淺談劈裂灌漿在水庫土壩中的防滲加固機理

摘 要：水庫土壩是水利工程建設中的重要組成部分，它的質量直接關系到整個工程的質量。對于土壩的防滲加固我們主要采用劈裂灌漿技術，進而增強壩體的穩固性。這也是當前針對水庫土壩防滲加固的重要應用方法，取得的效果也是十分明顯的。文章主要闡述了這中劈裂灌漿技術，希望能夠給同類工程一定的參考。

關鍵詞：壩體加固；劈裂灌漿；數值模擬分析

引言

當前，在世界范圍內土石壩已經被廣泛地應用到水利工程建設中，隨著土石壩工程建設的不斷發展，在工程建設的過程中也出現了很多的工程事故，為此付出了沉重的代價。所以，我們必須認真地對待土石壩工程，不斷的提高工程建設的質量，盡可能地減少事故的發生。在工程事故中有很多都是由于土石壩老化或者是出現了異常情況，因此，我們應該根據工程問題的實際情況采取相應的加固措施。一般來說，在土石壩簡稱以后，往往會隨著使用年限的增長，而出現老化現象。一旦壩體受到超出自身承受能力的壓力就會造成損害，進而發生事故。通過相關統計我們可以了解到，由于壩體滲漏而導致的工程事故占總事故的百分之三十到百分之四十。因此，國家應該重視土石壩加固工程，增加對該工程的資金投入，在全國范圍內開展相關的水庫除險加固工程，進一步促進我國水利事業的快速發展。

1 劈裂灌漿方法研究

隨著我國堤壩加固工程建設的快速發展，劈裂灌漿技術得到了更為廣泛的應用。此種技術主要是在傳統灌漿技術的技術上，通過分析堤壩裂縫形成的原因進以及使用該項技術規律的基礎上研究出來的。這種技術最先在美國開始使用，早在一九七零年美國就宰希爾克里格壩使用了該項技術，但是在建成后出現了滲漏問題；緊接著在英國的巴爾德赫德壩也使用了該項技術，不過也出現了裂縫問題。這些問題的出現使當時的人們出于種種的考慮而沒有讓這門技術得到發展。

我國解放初期在黃河大堤首次用鋼釬探測隱患，然后進行灌漿，取得了較好的效果。而后在一些中小型水庫上壩上進行充填式灌漿。到了70年代該技術開始用于處理一些大中型水庫的壩體隱患。到了70年代后期，人們總結了充填灌漿的經驗教訓，分析了壩體裂縫成因和灌注泥漿劈裂壩體的規律，提出了土壩壩體劈裂灌漿理論。劈裂灌漿與充填式灌漿有本質的區別。壩體劈裂灌漿是從產生壩體隱患的原因入手，利用壩體小主應力的分布規律進行布孔，利用水力劈裂原理，施加一定的灌漿壓力，有計劃有控制地劈裂壩體，灌注適宜的泥漿，通過漿壩互壓和壩體的濕陷固結等作用，使所有與漿脈連通的裂縫、洞穴、水平疏松層等隱患得到充填擠壓密實，形成豎直連續的漿體防滲帷幕。改善壩體內部的應力狀態，改善壩體的滲透穩定性和變形穩定性。隨著劈裂灌漿加固技術的推廣應用，其理論研究也得到不斷的發展。

隨著人們對劈裂灌漿技術重視程度的不斷增強，該項技術不論是在理論研究上還是工程實踐上都取得了一定的成就。但是由于這種施工技術自身的特殊性以及工程實踐的差異性，我們還有很多的理論問題還沒有解決，例如，漿液在工程中的固結有什么規律，灌漿對壩體應力的影響等等。不過我們雖然在理論上有了一定的研究，但是在實踐上還是欠缺的，這也就制約了該項技術的發展。

2 土壩劈裂灌漿加固機理

2.1 水力劈裂原理，指是在水壓力作用下，使原物體產生裂縫或使原有裂縫擴大的過程。如果無限域中的圓孔受到均勻液體壓力P，要計算介質中的應力，已有經典解答。如果介質初始應力為零，則當P>σi就會被劈裂，其中σi為介質的抗拉強度。若果介質初始應力為σ，則當P≥σ+σi就會被劈裂，式中如果σ是拉應力，則P+σ≥σi就會被劈裂。

2.2 土壩壩體的應力分布規律，土壩具有梯形斷面的條形建筑物，通過對土壩壩體的原形觀測及有限元分析，壩體內部應力分布規律一般如下：在壩軸線附近，土壩的豎向應力σi略小于土柱的自重壓力，土壩橫剖面的水平應力σx，比豎向應力σy小，約等于（0.3-0.5）σy，（即側壓力系數為0.3-0.5）。土壩填筑質量愈差，則側壓力系數愈小，壩頂部一定高度σx：還會出現拉應力。土壩的縱剖面的水平應力為σz二介于σx和σy之間。一般情況，土壩壩體壓應力符合σy>σz>σx的規律。根據土壩壩體的應力分布情況，利用水力劈裂原理，在壩軸線附近沿小主應力面布置灌漿孔。泥漿就容易沿這個平面將壩體劈開。

2.3 泥漿對壩體的劈裂充填作用

劈裂灌漿技術主要就是以漿液作為載體，通過高壓澆灌對壩體具有很強的填充作用。泥漿會對壩體內部被劈開的灌漿通道以及裂縫等進行填充，這種充填作用與灌漿作用是同時存在的，并且是同時進行的，直到壩體內部的縫隙被填滿。隨著灌漿次數的不斷增多，泥漿通過多次的擠壓，使壩體的密實程度有了明顯的提高，這就使壩體的防滲性得到了進一步的增強，進而防止壩體滲漏現象的產生。

2.4 濕陷作用

在灌漿的過程中，水分會隨著灌漿的深入而進入到壩體內部。水分子不僅會產生一定的會壓力對壩體土質產生一定的影響，而且還會產生濕陷作用，其的大小和土體自身性質有直接關系。濕陷作用對壩體的密實程度以及穩定性有很大的積極作用，可以減小壩體的弱應力范圍。但是隨著灌漿的減少，濕陷率也會變得越來越小。在停止灌漿之后，濕陷作用就會隨之變緩，即使是在復灌的時候濕陷也會變少。不過濕陷會導致壩體高度降低，體積也相應的變小，這會在壩頂出現裂縫，但是會隨著灌漿量的增多，裂縫會被填滿。

2.5 能量的調整和轉換

通過相關的研究發現，造成壩體滲漏的主要原因是因為壩體自身的變形以及內部的能量堆積到一定程度時出現了裂縫。為了杜絕這種隱患問題的發生，我們應該使壩體內部的堆積應力都是放出去，做好壩體能量的調整。我們在壩體防滲加固工程中使用劈裂灌漿技術，可以通過灌漿的壓力以及壩體自身的變形，使壩體自身的強弱應力之間發生能量的轉換，進而保證壩體內部的應力平衡，恢復壩體的穩定性。

2.6 漿壩互壓理論

這種技術主要是在根據水庫壩體自身彈性的基礎上，在灌漿施工過程中會伴隨著灌漿時間的增長和壓力的反復增長，壩體自身的彈性會不斷的回彈、張開，這就會使壩體和漿體反復的相互擠壓，進而形成連續的壩體防滲帶，增加了壩體的防滲性。此外，通過漿液和壩體的相互擠壓也可以彌補由于壩體的不均勻變形而產生應力不足問題，進而有效地平衡壩體的應力情況。基本解決了壩體的滲漏問題。

2.7 泥漿和壩體的固結和壓密

為了做好水庫壩體防滲工程，最為關鍵的問題就是泥漿能夠在壩體上固結以及固結的程度。而采用這種劈裂灌漿技術就是為了能夠讓泥漿在壩體中固結形成帷幕進而起到防滲的作用。通過分析可知，影響泥漿固結的原因有很多，例如施工材料的配合比、施工質量等等，此外還會受到工程施工場地以及實際的施工技術等的影響。

3 結束語

綜上所述，上文主要對劈裂灌漿防滲加固技術在水庫土壩施工中的應用。為了更好地應用這種技術，我們通常在使用這種技術的同時通過流固耦合分析方法對工程建設進行模擬。總之，作為一項有利于水利工程建設的技術，我們應該對它進行重視，增加對這項技術的研究，進而提高我國民生工程建設的步伐。

參考文獻

[1]王洪恩，盧超.堤壩劈裂灌漿防滲加固技術[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[2]唐宇陽.土壩劈裂灌漿技術在風田水庫主壩加固中的應用[J].廣東水利水電，2004（6）.