维普资讯 http://www.cqvip.com
第７卷第３期 ２００８年９月 文章编号：１６７１～７２４４（２００８）０３—０２５８—０３ 夏工程技术 Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ＿７ Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２００８ 劈裂式灌浆在土坝加固中的应用 杜宇旭 （宁夏固海扬水管理处，宁夏中宁摘７５５１００） 要：劈裂式灌浆主要是解决地下工程隐蔽部位出现的应力集中、地下裂缝、大孔隙颗粒土湿陷、洞穴及密度 不够等造成的渗漏和裂缝等病险情况．通过对中卫三眼并病险水库土坝实施劈裂式灌浆，对改善坝体局部应力 集中，提高坝体的抗渗性能和增加土体密实度，具有很好的工程效果和推广价值． 关键词：劈裂式灌浆；土坝；防渗加固 中图分类号：ＴＶ６４１．２ 文献标志码：Ａ １ 工程概况 宁夏中卫三眼井水库，是一座淤地坝水库，建于 １９５９年１１月，库容６万ｍ，，坝型为均质土坝，坝长 ２．１灌浆孔的布置［２－３］ ３００ ｍ，最大坝高２３ ｍ．土坝建成后，在自重的作用 下，坝体就出现了一些小变形，坝后出现渗漏水现 象．土坝一直处于病态运行状态，期间进行了几次 加固处理，坝后渗水现象依然存在，效果十分不理 想，严重影响了大坝的安全，给下游人们的正常生活 造成了极大地威胁＿ｌ１．多年来基本处于空库运行状 态，针对该坝的实际情况，经过实地勘察和对资料的 综合分析，认为渗水主要是由于当时建坝的经验不 足，施工质量控制不到位，土料及碾压不均以及回填 根据资料，土坝较大型维修３次，分析原始施工 资料，针对坝体表现出的不均匀沉陷、土壤流失等病 态，在坝体的相对位置找准施工原始开挖高程，提出 了设计方案．结合土坝土质、险情发生的情况和坝 的特点，对土坝进行打孔灌浆实验，确定灌浆孔的最 大孔深为１５ ｍ，孔距１．０～１．５ ｍ，排距１．０—１．５ ｍ，排 数７排，呈梅花状布置（图１）． 土压实度不够等原因所致，针对该工程的实际情况， 经研究决定对坝体实施劈裂式黏土灌浆处理． （ａ）土坝灌浆平面图 ２灌浆设计 灌浆是通过一定压力把浆液送到水工建筑物地 基的裂隙、断层破碎带或建筑物本身的接缝和裂缝 中的过程．通过灌浆可以提高被灌地层或建筑物的 抗渗性和整体性，改善地基受力条件，保证水工建筑 物的安全运行．劈裂式灌浆是运用坝体内应力分布 规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿坝轴线方向劈 【ｂ）土坝灌浆横剖面图 图１水库土坝灌浆设计示意图 Ｆｉｇ．１ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｒａｗｉｎｇ ｏｆ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｅａｒｔｈ ｄａｍ 裂，同时灌注合适浓度的泥浆，形成垂直连续的防渗 泥墙，堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高坝体的 防渗能力，同时通过浆与坝互压和湿陷，使坝体内部 在布孔时，结合坝体土质、地质资料，沿坝轴线 方向及发生裂缝险情的地方和施工沉降不均匀产生 裂缝的地方进行布孔．布孔时要具有针对性，要切中 要害，孔不在多而在准确． ２．２灌浆压力的确定 应力重新分布，提高坝体的防渗性和稳定性． 收稿日期：２００８—０４～０６ 灌浆压力是一项最重要的参数，既要保证灌浆 作者简介：杜宇旭（１９６５一），男，高级工程师，主要从事水利工程管理工作 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 杜宇旭：劈裂式灌浆在土坝加固中的应用 ２５９ 质量，又要保证不破坏或抬动被灌地层和建筑物． 其压力计算公式 为 ＡＰ＝ａｘ￣３一（ ２＋（ ｌ＋ × ． ＼、胄调 阀 …． 机、 式中： 为作用在钻孔平面劈裂点处的最小主应力； 为沿钻孔平面劈裂点处三向应力状态的中间应 力，在河槽段 ： （ 一 ）；／ｘ为泊松比，一般取 ：【 ，＿ 橡胶塞 ，进浆导管 ０．３５～０．４； 为三向应力状态的最大应力，近似取 ０．９倍土柱高；ｏｒ为圆孔的应力集中系数，取值为 灌区 ２．２～２．５； 为全孔灌浆时注浆管高度； 为浆液密度． 其估算式为 ＡＰ＝ｙＨ－ｏ＂ｌ— ｘｈ． 式中： 为坝体的表观密度；日为坝高；其他同上式． 计算出初定数值，通过灌浆实验最后选定灌浆 压力．经过实验后，确定出具体各排的压力（表１）． 表１灌浆压力设计和实验表 Ｔａｂ．１ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄａｔａ ３灌浆的实施 ３．１成孔方法 在外边坡，机械无法靠近的地段，为了设备移动 方便，采用１ ｍ长外套成孔套管，下接钻头，内置式 冲击杆成孔（适合于７ ｍ内钻孔），在机械设备容易 靠近处采用ＸＹ一１００机械钻机，套管固壁钻孔，一次 成孔（适合２５ ｍ内成孔），孔径７５ ｍｍ． ３．２土料选择及制浆过程 土料选择及浆液配制参照《土坝裂缝处理试行 技术规范》对土料的规定 ：土料一般塑性指数为 （８－１０）％，黏粒含量（２０～３０）％，粉粒含量（３０～ ５０）％，含砂量（１０～３０）％，有机物含量＜２％，可溶物 含量＜８％的要求．通过颗分实验，选定灌浆材料，土 料必须过筛，除去杂质，再用制浆机不断进行搅拌制 浆，使浆液的密度控制在１．４５～１．５５ ｇ／ｃｍ３范围，肉眼 直观为流动性较好的泥浆液．针对有沙砾石基础的 工程，灌浆时可以在土料中掺人一定比例的水泥（一 般控制在体积比１：１０左右）进行灌浆，效果会更好． 灌浆设备控制过程如图２所示阁． ３．３灌浆的技术要求 灌浆的顺序：由坝中间向两边，由上游向下游方 嚣 图２灌浆设备控制示意图 Ｆｉｇ．２ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｒａｗｉｎｇ ｏｆ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆａｃｉｌｉｔｙ 向顺序逐排施灌．灌浆孔口压力，以压力表显示的 数据为准．灌浆要求在压力不断反复变化过程的情 况下，尽量增加复灌次数和时间，出现冒浆时，在冒 浆的薄弱地方挖开，用黏土回填夯实，再施灌，直到 压力趋于设计压力为止．例如：在闸室周围灌浆时， 一个孔在闸出水左侧，最长进浆时间达４．５ ｈ，才在 闸室另一侧挡土墙出现冒浆现象，经过堵眼，反复施 灌３次，最终达到设计压力，达到了理想的效果． 对于压力的控制，通过控制回浆阀进行．对于孔 底注浆，采用纯压式灌浆法，在制浆达到要求的条件 下，只要控制好进浆压力，进浆量就可以得到有效控 制．此方法操作简单，施工时具有堵塞、封孔容易等 优点．同时在整个灌浆过程中，因泥浆在孔内处于 半循环状态，所以应避免泥浆中的砂粒集中沉淀在 孔底，有益于防渗．对于不同的地质及灌浆设备的 配备情况，可以同时对１～３个孔进行施灌，根据各 孔压力和时间就可以计算出各孔实际的进浆量． ３．４灌浆观察 由于灌浆时孔口封堵，压力自上而下加压，泥浆 的注入，不仅使泥浆首先向相对压力较小或薄弱地 带流动，而且在灌浆施压的过程中，也使原土坝内部 的应力重新进行分布．因此，一定要有专人观察巡 视周围坝体及建筑物的变化情况，以防建筑物挡土 墙、混凝土覆盖、伸缩缝等处产生倾覆或冒浆现象． 在具体施工中，灌浆容易发生中断、串浆、冒浆和地 面抬动等事故，必要时要立即停止灌浆，查明原因， 及时采取处理措施后再重新施灌．灌浆结束后即时 封堵灌浆孔，以防浆液冒出． 通过灌浆施工统计，共计成孔２５０孔，进尺 １ ７００ ｍ、计浆液在４００ ｍ 左右，最大注入浆量发生 于桩号０＋５０和０＋１５０两处坝段．在施灌中均采用复 灌、轮灌方式，复灌次数掌握在２—４次．在河槽 段，相邻各孔均出现串浆，浆体主脉基本沿轴线连 续形成． 维普资讯 http://www.cqvip.com
宁３．５灌浆的检验 夏工程技术 第７卷 ４结语 宁夏南部山区在２０世纪六七十年代修建了很 多土坝，经过几十年的运行，土坝为当地的经济建设 和社会发展作出了巨大的贡献，仅拦截泥沙、保护水 通过抽样检测的方法，在灌浆孔处挖探坑验证 灌浆效果．通过实地挖探坑，证明效果非常好．在坝 体沉陷较为严重的地方，通过采取挖探坑分层取土 样的方法进行质量检查，可以发现灌浆后浆液在坝 体薄弱带的分布情况．该坝过去一些坝后渗水、管 源和生态环境方面就发挥了不可替代的作用．但是 涌等现象一月以后逐步减少或消失，这说明灌浆效 长期以来，由于社会经济发展的原因土坝管理权属 果较好，灌浆施工除险加固效果明显，并且费用低 不明确或者责任单位管理不到位，土坝基本处于废 坝体出现了很多塌陷、雨冲沟、裂缝等病险 廉，相当于土体重新恢复１０％的投入，得到了业主 弃状态，的肯定． ３．６特殊问题的灌浆处理 情况，坝后渗水现象普遍，老化失修非常严重，致使 这些发挥过巨大作用的土坝基本处于没有投入、没 有管理的尴尬境地．由于土坝不能充分发挥其应有 对于坝体建筑物，因底部被水淘空，整体虽然没 有发生变形的情况，但有底部被水淘空的情况，即使 的作用，汛期给下游安全造成极大地威胁．通过利 挖开处理，底部也无法回填夯实，此时必须进行灌浆 用压力灌浆技术，对中卫三眼井水库土坝进行了劈 处理（图３）．首先在土方回填夯实之前，预埋至少两 裂式压力灌浆，控制住了土坝地下裂缝和大孔隙颗 根 ２５ ｍｍ硬脂塑料管，硬脂塑料管既可抗内外压， 粒土湿陷问题，解决了坝体存在的安全隐患，使昔日 又弯曲方便，直接深入到被水淘空最薄弱的底部，长 不能发挥作用的土坝焕发了青春，为土坝安全运行 度以能够伸出地面以上为宜，其次在制浆时，浆液含 打下了基础．实践证明，在土坝相对集中的宁夏南部 水量不宜太高，在黏土中掺人１：１０左右的水泥进行 山区，压力灌浆是非常具有推广价值的实用技术，它 灌浆，效果更好．预埋的两根硬脂塑料管，一根用于 的推广必将为宁夏南部山区更好地保护水源、节约 灌浆，另一根用于灌浆管备用，同时也为回填土夯实 用水、保护生态等方面作出贡献． 后，平衡底部气压以及便于检验灌浆是否密实．如 果从备用管冒出浆液，至少可以证明暂时把被水淘 参考文献：空的基础部分管实了，再经过堵口反复加压施灌，就 能够达到基础灌浆密实的目的． ［１１吴尚贤，卢德明，薛池云，等．宁夏水利志［Ｍ】．银川：宁夏 人民出版社，１９９２：２５０—２５２ ［２】邵军．浅析劈裂灌浆加固黄土地基［Ｊ】．西部探矿工程， １９９９，１１（１）：６－９． ［３１邹金锋 劈裂注浆扩散半径及压力衰减分析［Ｊ］．水利学 报，２００６，３７（３）：３１６—３１９． … ［４１中国水利部发展研究中心．ＳＤ ２６６—８８土坝坝体灌浆技 术规范［Ｓ】．北京：中国水利出版社，１９９０． 图３建筑物底部灌浆示意图 Ｆｉｇ．３ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｒａｗｉｎｇ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｂａｓｅ ｇｒａｃｔｉｎｇ ［５】旺胡桢，左东启，张含英，等．中国大百科全书：水利［Ｍ］． 北京：中国大百科全书出版社，１９９２． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｌｉｔ—ｆｉｌｌｉｎｇ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｉｎ ｅａｒｔｈ ｄａｍ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｄ ｙ （Ｎｉｎｇｘｉａ Ｇｕｈａｉ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｖｅ Ｏｆｉｆｃｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ－ｌｉｆｔｉｎｇ，Ｚｈｏｎｇｎｉｎｇ ７５００２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔａｃｔ：ｒｓｐｌｉｔ・ｉｆｌｌｉｎｇ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈａｔ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｈｉｄｄｅｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｄ ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｉｔｅｓ ｔｈａｔ ｎａｋｅｄ ｅｙｅ ｃａｎ ｎｏｔ ｓｅｅ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｕｎｄｅｒ ｇｒｏｕｎｄ ｃｒａｃｋｓ，ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｐｏｒｏｕｓ ｓｏｉｌ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｅａｖｅｓ ａｎｄ ｎｏｔ ｅｎｏｕｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ， ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｗｏｒｋｓ ｌｅａｋａｇ，ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｄａｍ ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｄａｍ ｉｎ Ｚｈｏｎｇｗｅｉ Ｓａｎｙａｎｊｉｎｇ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｔｈｅ ｄａｍ’Ｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ａｒｅ ｒａｉｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｍｅａｋｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｏｉｌ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔ，ａｎｄ ｈａｓ ａ ｖｅｒｙ ｗｉｄｅｌｙ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄａｍ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ａｎｔｉ．－ｓｅｅｐａｇｅ；ｓｐｌｉｔ．－ｆｉｌｌｉｎｇ （责任编辑、校对王德平）
