劈裂式灌浆在土坝加固中的应用研究

劈裂式灌浆在土坝加固中的应用研究

李聪

(广东省兴宁市水利水电勘测设计室，广东兴宁514500)

臼商耍]劈裂灌浆防渗加固，是土坝加固的一种常用、有效的加固方法，在中小型水库上坝防渗加固中得到广泛应用。堤坝劈裂灌浆技术是在总结了传统的堤坝灌浆技术的经验教训，分析了堤坝裂缝的成因以及泥浆劈裂堤坝规律的基础上提出来的。鹾冀国司]劈裂式灌浆；土坝；加固；灌浆

1堤坝劈裂灌浆技术概述

堤坝劈裂灌浆技术是在总结了传统的堤坝灌浆技术的经验教训，分析了堤坝裂缝的成因以及泥浆劈裂堤坝规律的基础上提出来的。我国

解放初期，在竟可大堤首次用钢钎探测隐患，然后进行灌浆，取得了较

好的效果。而后在一些中小型水库上坝上进行充填式灌浆。到了70年

代该技术开始用于处理一些大中型水库的坝体隐患。到了70年代后期，人们总结了充填灌浆的经验教训，分析了坝体裂缝成因和灌注泥浆劈裂坝体的规律，提出了土坝坝体劈裂灌浆理论。劈裂灌浆与充填式灌浆有本质的区别。坝体劈裂灌浆是从产生坝体隐患的原因入手，利用坝体小主应力的分布规律进行布孔，利用水力劈裂原理，施加一定的灌浆压

力，有计划有控制地劈裂坝体，灌注适宜的泥浆，通过浆坝互压和坝体的湿陷固结等作用，使所有与浆脉连通的裂缝、洞穴、水平疏松层等隐患得到充填挤压密实，形成竖直连续的浆体防渗帷幕。改善坝体内部的

应力状态，改善坝体的渗透稳定断口变形稳定性。

2土坝劈裂灌浆加固的机理21泥浆对坝体的劈裂充填作用

由于劈裂灌浆是以浆液为能量载体，高压泥浆对坝体有很大的充填作用。泥浆充填坝体内部被劈开的灌浆通道，以及与通道相连的各种原有裂缝、洞穴等，充填作用与劈裂灌浆作用是同时进行的。随灌、随

劈、随充填，达到缝开、浆到、料满。随着复灌次数的增加，泥浆多次充填挤压，使原坝体得到挤压、密实，与浆体帷幕一起形成较高的防渗能力，因而达到充填坝体隐患和构造防渗帷幕的目的。

22湿陷作用

泥浆灌进坝体，其中大量水分随之进入坝体。水除了产生孔隙水压力和对土的性质产生影响外，还对坝体产尘湿陷作用。湿陷作用的大

小与土坝质量和土料I生贡有关。湿陷作用对坝体是有利的，可以增加坝体的密实度和变形的稳定性，减少弱应力区范围。停灌以后湿陷作用逐

渐变缓，每次复灌都有湿陷，但湿陷率越来越小。湿陷使坝高有所降低，坝体体积缩小，在坝顶出现变形裂缝。这些裂缝经过多次复灌后都会被泥浆充填。

23能量的调整和转换

根据物体能量的转换和传递规律，提出了土坝的裂缝破坏是由于坝体内部的变形和能量积累转换造成的。要根除这种隐患，就必须使坝

体内部分土体所积累的应变能充分释放。劈裂灌浆就是通过灌浆压力和土体湿陷变形，使原有的土体裂缝充分开裂，使己出现的弱应力区和强应力区之间的应力应变能相互传递转换，打破原坝体内部应力的不平

衡，恢复正常的应力状态，使坝体内部的应力应变相对稳定。

2A浆坝互压理论

土坝劈裂灌浆技术利用了上坝坝体的整体弹性特征，在灌浆过程中随着灌浆压力的反复增长和消失，具有弹性的坝体张开和回弹，使坝

体和浆体反复挤压，形成连续的浆体帷幕和两侧压密的坝体联合防渗

带。通过浆坝互压，可以补救原坝体由于不均匀变形产生的小主应力不足，改变坝体内部的应力不平衡状态，从而比较彻底地解决了土坝坝体

的变形稳定和渗透稳定问题。

25泥浆和坝体的固结和压密

劈裂灌浆加固坝体的主要作用是利用泥浆在坝体中固结硬化后形成的帷幕进行防渗。因此泥浆在坝体内能否固结硬化，就成为土坝劈裂灌浆中最关键的问题。影响浆液固结的因素是十分复杂的，浆液固结速

率和效果不但与坝体土质、施工质量、坝体应力状态、浆体土料性质、浆体厚度等因素有关，而且还受坝前水位、施工工艺的影响。

3劈裂式灌浆在土坝加固中的施工技术

31技术冕量

1)劈裂灌浆是运用坝体应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝

体沿坝轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗泥

墙，并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、坝互压和湿陷，使坝体内部应力重新分布，提高坝体的稳定性。

2)劈裂灌浆的布孔，应按河槽段、岸坡段、弯曲段不同的部位分

别进行布孔设计。在河槽段，一般沿坝轴线单排布孔，如果坝体普遍碾压质量不好时，可双排或三排布孔。河槽段的布孔可按2～3序布孔，

终孔距离孔深大干15m时可采用10m左右：孔深小于15m时可采用

5m左右。孔距可通过灌浆试验确定。在岸坡段和弯曲段，应适当缩小

孔距，并应进行布孔设计和确定灌浆方法。

3)造孔深度应大于隐患深度2m～3m。泥墙的设计厚度一般可采

用5cm．20cm，应根据土坝土质、碾压质量、隐患J生质和坝高等情况

合理确定。当坝体的渗透系数大于或等于10cm／s～4cm／S，或坝体存

在上下游贯通的水平砂层时，应专门计算泥墙的厚度，并进行渗透破坏验算和专门试验研究。

4)泥墙的设计容重，可根据不同的土坝，不同的灌浆方法和浆液中粘粒含量多少提出要求，灌浆一年后应为14t／m～1．6“m。对灌浆土

料的选择塑性指数8％～15％，粘粒含量20％～30％，有机质含量小

于2％。为加速浆液凝固和提高后期要时通i蝴确定。

强度，可掺入适当水泥，水泥掺量

可为1

5％左右，必5)灌浆允许压力，应经计算和现场试验确定。灌浆应采用孔底注

浆全孔灌注和分序灌注。

32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130。开始采用稀浆灌注，待坝体被劈裂后，改用浓浆。

3．3灌浆施工

灌浆期坝体裂缝的开展，主要受坝体原来的应力状态和灌浆压力的制约，为了有效}{时空制裂缝，必须对原坝体的应力状态分布有充分的了解。同时存灌浆前还应做好灌浆试验，以便确定灌浆与坝体劈开裂缝的大系．以利于施工对裂缝开展的控制。

39．1灌浆方法

采用孔底注浆、全孔灌注、少灌多复、纯压式灌浆法，此方法有施工质量好、操作简单、可节省管材、吃浆量大、少阻塞、封孔容易等优点。

1)孔底注浆全孔灌注的方法是优于孔口注浆的较普遍使用的方

法，孔内泥浆由孔底板反向全孔，处于半循环状态，避免泥浆中的砂粒集中沉淀在孔底，有益于防渗，克服了孔口注浆的缺点。钻孔底部先被劈裂，裂缝逐渐沿小主应力面自下而上的发展，吃浆量较大，浆压坝效果好；同时，停灌后坝体产生的同弹量大，坝压浆也能取得良好的效

果。

2)少灌多复：为劈裂式灌浆的浆体帷幕是由薄逐渐加厚的，所以浆体的固结速率也是由快到慢变化的。灌浆施工复灌间隔时间和复灌次

主要以灌人坝体裂缝中浆体的固结状态来确定，其原则是待前次所灌

人的浆体基本固结之后，再进行复灌。其程序是灌(下转第167页)

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工程夔苤

混凝土水平运输应采用容量为7m3以上的混凝土搅拌运输车，以减少运输次数。承台(系梁)、立柱、盖梁混凝土垂直运送采用吊车配

吊斗或泵送混凝土的形式，其中混凝土搅拌运输车罐体使用棉被包裹，

能保证混凝土的水化热尽可能的少损失，保证混凝土的养生温度，同时

进行温度观测，平均每30min检查记录一次，养生温度控制在5℃以上，直至达到设计强度。

45盖梁的养生

盖梁施工时一方面采用四周可封闭的特制彩钢房封闭，彩钢房顶

混凝土输送泵采用外套棉被的形式。如果用吊车配吊斗工作，为防止吊斗出料口冻结封口，在吊斗底端地面上架设临时特制火炉，吊斗接料过程中，其出料口刚好对接于火炉顶面，确保吊斗在混凝土运送过程中其

出口不冻结。

底盖加工成活动形式。先将模板、托架全部封住，浇筑混凝土时顶盖打开，混凝土浇筑结束后，立即封顶盖。彩钢房内用电热法或通蒸汽法加

温。因多个盖梁尺寸各有差异，现有彩钢房无法套用的盖梁，则可采用

每次接料前用热水冲洗混凝土运输车罐体，并尽量缩短运输时间。在浇筑混凝土前应清除模板上的污垢，混凝土的浇筑必须快速连续地进行、同时保证混凝土的入模温度不低于5℃，随浇筑随覆盖苫布或棉被，并及时养护。

4养护

四周搭设碗扣支架做墙，支架外衬由钢筋焊接的钢筋网片，网片外包被棉被及外覆帆布的形式将盖梁封住，内用多个火炉生火的形式取暖。

盖梁模板安装完成后，首先搭设养生棚。其次浇注混凝土(泵送混疑土)浇注完咙后用火炉加温养生或用蒸汽养生，待混疑土强度达到设计强度时再拆除养生棚及模板。

5结语

根据《公路桥涵施工技术规范》规定，当混凝土的强晓达到设计强度

的40％及5MPa前能满足抗冻强度要求方可拆除模板，拆模后立即加以保温，防止混凝土表面冷却过快而产生收缩裂纹或混凝土实体受冻，

桥梁工程的冬季施工除了对原材料、钢筋加工、混凝土配制、运

输、浇筑、养护等几方面严格要求外，还要做好质量保证体系、施工组织设计、安全文明施工、环境保护等工作。

只有综合考虑施工技术、管理水平、投资决策几方面因素才能获

然后及时养护使混凝土实体达到设计强度为止。

4．1槛j基的养护

主要是保证混凝土在灌注时不冻结，能顺利灌注。多数灌注桩在灌注后立即回填养护，少数桩头在冰冻范围内的灌注桩，必须采取相应覆盖措施及时养护。

42承台的养生

模板拆除后立即回填覆盖土保温保湿养生。承台(系梁)混凝土

得项目质量和效益双丰收。

作者简介：段学超，1974年生，男，内蒙古赤峰人，矿建工程专业本科，主要从事公路工程咨询工作；牛玺荣，1976年生，男，山西高平人，硕士，主要从事路基路面工程与特殊地区筑路技术方面的研究工作；杨艳，1979年生，女，内蒙古通辽人，道路与桥梁专业专科，助理工程师，主要从事公路工程试验检测工作。

灌筑后立即采用棉被在其顶部及四周覆盖保温保湿，拆模后四周及时回

填土，顶面不能回填土的承台(系梁)采用棉被覆盖。

43系梁的养生

混凝土浇注完成后立即用棉被覆盖，保证混凝土的水化热尽可能少损失，待混凝土的强度达到设计强度的40％及5MPa前拆除模板，拆模后，用塑料布将系梁覆盖好，然后回填土覆盖保温养生，使混凝土

达到设计强度。

44立柱的养护

、参考嫡

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社，2005．

【2】交通部公路科学研究院．公路工程水泥混凝土外加剂与掺和料应甩授米指南【M】北京：人民交通出版社，2006．

【3】田奇混凝土搅拌站及沥青混凝土搅拌站【M1．北京：中国建材工业出版槛．2005

㈣交通部公路科学研究院公路工程水泥混凝土外加剂与掺糨料应用技术指南fM】北京：人民交通出版社，2(}06

立柱(肋板)支模时模板直接包裹棉被，拆模后立即套封塑料膜、外覆带有内衬电热毯的棉被保温。此外还可在直径150cm的立柱模板

外套直径180cm的立柱模板，在两层模板顶部封口，在两层模板之间通蒸汽养护。

立柱模板组装完成后先用棉被将模板包裹好，然后用吊车将模板吊起安装就位。混凝土浇注完成后，在其外面再套一层塑料布。这样就

(上接第165页)

体帷幕与坝体胶结牢固，防渗性能良好。

3．3_2灌浆工艺

1)设阻浆塞或下护壁套管。灌浆前在钻孔上部设一定长度的阻浆

在施工中应控制每次灌浆量，并采用多次复灌的方法。

浆一固坌}—_再灌浆——再固结，反复进行。用这种方法形成的浆

4)复灌间隔时间控制。主要由浆体的固结情况来确定，一般应待

上一次灌入的浆液固结度达到90％以上时，再进行复灌。

塞或有些情况下用3m～5m的护壁套管，可以防止孔口塌落，减少孑L口冒浆，更重要的是使泥浆在坝体内处于封闭状态，推迟或防止坝顶表

面劈裂，因而可以施加较大的灌浆压力，使浆液在坝体内劈开裂缝，达到“内劈外不劈”的目的。

2)压力控制。灌浆压力控制在设计范围内，在施工中，应设专人观测记录孔口压力，如果灌浆压力超过了设计压力，则应及时采取控制措施。

[参考文献]

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【2】白永年中国堤坝防渗加固新技术【M1．北京：中国水利水电出版社，2001

3)灌浆量控制。在堤坝灌浆时常遇到单孔吃浆量很大的情况，这不仅影响坝体安全，也影响坝体回弹，影响泥浆在坝体内排水固结等，

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