好，巨不易析水。為了降低漿液的稠度，方便制作及輸送漿液，可摻加適量的分散劑，使得漿液的流動(dòng)性得到改善。

　　 灌注的泥漿，要先稀后稠。以稀漿進(jìn)行劈裂，打開(kāi)通道；以稠漿正式灌注，形成“泥墻”。漿液稠度用比重控制，稀漿多為1.2t/m3或1.3t/m3，然后經(jīng)過(guò)1.35t/m3、1.40t/m3、1.45t/m3到1.50t/m3結(jié)束。上述泥漿的馬什漏斗粘度大約為30～60s。經(jīng)析水固結(jié)后“泥墻”體的滲透系數(shù)K值約為10-7~10-8cm/s。

　　5灌注方法

　　 土壩劈裂灌漿也要按逐步加密原則劃分次序進(jìn)行，不宜在小范圍內(nèi)集中力量搞快速施工。

　　 每個(gè)灌漿深孔都應(yīng)自下而上分段灌漿。先將置入的孔管提離孔底2～3m作第一段灌漿，等經(jīng)過(guò)多次復(fù)灌完畢后再上提2～4m作第二段灌漿，如此進(jìn)行直到全孔灌完。

　　 漿液自管底壓出，促使劈裂從最低處開(kāi)始，而后向高處延伸，爭(zhēng)取做到“內(nèi)劈外不劈”，提高灌漿效果，并力求避免將劈縫延伸到壩頂，產(chǎn)生冒漿。為此目的，限制注漿率不能太快，每次的注漿量不能太多，從而限制住每次的劈縫不能延伸得太遠(yuǎn)，開(kāi)裂得太寬。所需要的“泥墻”厚度要在多次重復(fù)灌漿中逐步達(dá)到，而不能一氣呵成。在一個(gè)孔段中灌夠限定的漿量時(shí)，本次灌入即可停止，必要時(shí)再等下次重復(fù)灌漿。施工時(shí)注意如下幾點(diǎn)：

　　 l）孔深＞10m的壩段，劈裂灌漿不能采用簡(jiǎn)單的孔底注漿全孔封閉灌漿的辦法。使用較小的灌漿壓力可以使壩頂產(chǎn)生劈裂，容易形成上裂而下不裂的情況，達(dá)不到劈裂的目的。

　　 2）施工中嚴(yán)格按照次序進(jìn)行，待第I序孔灌漿結(jié)束后，再進(jìn)行第Ⅱ序孔的劈裂灌漿施工，這樣不易產(chǎn)生串漿冒漿。

　　 3）劈裂灌漿先稀后濃，劈裂過(guò)程中從壓力表上讀數(shù)，壓力出現(xiàn)突降時(shí)，表明已經(jīng)實(shí)現(xiàn)劈裂，產(chǎn)生劈裂后按級(jí)改灌濃漿。

　　 規(guī)定每次限定的灌入漿量，可根據(jù)該孔的施工次序及已達(dá)到的孔距、孔深和期望得到的劈縫寬度進(jìn)行計(jì)算，即Q=αβLhδ。

　　 式中：Q為每次限定的灌人漿量/m3；α為孔距系數(shù)，可取0.5～0.6；β為孔序系數(shù)，分三序施工時(shí)I序孔取0.5,Ⅱ序孔取0.3,Ⅲ序取0.2；分二序施工時(shí)I序取0.65,Ⅱ序取0.5；L為與相鄰孔的孔距/m;h為灌段中點(diǎn)的埋藏深度/m；δ為本次期望得到的平均劈縫寬度/m，不宜大于0.05m。

　　 下次復(fù)灌要在5d后進(jìn)行，使上次灌漿引入的多余水分和劈拉應(yīng)力得以消失。復(fù)灌的次數(shù)依據(jù)需要的“泥墻”厚度確定。

　　 根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，使用相當(dāng)于灌段以上土柱的重量甚至更小的壓力即可造成劈裂。高30m以下的壩大都采用0.05～0.5MPa。如果已達(dá)此壓力尚不見(jiàn)有劈裂跡象（即有壓力突降或注漿率猛增等現(xiàn)象）,證明該處屬密實(shí)，無(wú)需進(jìn)行劈裂灌漿，不可施加太大壓力。

　　 當(dāng)由于控制不妥，壩頂出現(xiàn)裂縫并從裂縫冒漿時(shí)，立即停止本次灌漿，等壓力和水分消散后再恢復(fù)灌漿。在正確控制下，如再次出現(xiàn)壩頂裂縫和冒漿，該孔的灌漿即可結(jié)束。

　　為獲得更好的灌漿效果，引起壩體一定程度的變形是不可避免的，為防止發(fā)生破壞性的位移，在灌漿過(guò)程中要作好監(jiān)測(cè)工作，可在壩體或壩端部、基準(zhǔn)點(diǎn)上設(shè)立位移觀測(cè)點(diǎn)，定期用儀器進(jìn)行位移的計(jì)量和觀測(cè)等。

　　6灌漿效果及質(zhì)量檢測(cè)

　　 灌漿結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行效果檢查和質(zhì)量檢測(cè)。但由于灌漿屬于隱蔽工程，工程質(zhì)量難于控制，因此宜綜合采用不同角度、多種方法的灌漿效果檢測(cè)手段。

　　6.1現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)

　　 在整個(gè)灌漿現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面察看，尤其對(duì)照灌漿前的隱患部位仔細(xì)察看。檢查對(duì)比各處巖土水體在灌漿前后的變化情況，從而判斷灌漿的效果。

　　6.2水文試驗(yàn)參數(shù)

　　 灌漿施工結(jié)束后，重點(diǎn)在地質(zhì)條件不好的地段以及灌漿質(zhì)量較差或有疑問(wèn)的部位布置檢查孔，數(shù)目約為總灌漿孔數(shù)的5％～10%，通過(guò)用壓水、注水或抽水等方法測(cè)定出流量及滲透系數(shù)，比較灌漿前后的數(shù)據(jù)，可檢測(cè)出灌漿效果。

　　6.3鉆孔巖芯檢測(cè)

　　 通過(guò)鉆孔，從灌漿體內(nèi)取出原狀樣品，比較觀察巖芯的變化及進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究，據(jù)物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)灌漿效果作出評(píng)價(jià)。

　　7結(jié)論

　　 l）土壩劈裂灌漿作為一項(xiàng)制止沿土體滲漏的經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便、快速而又有效的處理措施，值得在漏水壩體止漏方面進(jìn)行推廣使用，其施工關(guān)鍵是確保布孔時(shí)能有效地穿過(guò)滲漏區(qū)，并且控制好灌漿時(shí)的壓力，限制注漿率不能太快，每次的注漿量不能太多，限制住每次的劈縫不能延伸得太遠(yuǎn)、開(kāi)裂得太寬，從而達(dá)到劈裂灌漿的目的。

　　 2）劈裂灌漿由于在堤壩止漏防滲方面良好的灌漿效果和經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣使用。

　　 3）隨著劈裂灌漿技術(shù)的發(fā)展，除了適合應(yīng)用于堤壩的防滲加固外，在處理軟弱地基時(shí)，劈裂灌漿也被越來(lái)越多地用作提高地基承載力和消除建筑物沉降的手段。