zt劈裂灌漿的加固原理及其施工方法

1、劈裂灌漿的加固原理及其施工方法2006年第4期(2月下 總第90期)洪忠景，莫煥求（廣東省水利水電第三工程局，廣東 東莞 523710）【摘 要】文章主要介紹了劈裂灌漿的加固原理及其在秋風嶺水庫主壩加固工程中的施工過程和質(zhì)量控制?！娟P鍵詞】劈裂灌漿；加固原理；方法【中圖分類號】 TV640.3 【文獻標識碼】 A【文章編號】 1008-1151(2006)04-0009-02 一、劈裂灌漿的加固原理和特點堤體劈裂灌漿的理論基礎是水力劈裂原理，即向土體內(nèi)的孔內(nèi)壓水或灌漿時，作用在孔壁上的徑向壓力引起孔的擴張，使孔壁土體受劈裂擠應力，而當這些應力超過土體的抗拉強度時，就會在土體內(nèi)產(chǎn)生一些裂縫，這種

2、裂縫的產(chǎn)生過程稱之為水力劈裂。水利上的堤壩是人工堆筑成的長條形土料建筑物，為梯形斷面，由于受多種自然因素的影響，常出現(xiàn)一些不穩(wěn)定現(xiàn)象。如果向不穩(wěn)定的堤段造孔并向堤體孔內(nèi)壓注漿液，加上漿液自重因素，使堤體沿軸線方向形成一道或數(shù)道粘土帷幕，則可達到消險固堤的作用。這種施工過程我們稱之為劈裂灌漿。劈裂式灌漿技術在土壩壩體除險加固中具有投資小、見效快、設備和技術簡單、操作方便等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛地運用。但在具體操作中應注意施工工藝，保證灌漿的質(zhì)量，才能達到預期的效果。二、工程簡介秋風嶺水庫位于廣東省潮陽市西南部的兩英鎮(zhèn)境內(nèi)，距市區(qū)36公里，距324國道約7.5公里，屬練江支流的秋風水系。壩址以上集雨面積

3、105.1平方公里，總庫容6903萬m3。水庫兼顧防洪、灌溉、供水、發(fā)電等效益，是潮陽市庫容最大的一宗水庫。秋風嶺水庫主壩總長為1650米，為廣東省最長的大壩之一，壩體平均高度約20米。壩體建于20世紀50年代末期，主要依靠人工挑土筑壩，因此施工質(zhì)量存在一定的問題，且經(jīng)過多年的水壓作用，壩體部分已出現(xiàn)險情，滲水現(xiàn)象較嚴重，對壩體的加固已刻不容緩。壩體的劈裂灌漿工程量約為11127.2m，采用單排布孔，孔距4.0m，劈裂灌漿孔施工軸線為平行于壩頂軸線，位于大壩改建后壩頂軸線下游0.5m。劈裂灌漿形成的墻體與高噴防滲墻相連接。水庫主要擋水建筑物為均質(zhì)土壩，壩頂高程48.0m，壩頂寬度7.0m，壩頂

4、長1650m，根據(jù)地層地質(zhì)資料，從上而下為：第一，人工回填土，為花崗巖風化土，局部為巖脈風化粘性土及粉質(zhì)粘土。主壩上部10m段滲透性較強，中下部土質(zhì)較密實，滲透性較弱。第二，花崗巖全風化土，透水性較弱。第三，強風化花崗巖，透水性中等，局部破碎帶透水性強。三、施工方法（一）劈裂灌漿孔施工平面布置施工孔平面布置如下圖所示：（空白孔為序孔，陰影孔為序孔）圖1灌漿孔平面布置圖（二）劈裂灌漿的主要施工設備表1 主要施工設備的名稱、規(guī)格型號、數(shù)量 （三）劈裂灌漿注漿試驗根據(jù)設計要求和本劈裂灌漿防滲工程有代表性地質(zhì)的地層，進行試驗。開挖檢查以便直接觀察情況，測定灌漿厚度。有關技術要求分別參照水利水電工程鉆孔

5、試驗規(guī)程執(zhí)行。根據(jù)試驗確定起初劈裂壓力P、裂縫擴展壓力Pc、最大控制注漿壓力Pmin、注漿量Q等，以指導本工程整個過程的施工。（四）劈裂灌漿施工主要技術參數(shù)1.注漿深度、布孔、段高注漿深度：為壩體清基線以上人工填土部分。布孔：采用單排布孔，孔距4.0m，分二序施工。段高：為全孔一次灌注法。2.漿料選擇選用紅粘土漿，漿液比重為1.30。（五）劈裂灌漿施工劈裂灌漿施工采用“壩體分段，單排布孔，分序鉆灌，孔底注漿，全孔灌注，綜合控制，少灌多復”的原則。1.劈裂灌漿施工工藝流程開挖溝槽鉆孔制漿灌漿終灌封孔2.劈裂灌漿施工方法劈裂灌漿施工采用XY-100型鉆機2臺套造孔，YSB-250/120型調(diào)速注漿

6、泵2臺套，分兩序施工，先進行序孔施工，再進行序孔施工。材料采用粘土漿，漿液比重為1.30。（六）施工要點1.鉆孔施工：（1）鉆孔采用回轉(zhuǎn)鉆機鉆進，泥漿護壁；鉆孔孔徑89mm。（2）鉆孔開孔位置與設計位置偏差不得大于50mm。（3）鉆孔施工時應采取預防孔斜的措施，并應按設計要求測量孔斜?？椎灼甭什粦^1.5%。 （4）鉆孔的有效深度應穿過待注漿地層進入下部地層1.02.0m為宜。（5）選定部分一序孔作為向?qū)Э?，采用芯樣、劃分層位，其深度應大于墻體深度，間距不宜大于20m。鉆進時應詳細記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿、掉鉆等特殊情況。（6）孔口管埋設：注漿鉆孔時埋設孔口管，以防止孔口塌落及孔口返

7、漿，使壩的頂部注漿壓力由孔口管承擔，以避免地層表面劈裂，使灌注漿液在地層內(nèi)始終處于封閉狀態(tài)，因而可施加較大的注漿壓力，促使?jié){液析水固結(jié)；當孔口壓力消失后，地層所產(chǎn)生的回彈壓力較大，有利于提高漿液的固結(jié)速率和漿體固結(jié)的密實度。在黏性土地層注漿壓力不大的情況下，直接將孔口管打入地層35m，利用黏性土的黏結(jié)力來防止冒漿及平衡注漿頂托力；在松散無黏性地層或注漿壓力較大的情況下，應在孔口預先挖2m左右深的坑，將孔口管下入35m后，在管周邊回填黏性土并夯壓密實，必要時可回填塑性混凝土。2.制漿。采用攪拌機濕法制漿，隨時測定泥漿密度，控制達到設計要求，漿液比重為1.30。開始采用稀漿灌注，待壩體被劈裂后，改

8、用濃漿。3.灌漿。施灌原則是“稀漿開始，濃漿灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多復，控制漿量”，施工時要將注漿管下到離鉆孔底部0.51.0m處。啟動灌漿泵泥漿由射管噴出。漿液劈裂壩體始于注管底部，沿小主應力作用面，逐漸向上發(fā)展?？椎鬃{可施加較大壓力，使壩體內(nèi)部劈開，把較多的泥漿壓入壩體，產(chǎn)生擠壓變形，待停灌后，壩體產(chǎn)生回彈，有利于提高壩體和漿脈的密度。全孔灌注，漿液從注漿管底部涌出，自下而上、從壓力大處向壓力小處、從壩體質(zhì)量好部分向質(zhì)量差部分、從已充填部分向未充填的部分、從裂縫中間向邊緣流動和充填。要求每次灌漿后，要提一提注漿管，以免孔底堵塞和孔口冒漿。灌12次后，可提管12m。4.終灌。經(jīng)反復

9、輪注后，漿體帷幕厚度須達到設計標準20cm。如連續(xù)3次不再吃漿或壩頂連續(xù)3次冒漿即可終灌，直觀上要以飽、滿、實為度。5.封孔。在終灌后，先將注漿管插入孔底，再注入濃漿將稀漿或清水置換掉，直至濃漿（采用0.51以上的濃漿）填滿全孔為止，待漿液折水沉淀后，再進行第二次封填，直至鉆孔封滿為止。6.灌漿期原型觀測。按設計要求沿壩軸線方向每隔20m設一觀測標點，每級至少分別在壩頂上、下游壩肩處各設一個觀測標點，標點用砼樁或木樁做成。灌漿施工前應對布設的各樁垂直位移點觀測2次，灌漿期每班觀測12次，壩面出現(xiàn)裂縫時，應增加觀測次數(shù)，灌漿間歇期每2天觀測1次。灌漿期間壩頂上下游壩肩處橫向水平位移每次不得大于2

10、5mm。7.注漿中特殊情況的處理。注漿過程中，有時會遇到冒漿、串漿等一些特殊情況，對這些情況的處理往往需采用一些特殊的方法。分述如下：（1）冒漿：對孔口冒漿可采用重新回填黏土或在黏土中摻入少量水泥的方法，封堵套管外壁與孔壁之間間隙。對孔口以外部分的冒漿，可采用限流、限壓及嵌縫的方法處理，如該法處理無效，則應停注待漿液凝結(jié)后再進行復注。（2）串漿：在注漿過程中，若出現(xiàn)相鄰兩孔或隔孔冒漿，這表明堤壩地基已經(jīng)劈裂，串漿兩孔之間漿脈已經(jīng)溝通。處理這種現(xiàn)象，一是將冒漿孔用止?jié){塞堵上，然后在注漿孔再繼續(xù)注漿，另一種是將注漿孔與冒漿孔并聯(lián)，同時進行灌注。（3）隆起：注漿期地層隆起，一是由于注漿時產(chǎn)生水平劈裂

11、，在注漿壓力作用下，對地層產(chǎn)生抬動。在這種情況下，應采取限壓方法或在保持注漿壓力的前提下，控制注入量。二是由于在注漿壓力作用下，對濕陷性大的土體產(chǎn)生擠壓變形，而造成局部隆起。這時，則應降低注漿壓力或調(diào)整施工方案?？傊?，注漿中地層的隆起是應盡量避免的，若發(fā)生，則應找出原因，采用相應的處理措施后，再繼續(xù)注漿，以免對土壩質(zhì)量造成不良影響。（4）吸漿量過大：一種情況是注漿土體過于疏松，在注漿壓力作用下，伴隨著出現(xiàn)較大的壓縮變形，使裂縫加寬，吸漿量增大。這時，伴隨注漿量的增加，壓力將逐步上升，應繼續(xù)灌注到壓力上升至設計壓力或反復灌注到地層不吸漿為止。另一種情況是地層存在掏刷形成的空洞，這時應一直灌注到空洞填滿為止。四、效果評價劈裂灌漿完成以后，經(jīng)過一段時間，等粘土漿完全析水固結(jié)后，隨機對灌漿的部位進行開挖，檢