劈裂灌浆

【摘要】 文章主要介绍了劈裂灌浆的加固原理及其在秋风岭水库主坝加固工程 中的施工过程和质量控制。 【关键词】劈裂灌浆；加固原理；方法 一、劈裂灌浆的加固原理和特点 堤体劈裂灌浆的理论基础是水力劈裂原理，即向土体内的孔内压水或灌浆 时，作用在孔壁上的径向压力引起孔的扩张，使孔壁土体受劈裂挤应力，而当这 些应力超过土体的抗拉强度时，就会在土体内产生一些裂缝，这种裂缝的产生过 程称之为水力劈裂。 水利上的堤坝是人工堆筑成的长条形土料建筑物， 为梯形断面，由于受多种 自然因素的影响，常出现一些不稳定现象。如果向不稳定的堤段造孔并向堤体孔 内压注浆液，加上浆液自重因素，使堤体沿轴线方向形成一道或数道粘土帷幕， 则可达到消险固堤的作用。这种施工过程我们称之为劈裂灌浆。 劈裂式灌浆技术在土坝坝体除险加固中具有投资小、 见效快、设备和技术简 单、操作方便等优点，已经被广泛地运用。但在具体操作中应注意施工工艺，保 证灌浆的质量，才能达到预期的效果。 二、工程简介 秋风岭水库位于广东省潮阳市西南部的两英镇境内，距市区36 公里，距32 4 国道约 7.5 公里，属练江支流的秋风水系。坝址以上集雨面积105.1 平方公里， 总库容 6903 万 m3。水库兼顾防洪、灌溉、供水、发电等效益，是潮阳市库容最 大的一宗水库。 秋风岭水库主坝总长为 1650 米，为广东省最长的大坝之一，坝体平均高度 约 20 米。坝体建于 20 世纪 50 年代末期，主要依靠人工挑土筑坝，因此施工质 量存在一定的问题，且经过多年的水压作用，坝体部分已出现险情，渗水现象较 严重，对坝体的加固已刻不容缓。 坝体的劈裂灌浆工程量约为 11127.2m，采用单排布孔，孔距 4.0m，劈裂灌 浆孔施工轴线为平行于坝顶轴线，位于大坝改建后坝顶轴线下游 0.5m。劈裂灌 浆形成的墙体与高喷防渗墙相连接。 水库主要挡水建筑物为均质土坝，坝顶高程 48.0m，坝顶宽度 7.0m，坝顶长 1650m，根据地层地质资料，从上而下为： 第一，人工回填土，为花岗岩风化土，局部为岩脉风化粘性土及粉质粘土。 主坝上部 10m 段渗透性较强，中下部土质较密实，渗透性较弱。 第二，花岗岩全风化土，透水性较弱。 第三，强风化花岗岩，透水性中等，局部破碎带透水性强。 三、施工方法 （一）劈裂灌浆孔施工平面布置 施工孔平面布置如下图所示：（空白孔为Ⅰ序孔，阴影孔为Ⅱ序孔） 图 1 灌浆孔平面布置图 （二）劈裂灌浆的主要施工设备 表 1 主要施工设备的名称、规格型号、数量 [1][1] [2][2] [3][3] 下一页下一页 （三）劈裂灌浆注浆试验 根据设计要求和本劈裂灌浆防渗工程有代表性地质的地层，进行试验。 开挖 检查以便直接观察情况，测定灌浆厚度。有关技术要求分别参照《水利水电工程 钻孔试验规程》执行。根据试验确定起初劈裂压力P、裂缝扩展压力Pc、最大控 制注浆压力 Pmin、注浆量 Q 等，以指导本工程整个过程的施工。 （四）劈裂灌浆施工主要技术参数 1.注浆深度、布孔、段高 注浆深度：为坝体清基线以上人工填土部分。 布孔：采用单排布孔，孔距 4.0m，分二序施工。 段高：为全孔一次灌注法。 2.浆料选择 选用红粘土浆，浆液比重为 1.30。 （五）劈裂灌浆施工 劈裂灌浆施工采用“坝体分段，单排布孔，分序钻灌，孔底注浆，全孔灌注， 综合控制，少灌多复”的原则。 1.劈裂灌浆施工工艺流程 开挖沟槽→钻孔→制浆→灌浆→终灌→封孔 2.劈裂灌浆施工方法 劈裂灌浆施工采用 XY-100 型钻机 2 台套造孔，YSB-250/120 型调速注浆泵 2 台套，分两序施工，先进行Ⅰ序孔施工，再进行Ⅱ序孔施工。材料采用粘土浆， 浆液比重为 1.30。 （六）施工要点 1.钻孔施工： （1）钻孔采用回转钻机钻进，泥浆护壁；钻孔孔径 φ89mm。 （2）钻孔开孔位置与设计位置偏差不得大于 50mm。 （3）钻孔施工时应采取预防孔斜的措施，并应按设计要求测量孔斜。孔底 偏斜率不应超过 1.5%。 （4）钻孔的有效深度应穿过待注浆地层进入下部地层 1.0～2.0m 为宜。 （5）选定部分一序孔作为向导孔，采用芯样、划分层位，其深度应大于墙 体深度，间距不宜大于 20m。钻进时应详细记录孔位、孔深、地层变化和漏浆、 掉钻等特殊情况。 （6）孔口管埋设：注浆钻孔时埋设孔口管，以防止孔口塌落及孔口返浆， 使坝的顶部注浆压力由孔口管承担，以避免地层表面劈裂，使灌注浆液在地层内 始终处于封闭状态，因而可施加较大的注浆压力，促使浆液析水固结；当孔口压 力消失后， 地层所产生的回弹压力较大，有利于提高浆液的固结速率和浆体固结 的密实度。在黏性土地层注浆压力不大的情况下，直接将孔口管打入地层 3～5 m，利用黏性土的黏结力来防止冒浆及平衡注浆顶托力；在松散无黏性地层或注 浆压力较大的情况下， 应在孔口预先挖 2m 左右深的坑， 将孔口管下入 3～5m 后， 在管周边回填黏性土并夯压密实，必要时可回填塑性混凝土。 2.制浆。采用搅拌机湿法制浆，随时测定泥浆密度，控制达到设计要求，浆 液比重为 1.30。开始采用稀浆灌注，待坝体被劈裂后，改用浓浆。 3.灌浆。施灌原则是“稀浆开始，浓浆灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多复， 控制浆量”，施工时要将注浆管下到离钻孔底部 0.5～1.0m 处。启动灌浆泵泥浆 由射管喷出。浆液劈裂坝体始于注管底部，沿小主应力作用面，逐渐向上发展。 孔底注浆可施加较大压力，使坝体内部劈开，把较多的泥浆压入坝体，产生挤压 变形，待停灌后，坝体产生回弹，有利于提高坝体和浆脉的密度。全孔灌注，浆 液从注浆管底部涌出，自下而上、从压力大处向压力小处、从坝体质量好部分向 质量差部分、从已充填部分向未充填的部分、从裂缝中间向边缘流动和充填。要 求每次灌浆后，要提一提注浆管，以免孔底堵塞和孔口冒浆。灌 1～2 次后，可 提管 1～2m。 4.终灌。经反复轮注后，浆体帷幕厚度须达到设计标准 20cm。如连续 3 次 不再吃浆或坝顶连续 3 次冒浆即可终灌，直观上要以饱、满、实为度。 5.封孔。 在终灌后， 先将注浆管插入孔底， 再注入浓浆将稀浆或清水置换掉， 直至浓浆（采用 0.5∶1 以上的浓浆）填满全孔为止，待浆液折水沉淀后，再进 行第二次封填，直至钻孔封满为止。 6.灌浆期原型观测。 按设计要求沿坝轴线方向每隔 20m 设一观测标点， 每级 至少分别在坝顶上、下游坝肩处各设一个观测标点，标点用砼桩或木桩做成。灌 浆施工前应对布设的各桩垂直位移点观测 2 次，灌浆期每班观测 1～2 次，坝面 出现裂缝时，应增加观测次数，灌浆间歇期每 2 天观测 1 次。灌浆期间坝顶上下 游坝肩处横向水平位移每次不得大于 25mm。 7.注浆中特殊情况的处理。注浆过程中，有时会遇到冒浆、串浆等一些特殊 情况，对这些情况的处理往往需采用一些特殊的方法。分述如下： （1）冒浆：对孔口冒浆可采用重新回填黏土或在黏土中掺入少量水泥的方 法，封堵套管外壁与孔壁之间间隙。对孔口以外部分的冒浆，可采用限流、限压 及嵌缝的方法处理，如该法处理无效，则应停注待浆液凝结后再进行复注。 （2）串浆：在注浆过程中，若出现相邻两孔或隔孔冒