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摘要:本文对劈裂灌浆施工技术进行了分析，详细介绍了其施工的相关流程及注意事项，为相关工程提供借鉴。
关键词: 劈裂灌浆技术；防渗加固；施工处理
1 前言
劈裂灌浆技术是一种应用广泛的大坝加固技术，用劈裂灌浆防渗加固技术来改进坝体的稳定性，是堤坝加固领域的一种非常有效的加固方法，多年来该技术在中小型水库上坝防渗加固中得到广泛应用。
2 劈裂灌浆技术施工工艺
总体来说,劈裂灌浆技术经济、机理明确、工艺合理、施工简单,在工程中获得了广泛应用,但在实践中,还存在一些问题,如工期长、施工技术理论不完善等,所以需要对其施工工艺
流程进行探析。
2.1 施工准备
坝体劈裂灌浆是针对有缺陷坝体进行的一种处理措施。因此,施工前应对被灌坝体进行资料搜集,全面掌握有关的技术资料,包括施工期和运行期两个阶段。施工期阶段:摸清坝体的水文地质条件、筑坝土料的物理力学性质、施工季节、每层铺土厚度、干密度合格率、合龙龙口位置等情况。运行阶段:自水库蓄水以来历年坝体沉陷、水平位移、测压管水位与库水位的关系、浸润线出逸点高程、孔隙水压力的变化过程、坝体坝基漏水位置及漏量与库水位的变化关系等,当发现有不正常现象时,可进行少量钻探、井探或电测法查明土坝隐患位置。
2.2 布孔
劈裂灌浆一般采用坝顶单排布孔,对较高的土坝或隐患较多的土坝,可以采用双排或三排布孔;对于土坝表面已见裂缝和洞穴以及土坝岸坡段应多排梅花型布孔,也可沿裂缝布孔对于弯曲坝段,应采用梅花形布孔,适当加密孔距。
2.3 浆液选择
坝体劈裂灌浆对泥浆的一般要求是:可灌性好,稳定性高,析水固结快,形成浆体防渗性能强,变形模量与坝体土相近。泥浆的性能指标一般有密度(1.3～1.6g/cm3)、粘度(20～100s)、稳定性(0.05～0.1g/cm3)、失水量(制浆土料的性质、制浆时粘土颗粒的分散程度、泥浆容重的大小、外加压力、外加剂等)、胶体率(90%以上)和静切力(制浆土料的性质、粘土颗粒分散的程度、泥浆的密度大小、结构性能的强弱、外加剂的性能)等。可以看出,这些指标之间往往是矛盾的,所以,在选择浆液時,应统一考虑泥浆各种性能的相互关系,不能过分强调某一方面,宜通过实验来选择合适的浆液。
2.4 钻孔
对于劈裂灌浆钻孔施工,主要有以下几个方面的要求。
①孔位和孔斜满足设计要求,要求孔位偏差≤±3cm,孔斜不超过1%。
②孔径大小和钻孔深度要满足设计要求。根据灌浆方法选择合理的孔径,钻孔深度应大于隐患深度2～3m,或直达坝体覆盖层,若多排布孔且副排孔处无隐患时,副排孔孔深约为相应主排孔孔深的1/3。
③选用安全而有效的钻孔方法。钻孔究竟是干钻还是泥浆护壁,不能简单规定,需要依据
实际情况选择,在保证大坝安全的前提下,选用有利于施工和能够保证效果的钻孔方法。一般根据钻孔深度选择钻孔机具。钻孔深度小于25m时,可用锤击打管机,其设备有三脚架、钻杆、锥形钻头、锤箍和100～200kg重的穿心吊锤等。钻孔深度超过25m,可用钻机,常用的钻机型号有XJ100-A型钻机、DPP-100型汽车钻机以及XJ300型钻机。
2.5 灌浆方法
因地制宜地选择合适的灌浆方法,大坝坝体的灌浆方法从“孔口注浆,全孔灌注”的充填式灌浆方法进化到“孔底注浆,全孔灌注”的白氏劈裂法后,在实践中又衍生出了“全孔护壁,
孔底注浆”的章氏法和“循环劈裂式充填灌浆”等方法。各类方法都在其适应的坝型和工况下经过了实践的验证,取得了较好效果,需要根据实际情况进行选择。由长江科学院提出的用于高心墙坝的分段灌浆法,该法针对高薄心墙坝(超过50m),要求心墙中用干法钻孔,孔深达坝的一半时,下入套管并进行端部阻塞,阻塞长度一般不小于2m,变换钻孔孔径,用干法继续钻孔至设计要求部位。下灌浆管至距孔底0.5～1.0m,并用阻浆塞在上段套管中阻浆,防止浆液渗入上段,在确保坝体稳定的前提下,控制起始劈裂点位于坝体底部,提高孔口灌浆压力,保证灌浆效果。完成一次灌浆后,间隙3～5d,将灌浆管上提1～2m,进行第二次灌浆。下段经过5～10次复灌循环后,上拨上段套管并留2～3m的井口管,并在井口管中设置阻浆塞进行上段的灌浆。上段灌浆的孔口压力应进行合理控制,以保证坝体内劈外不劈。灌浆时灌浆管均下到距本段孔底1～2m处,完成一次灌浆后,间隙3～5d,将灌浆管上提1～2m,进行第二次灌浆。经过5～10次复灌循环后可停止本孔的灌浆。灌浆原则是:稀浆开路,浓浆灌注,分序分段,孔底注浆,控制浆量,少灌多复。此方法能够保障钻孔底部有足够的吃浆量,这是全孔灌浆的难点,值得借鉴和推广。
2.6 灌浆质量控制
(1)对于初灌和复灌不起压的钻孔,孔口灌浆压力应尽量小些,一般控制在0.05MPa以内。灌浆压力因孔而异,钻孔深度越深,控制压力越大。并且随着灌浆次数的增加,坝体密实度的提高,灌浆控制压力也将进一步增大。
(2)通过单孔控制的深度、距离和浆体密度计算每孔每次平均灌浆量。第一序孔灌浆量占总灌浆量的60%以上,灌浆次数为8～10次,第二、三序孔一般为5～8次。由于坝体质量不均匀,且初灌、复灌吃浆量不同,故不能按平均吃浆量进行控制,初灌可控制最大灌浆量为平均吃浆量的2倍。最小灌浆量则根据压力变化及坝顶冒浆情况而定。
(3)劈裂灌浆在孔内下3~5m深的护壁套管,以控制坝顶裂缝的发展和保护孔口。一旦坝顶出现裂缝,其宽度应控制在1～3cm范围内,长度不超过20m,每次停灌后24h内能回弹闭合为宜,不能完全回弹闭合的应做阻浆盖。
(4)为安全起见,灌浆最好在水库低水位时进行。库水位最好低于坝体主要缺陷部位。在浸润线以下灌浆,应采用较稠泥浆或掺少量速凝剂,每次复灌间隔时间,应视坝体内已灌浆液的固结情况而定,一般浸润线以下不少于10d,浸润线以上则不少于5d。
2.7 终灌标准及封孔
土坝劈裂灌浆的终灌标准,通常以直观上的饱、满、实为度,规定坝顶连续三次冒浆或连续二次超过控制压力、位移和裂缝宽度时,即可认为达到终灌标准,对于只需灌注某一深度范围的坝体,可在注浆管上部设护壁管或阻浆盖,终灌标准可以用单孔总灌浆量和灌浆压力控制。灌浆结束后,将注浆管拔出,注满稠浆,如果浆面下降,可继续灌注稠浆直至浆面升至坝顶不再下降为止。土坝灌浆后,会出现坝顶凹凸不平和表面裂缝的现象,坝顶高程也有所降低,需要在坝顶进行铺土碾压或者夯实整平。
2.8 施工问题的处理
对病险土石坝采用劈裂灌浆处理,经常会在施工过程中出现裂缝、冒浆、串浆塌坑和隆起等问题。这些问题需要妥善合理地处理。
(1)裂缝。灌浆中出现的裂缝分为纵向缝和横向缝,一般出现在坝顶处。当坝顶出现纵向缝后,应分析发生的原因,如果是湿陷缝,可以继续灌浆,如果是劈裂缝,应加强观测,当裂缝发展到控制宽度时,应立即停灌,待裂缝基本闭合后再灌浆;当坝顶出现横向裂缝时,应立即停灌检查,如果裂缝深度较浅,可以开挖后用粘土回填夯实接着继续灌浆,如果裂缝较深,可用稠浆灌注裂缝进行封堵;当弯曲段出现裂缝时,应立即停灌,并在坝顶上游坝肩处沿裂缝布孔,按照多孔轮灌的方法灌注稠浆封堵裂缝,待处理好后再加密孔距,减少灌浆压力和每次灌浆量的方法进行轮灌或几孔同时灌注。
(2)冒浆。坝顶和坝坡冒浆,应立即停灌,挖开冒浆出口,用粘性土料回填夯实,钻孔周围冒浆,可采用压砂处理,再继续灌浆;白蚁洞穴冒浆,应先在冒浆口压砂堵塞洞口,再续灌;水下坝坡或土坝与其他建筑物接触带冒浆,可采用稠浆间歇灌注进行处理。
(3)串浆。当第一序孔灌浆时发现临近孔串浆,应加强观测和分析,如果确认对坝体安全无影响,灌浆孔和串浆孔可以同时灌注,如不宜同时灌注,可用木塞堵住串浆孔,然后继续灌浆;如果在灌浆后期相邻孔串浆,说明已形成连续的泥墙,可减少每次灌浆量;如果浆液串入测压管或浸润线管,在灌浆结束后再补设测压管或浸润线管。
(4)塌坑。在塌坑部位挖出部分泥浆,回填粘性土料,分层夯实即可。
(5)隆起。发现坝坡隆起时,应立即停灌,分析原因,如确认不是与滑坡有关的隆起,待停5～10d后可继续灌浆,但需要重点监视。
3 结语
以上总结出了土石坝防渗加固工程中劈裂灌浆施工工艺的相关要点,为劈裂灌浆技术的实际应用提供借鉴。但实际工程中还需要根据实际情况来调整和选择相关工艺。
参考文献
[1] 宋天文 李龙国 崔宁博，劈裂灌浆技术在工农水库土坝防渗加固处理中的应用[J]水资源与水工程学报，2010.12
[2] 姚立军，劈裂灌浆技术在土质堤坝工程中的运用[J]中国水利，2009.04
关键词: 劈裂灌浆技术；防渗加固；施工处理
1 前言
劈裂灌浆技术是一种应用广泛的大坝加固技术，用劈裂灌浆防渗加固技术来改进坝体的稳定性，是堤坝加固领域的一种非常有效的加固方法，多年来该技术在中小型水库上坝防渗加固中得到广泛应用。
2 劈裂灌浆技术施工工艺
总体来说,劈裂灌浆技术经济、机理明确、工艺合理、施工简单,在工程中获得了广泛应用,但在实践中,还存在一些问题,如工期长、施工技术理论不完善等,所以需要对其施工工艺
流程进行探析。
2.1 施工准备
坝体劈裂灌浆是针对有缺陷坝体进行的一种处理措施。因此,施工前应对被灌坝体进行资料搜集,全面掌握有关的技术资料,包括施工期和运行期两个阶段。施工期阶段:摸清坝体的水文地质条件、筑坝土料的物理力学性质、施工季节、每层铺土厚度、干密度合格率、合龙龙口位置等情况。运行阶段:自水库蓄水以来历年坝体沉陷、水平位移、测压管水位与库水位的关系、浸润线出逸点高程、孔隙水压力的变化过程、坝体坝基漏水位置及漏量与库水位的变化关系等,当发现有不正常现象时,可进行少量钻探、井探或电测法查明土坝隐患位置。
2.2 布孔
劈裂灌浆一般采用坝顶单排布孔,对较高的土坝或隐患较多的土坝,可以采用双排或三排布孔;对于土坝表面已见裂缝和洞穴以及土坝岸坡段应多排梅花型布孔,也可沿裂缝布孔对于弯曲坝段,应采用梅花形布孔,适当加密孔距。
2.3 浆液选择
坝体劈裂灌浆对泥浆的一般要求是:可灌性好,稳定性高,析水固结快,形成浆体防渗性能强,变形模量与坝体土相近。泥浆的性能指标一般有密度(1.3～1.6g/cm3)、粘度(20～100s)、稳定性(0.05～0.1g/cm3)、失水量(制浆土料的性质、制浆时粘土颗粒的分散程度、泥浆容重的大小、外加压力、外加剂等)、胶体率(90%以上)和静切力(制浆土料的性质、粘土颗粒分散的程度、泥浆的密度大小、结构性能的强弱、外加剂的性能)等。可以看出,这些指标之间往往是矛盾的,所以,在选择浆液時,应统一考虑泥浆各种性能的相互关系,不能过分强调某一方面,宜通过实验来选择合适的浆液。
2.4 钻孔
对于劈裂灌浆钻孔施工,主要有以下几个方面的要求。
①孔位和孔斜满足设计要求,要求孔位偏差≤±3cm,孔斜不超过1%。
②孔径大小和钻孔深度要满足设计要求。根据灌浆方法选择合理的孔径,钻孔深度应大于隐患深度2～3m,或直达坝体覆盖层,若多排布孔且副排孔处无隐患时,副排孔孔深约为相应主排孔孔深的1/3。
③选用安全而有效的钻孔方法。钻孔究竟是干钻还是泥浆护壁,不能简单规定,需要依据
实际情况选择,在保证大坝安全的前提下,选用有利于施工和能够保证效果的钻孔方法。一般根据钻孔深度选择钻孔机具。钻孔深度小于25m时,可用锤击打管机,其设备有三脚架、钻杆、锥形钻头、锤箍和100～200kg重的穿心吊锤等。钻孔深度超过25m,可用钻机,常用的钻机型号有XJ100-A型钻机、DPP-100型汽车钻机以及XJ300型钻机。
2.5 灌浆方法
因地制宜地选择合适的灌浆方法,大坝坝体的灌浆方法从“孔口注浆,全孔灌注”的充填式灌浆方法进化到“孔底注浆,全孔灌注”的白氏劈裂法后,在实践中又衍生出了“全孔护壁,
孔底注浆”的章氏法和“循环劈裂式充填灌浆”等方法。各类方法都在其适应的坝型和工况下经过了实践的验证,取得了较好效果,需要根据实际情况进行选择。由长江科学院提出的用于高心墙坝的分段灌浆法,该法针对高薄心墙坝(超过50m),要求心墙中用干法钻孔,孔深达坝的一半时,下入套管并进行端部阻塞,阻塞长度一般不小于2m,变换钻孔孔径,用干法继续钻孔至设计要求部位。下灌浆管至距孔底0.5～1.0m,并用阻浆塞在上段套管中阻浆,防止浆液渗入上段,在确保坝体稳定的前提下,控制起始劈裂点位于坝体底部,提高孔口灌浆压力,保证灌浆效果。完成一次灌浆后,间隙3～5d,将灌浆管上提1～2m,进行第二次灌浆。下段经过5～10次复灌循环后,上拨上段套管并留2～3m的井口管,并在井口管中设置阻浆塞进行上段的灌浆。上段灌浆的孔口压力应进行合理控制,以保证坝体内劈外不劈。灌浆时灌浆管均下到距本段孔底1～2m处,完成一次灌浆后,间隙3～5d,将灌浆管上提1～2m,进行第二次灌浆。经过5～10次复灌循环后可停止本孔的灌浆。灌浆原则是:稀浆开路,浓浆灌注,分序分段,孔底注浆,控制浆量,少灌多复。此方法能够保障钻孔底部有足够的吃浆量,这是全孔灌浆的难点,值得借鉴和推广。
2.6 灌浆质量控制
(1)对于初灌和复灌不起压的钻孔,孔口灌浆压力应尽量小些,一般控制在0.05MPa以内。灌浆压力因孔而异,钻孔深度越深,控制压力越大。并且随着灌浆次数的增加,坝体密实度的提高,灌浆控制压力也将进一步增大。
(2)通过单孔控制的深度、距离和浆体密度计算每孔每次平均灌浆量。第一序孔灌浆量占总灌浆量的60%以上,灌浆次数为8～10次,第二、三序孔一般为5～8次。由于坝体质量不均匀,且初灌、复灌吃浆量不同,故不能按平均吃浆量进行控制,初灌可控制最大灌浆量为平均吃浆量的2倍。最小灌浆量则根据压力变化及坝顶冒浆情况而定。
(3)劈裂灌浆在孔内下3~5m深的护壁套管,以控制坝顶裂缝的发展和保护孔口。一旦坝顶出现裂缝,其宽度应控制在1～3cm范围内,长度不超过20m,每次停灌后24h内能回弹闭合为宜,不能完全回弹闭合的应做阻浆盖。
(4)为安全起见,灌浆最好在水库低水位时进行。库水位最好低于坝体主要缺陷部位。在浸润线以下灌浆,应采用较稠泥浆或掺少量速凝剂,每次复灌间隔时间,应视坝体内已灌浆液的固结情况而定,一般浸润线以下不少于10d,浸润线以上则不少于5d。
2.7 终灌标准及封孔
土坝劈裂灌浆的终灌标准,通常以直观上的饱、满、实为度,规定坝顶连续三次冒浆或连续二次超过控制压力、位移和裂缝宽度时,即可认为达到终灌标准,对于只需灌注某一深度范围的坝体,可在注浆管上部设护壁管或阻浆盖,终灌标准可以用单孔总灌浆量和灌浆压力控制。灌浆结束后,将注浆管拔出,注满稠浆,如果浆面下降,可继续灌注稠浆直至浆面升至坝顶不再下降为止。土坝灌浆后,会出现坝顶凹凸不平和表面裂缝的现象,坝顶高程也有所降低,需要在坝顶进行铺土碾压或者夯实整平。
2.8 施工问题的处理
对病险土石坝采用劈裂灌浆处理,经常会在施工过程中出现裂缝、冒浆、串浆塌坑和隆起等问题。这些问题需要妥善合理地处理。
(1)裂缝。灌浆中出现的裂缝分为纵向缝和横向缝,一般出现在坝顶处。当坝顶出现纵向缝后,应分析发生的原因,如果是湿陷缝,可以继续灌浆,如果是劈裂缝,应加强观测,当裂缝发展到控制宽度时,应立即停灌,待裂缝基本闭合后再灌浆;当坝顶出现横向裂缝时,应立即停灌检查,如果裂缝深度较浅,可以开挖后用粘土回填夯实接着继续灌浆,如果裂缝较深,可用稠浆灌注裂缝进行封堵;当弯曲段出现裂缝时,应立即停灌,并在坝顶上游坝肩处沿裂缝布孔,按照多孔轮灌的方法灌注稠浆封堵裂缝,待处理好后再加密孔距,减少灌浆压力和每次灌浆量的方法进行轮灌或几孔同时灌注。
(2)冒浆。坝顶和坝坡冒浆,应立即停灌,挖开冒浆出口,用粘性土料回填夯实,钻孔周围冒浆,可采用压砂处理,再继续灌浆;白蚁洞穴冒浆,应先在冒浆口压砂堵塞洞口,再续灌;水下坝坡或土坝与其他建筑物接触带冒浆,可采用稠浆间歇灌注进行处理。
(3)串浆。当第一序孔灌浆时发现临近孔串浆,应加强观测和分析,如果确认对坝体安全无影响,灌浆孔和串浆孔可以同时灌注,如不宜同时灌注,可用木塞堵住串浆孔,然后继续灌浆;如果在灌浆后期相邻孔串浆,说明已形成连续的泥墙,可减少每次灌浆量;如果浆液串入测压管或浸润线管,在灌浆结束后再补设测压管或浸润线管。
(4)塌坑。在塌坑部位挖出部分泥浆,回填粘性土料,分层夯实即可。
(5)隆起。发现坝坡隆起时,应立即停灌,分析原因,如确认不是与滑坡有关的隆起,待停5～10d后可继续灌浆,但需要重点监视。
3 结语
以上总结出了土石坝防渗加固工程中劈裂灌浆施工工艺的相关要点,为劈裂灌浆技术的实际应用提供借鉴。但实际工程中还需要根据实际情况来调整和选择相关工艺。
参考文献
[1] 宋天文 李龙国 崔宁博，劈裂灌浆技术在工农水库土坝防渗加固处理中的应用[J]水资源与水工程学报，2010.12
[2] 姚立军，劈裂灌浆技术在土质堤坝工程中的运用[J]中国水利，2009.04