論堤防工程劈裂灌漿防滲技術(shù)

李 穎

（鐵嶺縣新臺(tái)子鎮(zhèn)人民政府，遼寧 鐵嶺 112611）

1 概述

劈裂灌漿是根據(jù)堤身的幾何尺寸和小主應(yīng)力作用面沿堤壩軸線豎直的分布規(guī)律，沿著土堤的軸線布置灌漿孔，施加相應(yīng)的灌漿壓力，劈開進(jìn)行防滲處理的堤身，隨即灌入黏土泥漿，形成沿堤壩軸線豎直連接的防滲泥漿墻帷幕。

劈裂灌漿中使所有與泥漿一脈相通的洞穴、裂縫、水平疏松土層等都得到充填，從而消除了隱患；同時(shí)通過壓力泥漿的擠壓、滲透、充填和濕化固結(jié)作用，使泥漿墻體兩側(cè)一定厚度土體抗?jié)B性提高，防止大堤高水位時(shí)有可能出現(xiàn)的滲流破壞。

2 劈裂灌漿的設(shè)計(jì)

2.1 灌漿鉆孔的設(shè)計(jì)

劈裂灌漿鉆孔設(shè)計(jì)包括孔深、孔距和孔位布置。

2.1.1 孔位布置。對(duì)于堤身低于10m，地面比較平坦的堤壩，可以沿堤軸線單排布孔；對(duì)于地形高差大的堤段，或堤身土體疏松的堤段，為降低壩體內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力水平，可以在主排孔的兩側(cè)布置1～2排副孔；堤身高于10m，也可以根據(jù)地基情況，參考低于10m的堤段進(jìn)行布孔；對(duì)于堤身內(nèi)有埋管(涵洞)的堤段，由于堤身內(nèi)部應(yīng)力復(fù)雜，灌漿初期一般采用多排梅花形布孔。

2.1.2 鉆孔深度。我國的堤防大多數(shù)處在大江、大河的中下游沖積平原地區(qū)，地基多為黏性土或砂性土，為了提高劈裂灌漿的效果，孔深應(yīng)打入地面以下堤高的1/2的深度。這樣一方面可以提高地基的防滲能力，同時(shí)還可以加大灌漿壓力，使防滲泥漿墻的帷幕加厚。

2.1.3 孔距確定。低于10m的堤壩，孔距布置2～3m；高于10m的堤壩，孔距布置3～5m。對(duì)于彎曲段或地基高差太大的堤段，孔距可適當(dāng)縮小，以泥墻防滲帷幕連續(xù)為目的，可通過試驗(yàn)確定。

2.2 灌漿壓力的確定

劈裂灌漿壓力，一般可分為起始劈裂壓力、運(yùn)行壓力。起始劈裂壓力為劈裂灌漿的最大壓力，即從開始灌漿、起壓、迅速達(dá)到頂峰值，將堤身劈開后，壓力突然下降。這一過程只有幾分鐘的時(shí)間，因?yàn)樵搲毫S持時(shí)間短，只作用于一點(diǎn)，作為劈裂灌漿技術(shù)，必須將堤壩劈開，否則就達(dá)不到灌漿目的，所以該峰值雖然最大，但不應(yīng)作為設(shè)計(jì)值，只作為衡量堤身質(zhì)量的參考值。

劈裂灌漿壓力的控制壓力應(yīng)當(dāng)是在灌漿運(yùn)行期間壓力，尤其是在某些堤段全線劈開之后的壓力。對(duì)于10m以上的高堤，因?yàn)楣嗳氲哪酀{對(duì)兩側(cè)土體的總壓力很大，所以可能對(duì)堤坡造成過大的位移，這時(shí)灌漿壓力以堤肩的位移量不超過1.0cm來控制。

2.3 帷幕厚度的控制

高度在10m以下的堤身，泥墻總厚度不應(yīng)小于5.0cm；高度在10m以上的堤身，泥墻總厚度不應(yīng)小于10.0cm。

2.4 泥漿土料的選擇

2.4.1 泥漿比重采用1.3～1.5，初灌和第一次復(fù)灌時(shí)采用較小值，以后的復(fù)灌采用較大值。

2.4.2 泥漿黏度一般控制在20～100s之間，要根據(jù)劈開裂縫的寬度、漏漿通道的大小、灌漿壓力等確定。初灌和第一次復(fù)灌時(shí)采用較小值，以后盡量采用較大值。

2.4.3 泥漿的穩(wěn)定性是以泥漿靜置24h后，泥漿上半部和下半部密度差值來表示。測(cè)量泥漿穩(wěn)定性可用專用儀器，也可用250mL的普通量筒來測(cè)量。灌漿用泥漿的穩(wěn)定性一般采用0.05～0.1kg/m3。

2.4.4 泥漿的含砂量：表示的方法是將泥漿與水以1：9的比例稀釋后，用砂與泥漿體積的百分?jǐn)?shù)來表示，也可用重量比來表示。一般比例為：干土重：砂重為1：10左右為好。

2.5 泥漿過程的控制

泥漿過程的控制是指泥漿歷時(shí)復(fù)灌次數(shù)、復(fù)灌間隔時(shí)間的確定。為保證灌漿質(zhì)量，使泥墻防滲帷幕厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，每個(gè)注漿孔的復(fù)灌次數(shù)不少于5次，每次的間隔時(shí)間不少于3～5d，如果一臺(tái)灌漿設(shè)備負(fù)責(zé)的工段l～2km，分成兩序灌漿，總歷時(shí)不少于60d。

3 劈裂灌漿的施工

劈裂灌漿施工的內(nèi)容主要包括：灌漿現(xiàn)場(chǎng)布置、勞動(dòng)組合、鉆孔方法、制漿方法和要求、灌漿方法等。為了提高生產(chǎn)效率、降低工程成本，河以組織多臺(tái)機(jī)組分若干工段同時(shí)施工。

3.1 鉆孔

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定布孔位置、孔深、孔距等，并選擇合適的鉆機(jī)。目前我國堤防灌漿多采用沖擊式、擠壓式和旋轉(zhuǎn)式鉆機(jī)等。堤高10m以內(nèi)的可采用沖擊式和擠壓式鉆機(jī)，用干法鉆進(jìn)；堤高10m以上的可采用旋轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，可用濕法鉆進(jìn)。鉆孔孔徑一般在5O～100mm之間。10m以內(nèi)的矮堤用大口徑鉆桿，10m以上的高堤用小口徑鉆桿。

3.2 制漿

目前國內(nèi)制造泥漿的機(jī)械很多，在工程上多采用WJG80型或WJ100型攪漿機(jī)。主要特點(diǎn)是可以高速連續(xù)攪漿，自動(dòng)進(jìn)行篩漿，漿液存入儲(chǔ)漿筒內(nèi)，灌漿泵和儲(chǔ)漿筒直接相連，制出的泥漿質(zhì)量高。

3.3 灌漿

采用孔底注漿全孔灌漿法分兩序進(jìn)行灌漿。這是劈裂灌漿提高質(zhì)量和保證堤體安全的重要技術(shù)措施。如果復(fù)灌間隔時(shí)間過長，下部發(fā)現(xiàn)堵管時(shí)，可以將灌漿管上提0.5m再灌漿。具體灌漿的工藝如下：

3.3.1 設(shè)置阻漿塞或下護(hù)壁套管。灌漿前在鉆孔上部設(shè)一定長度的阻漿塞或有些情況下用3～5m的護(hù)壁套管。這樣不僅可以防止孔口塌落，減少孔口冒漿，更重要的是使泥漿在壩身內(nèi)處于封閉狀態(tài)，推遲或防止壩頂表面先劈裂?？梢允┘虞^大的灌漿壓力，使?jié){液在壩身內(nèi)劈開裂縫，達(dá)到“先內(nèi)劈后外劈”的目的。阻漿塞的長度可根據(jù)具體情況計(jì)算確定，一般可采用1.5m的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.3.2 灌漿壓力的控制。灌漿壓力一般是指孔口壓力表讀數(shù)，這里指運(yùn)行壓力。在施工灌漿中，應(yīng)設(shè)專人觀測(cè)記錄，用堤身一側(cè)位移一次灌漿不超過1.0cm來控制。如果位移過大，則應(yīng)及時(shí)采取控制措施，如打開灌漿泵上或孔口設(shè)置的回漿閥門，減少輸漿量。

3.3.3 灌漿量的控制。在進(jìn)行灌漿時(shí)，常遇到單孔吃漿量過大的情況，這不僅影響壩體的安全，而且也影響大堤的回彈，影響泥漿在壩身內(nèi)排水固結(jié)等，每次單孔灌漿量在0.5/m3左右。在實(shí)際灌漿中，不能按平均灌漿量控制，第一序孔灌漿量應(yīng)占總灌漿量的60%以上。

單孔灌漿量大的原因多數(shù)是因壩身疏松質(zhì)量很差引起的，有時(shí)可能是由于堤身內(nèi)存在漏水通道發(fā)生冒漿引起的，應(yīng)先處理好冒漿之后再進(jìn)行復(fù)灌。對(duì)于堤高10m以下的復(fù)灌間隔時(shí)間不少于3d，10m以上的復(fù)灌間隔時(shí)間不少于5d，并應(yīng)增加復(fù)灌的次數(shù)，達(dá)到終孔標(biāo)準(zhǔn)為止。復(fù)灌間隔時(shí)間主要由漿體的固結(jié)情況來確定。

3.3.4 裂縫的控制。劈裂灌漿施工中，應(yīng)盡量做到“先內(nèi)劈后外劈”。一次灌漿劈開的裂縫寬度不應(yīng)超過1.0cm?；貜棻瘸^0.5之后，才能進(jìn)行下一次復(fù)灌。

3.3.5 彎曲堤段的灌漿工藝。為了在彎曲堤段獲得沿堤軸線連續(xù)的漿體防滲帷幕，必須采取特別的灌漿工藝，一般可選用以下兩種：

①隨即鉆灌法。即鉆一孔灌一孔的方法，孔距要小。當(dāng)灌漿孔口出現(xiàn)細(xì)小裂縫，并開始偏離堤軸線時(shí)停止灌漿。然后在偏離堤軸線較近處的軸線上鉆孔灌漿，使其劈裂重新回到堤軸線的位置，循序漸進(jìn)鉆灌，引伸裂縫沿堤軸線發(fā)展，最終沿堤軸線方向形成豎直連續(xù)的漿體防滲帷幕。堤軸線曲率越大，鉆孔應(yīng)越密。

②一次成孔灌漿法。在彎曲堤段的軸線上，將設(shè)計(jì)灌漿孔連續(xù)鉆完，然后再逐孔輪流進(jìn)行灌漿。單孔每次灌漿量要少，力爭(zhēng)在短時(shí)間內(nèi)循環(huán)一遍。當(dāng)發(fā)現(xiàn)孔口有小的裂縫時(shí)就停止灌漿，改灌另一孔。

不論采取以上哪種灌漿方法，當(dāng)?shù)添斞貕屋S線出現(xiàn)貫通的細(xì)小裂縫后，要及時(shí)做阻漿蓋，控制堤頂表面再次發(fā)生劈裂。彎曲堤段的鉆孔越密，最后形成的漿體防滲帷幕就越接近堤軸線，連續(xù)性越好。

3.3.6 陡坡堤段的灌漿工藝。土堤基礎(chǔ)地形起伏較大的坡段應(yīng)力條件比較復(fù)雜，岸坡段的小主應(yīng)力作用面不一定沿著堤軸線分布，有的可能與堤軸線斜交或垂直于堤軸線，因此有其特殊的灌漿工藝。調(diào)整小主應(yīng)力作用面。由于不均勻變形等原因，陡坡段可能出現(xiàn)橫向裂縫，小主應(yīng)力作用面基本垂直于堤軸線。為將小主應(yīng)力作用面調(diào)整為平行堤軸線方向，采用在縫頂做阻漿蓋，縫內(nèi)打孔灌漿用密度為1.4～1.6g/cm3的濃漿，并采用較大的灌漿壓力，使堤身在高壓泥漿的作用下，充分地橫向劈裂、擠壓、濕陷，最后實(shí)現(xiàn)應(yīng)力再分配，充分補(bǔ)充縱向小主應(yīng)力的不足，恢復(fù)3個(gè)主應(yīng)力方向的正常秩序。然后再沿軸線布置灌漿孔，營造防滲墻帷幕。

3.3.7 終灌標(biāo)準(zhǔn)和封孔。終灌標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)開啟灌漿泵后幾分鐘時(shí)間，堤頂表面裂縫即冒漿，這時(shí)在無壓情況下反復(fù)輪灌，堤頂連續(xù)3次冒漿，縫內(nèi)漿面基本不下降，即可終灌。封孔標(biāo)準(zhǔn)：劈裂灌漿多用稠泥漿封孔。灌漿結(jié)束后，把孔內(nèi)析出的清水抽出，填入較大稠度的泥漿，其密度一般應(yīng)大于1.6g/cm3，靜置一周左右，再次抽出清水注入泥漿，直至漿面與壩頂齊平，最后用干土封口并壓實(shí)。此外還可用混合土封孔方法，混合土由石子、砂、黏土漿等組成?；旌贤列阅茌^好，與孔壁結(jié)合比較牢固。

4 劈裂灌漿質(zhì)量檢查

現(xiàn)場(chǎng)檢查一般沿堤軸線100～200m挖一探坑或探槽，以檢查漿體分布、漿脈厚度、深度是否能形成連續(xù)豎直的防滲泥墻帷幕等設(shè)計(jì)指標(biāo)；同時(shí)，按探坑深度每2.0m取一組試樣，試驗(yàn)樣品的常規(guī)物理力學(xué)指標(biāo)，重點(diǎn)是指干密度、滲透系數(shù)、抗?jié)B坡降等。

此外，工程運(yùn)行并經(jīng)洪水考驗(yàn)后，進(jìn)行防滲效果觀測(cè)鑒定，如果下游堤坡的滲透現(xiàn)象消失、浸潤線出逸點(diǎn)已降至設(shè)計(jì)高程以下、壩坡變得干燥，同時(shí)堤體的變形基本穩(wěn)定，灌漿后各測(cè)點(diǎn)之間的差異沉降很小，不足以產(chǎn)生新的變形破壞，證明灌漿質(zhì)量良好。

5 結(jié)論

總之，只有完全掌握了堤防工程劈裂灌漿防滲的設(shè)計(jì)、施工與質(zhì)量檢查技術(shù)，才能有效的保證堤防工程劈裂灌漿防滲效果，達(dá)到我們的既定目標(biāo)。

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