劈裂灌漿在大堤防滲加固中的應用

　　摘要：本文對劈裂灌漿在大堤防滲加固中的應用進行了分析，提出了自己的一些看法，可供同行參考學習。
　　關鍵詞：劈裂灌漿 大堤 防滲加固
　　中圖分類號： TV543 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　
　　1 工程概況
　　某大堤位于廣東省梅縣境內，由于施工土質差，碾壓不密實，為確保大堤防洪安全，2001年對該堤段施行黏土高壓充填式灌漿處理，2003年、2005年又對該堤段進行了復灌處理，堤身空隙得到初步填塞，密實度有所改善。但當充填灌注的泥漿析水固結后，堤內仍留有空隙，特別是單孔灌漿量大的堤段尤為明顯。為徹底消除工程隱患，2008年6～10月，利用水位較低的時機實施劈裂式帷幕灌漿對大堤進行防滲加固處理。
　　
　　2 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，即向土體內的孔內壓水或灌漿時，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，就會在土體內產生一些裂縫，這種裂縫的產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，常出現一些不穩定現象。如果向不穩定的堤段造孔并向堤體孔內壓注漿液，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、操作方便等優點，已經被廣泛地運用。但在具體操作中應注意施工工藝，保證灌漿的質量，才能達到預期的效果。
　　
　　3 灌漿方法的選用
　　高壓填充式灌漿法主要用于堤基基礎灌漿，適合治理因基礎不良而引起的管涌。大堤就曾采用此種方法進行防滲加固處理，但實際效果并不理想。低壓速凝式灌漿法則一般用于高危水位下搶險堵塞管涌。劈裂式帷幕灌漿法對于加固堤身，防止堤身滲漏有較好效果，比較適合施工土質差，碾壓不密實的堤防防滲加固，鑒于大堤隱患的實際情況采用此法較好。其做法是根據堤壩曲直不同情況，用淺孔輕便鉆機或更簡單的鉆具，分別采用梅花形布孔和直線布孔方式，沿堤壩軸線從堤頂離堤外肩1.5ｍ處鉆孔，一般孔距5ｍ左右，孔深根據堤身情況分別以鉆透堤身填土或穿過堤身鉆入基礎１～２ｍ為宜。灌漿時由下而上，少灌多復；泥漿由稀到稠，循序漸進；壓力由大到小，靈活掌握。這樣，可較好地處理灌漿中出現的冒漿、串漿、滑坡、局部隆起等問題，使灌入的泥漿沿堤的軸向形成一道帷幕，達到改善堤身質量、防止滲漏的目的。
　　
　　4 灌漿設計
　　考慮到大堤質量普遍較差，填土不密實，因而采用水泥黏土劈裂灌漿，在壩體內部形成一道水泥黏土防滲帷幕，堵塞漏洞、裂縫，切斷軟弱層，提高壩體的防滲能力，同時通過漿、壩互壓和濕陷，使壩體內部應力重新分布，提高壩體變形穩定性。
　　(1)灌漿孔布置。劈裂灌漿孔在離上游堤肩2ｍ處，平行大堤縱軸線布置一排，采用２序孔，第一序孔距10ｍ第二序后成孔距為5ｍ，孔深9ｍ。共需布置劈裂孔250個。
　　(2)漿液配比。為加速泥漿硬化，漿液采用水泥黏土漿，水泥含量約為10％。灌漿開始采用稀漿，比重為1.2左右，當壩體被劈開后，采用稠漿，漿液比重為1.5左右。水泥與黏土按重量比例配制好并拌合均勻后，再投放制漿筒內加水制漿，不允許將水泥直接倒入制漿筒，以防水泥與黏土混合不勻造成堵管、堵孔事故，影響灌漿質量。
　　(3)孔口壓力計算。
　　劈裂灌漿孔口壓力如下：
　　Δρ＝α－１ｋγ１ｈ１＋бｅ＋бｔ－１０－３γｈ
　　式中：Δρ為錐探鉆孔起劈壓力kg／cm2；α為錐探孔應力集中系數，取α＝2.25；ｋ為側壓力系數，?。耄?.4；γ１為濕土容重，取γ１＝1.85ｇ／cm3；h1為錐探孔深度，取h1＝9m；бｅ＝為擠壓鉆孔孔壁回彈應力，取бｅ＝0.3kg／cm2；6ｔ為孔壁的單軸抗拉強度，取бｔ＝0.2kg／cm2；γ為水泥與黏土漿容重，取γ＝1.5ｇ／cm3；ｈ為泥漿柱高度?。瑁剑梗怼?br/>　　取值代入后計算結果為Δρ＝1.23kg／cm2，即劈裂灌漿孔底起劈的孔口控制壓力。施灌中，若孔口壓力達到設計壓力值時仍未劈裂，可經現場技術人員研究同意后，提高孔口壓力，但最高值不得超過2kg／cm2。
　　
　　5 灌漿施工
　　(1)灌漿機械的選擇。造孔機械采用錐探機，造孔孔徑為35ｍｍ，灌漿機械采用泥漿泵。灌漿主要機械設備有：土鉆機１臺，BW200／40型雙缸泥漿泵２臺，D－07單桶打漿機１臺，潛水泵１臺，195柴油發電機１臺，295柴油機２臺，195柴油機１臺，摩擦桿、輸漿管若干。(2)造孔。首先按設計要求布孔，然后按序進行造孔，造孔應保證鉛直，偏斜不得大于20cm。造孔應采用干法，不得用清水循環鉆進。為不影響交通及施工方便，由施工方提議，經研究并報上級主管部門同意，灌漿孔更改為距上游肩1.5m（原設計2.0m），單排布置。(3)制漿。采用泥漿攪拌機制漿。在迎水坡坡肩處挖一個泥漿過濾池、一個泥漿池，用Ｄ－０７單桶打漿機制備純黏土漿及黏土水泥漿，制成漿液經2mm網篩過濾后流入泥漿池。制漿的土料塑性指數IP＞12，是由上級主管部門指定地點并經檢驗合格后確定使用的。(4)灌漿。灌漿采用孔底注漿全孔灌注的方法。灌漿開始采用稀漿，經過３～５min后加大泥漿稠度；在灌漿中，應先對第一序孔輪灌，采用“少灌多復”的方法，待第一序孔灌漿結束后，再進行第二序孔灌漿，每次最大灌漿量應按7m3左右控制，每孔灌漿5次，每次間隔5d；灌漿過程中，壩頂裂縫小于2cm，壩肩處橫向水平位移小于3cm。(5)灌漿結束標準及封孔。當堤頂裂縫連續２次冒漿，堤頂裂縫又基本連成一線時，即可認為灌漿結束。灌漿結束后，將注漿管拔出，注滿容重大于1.5ｔ／m3的稠泥漿，如果漿面下降，可繼續灌注稠漿，直至漿面升至壩頂不再下降為止。
　　
　　
　　6 灌漿過程中遇到的問題及分析處理
　　(1)在灌漿過程中，堤身轉彎處及工程中間偏北部分出現異常裂縫（斜、橫向裂縫），經分析，是由于堤身原施工質量差，堤身局部應力復雜，尚未形成主應力。出現異常裂縫后立即停灌，待堤身應力得到一定程度調整，過一段時間后再灌。第二次復灌時基本沒有出現此現象。
　　(2)灌漿過程中，迎水坡冒漿情況較多，與該處堤身原施工質量差有關。冒漿全部出現在護坡石縫處，經采取剔縫并拌和水泥封堵的方法處理后不再冒漿。
　　(3)一序孔平均單孔吃漿量在18m3左右，部分孔吃漿量為35～70m3。一序＃114孔的單孔吃漿量達141.2m3，在灌漿過程中，孔口壓力與周邊孔基本正常，但裂縫長達13m，經核實，該處堤身構筑時系為兩個鄉的施工交界處，均未碾壓到位，造成堤身極不密實，故吃漿量很大。
　　
　　7 結論
　　劈裂灌漿完成以后，經過一段時間，等粘土漿完全析水固結后，各孔終止灌漿均達到標準，封孔、灌漿中出現的問題及其處理，基本上符合設計要求，灌漿效果較好，灌漿后堤身形成一道防滲帷幕。灌漿結束一年后，在2009年汛前高水位時的驗收鉆探測定分析，大堤的滲漏窨潮現象消失由此可見劈裂式帷幕灌漿法滿足設計要求，在大堤滲漏加固中應用效果良好。