劈裂注浆

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324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
（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-25 0/120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φ8 9mm。

（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3～5m，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浆，这表明堤坝地基已经劈裂，串浆两孔之间浆脉已经沟通。

处理这种现象，一是将冒浆孔用止浆塞堵上，然后在注浆孔再继续注浆，另一种是将注浆孔与冒浆孔并联，同时进行灌注。

（3）隆起：注浆期地层隆起，一是由于注浆时产生水平劈裂，在注浆压力作用下，对地层产生抬动。

在这种情况下，应采取限压方法或在保持注浆压力的前提下，控制注入量。

二是由于在注浆压力作用下，对湿陷性大的土体产生挤压变形，而造成局部隆起。

这时，则应降低注浆压力或调整施工方案。

总之，注浆中地层的隆起是应尽量避免的，若发生，则应找出原因，采用相应的处理措施后，再继续注浆，以免对土坝质量造成不良影响。

（4）吸浆量过大：一种情况是注浆土体过于疏松，在注浆压力作用下，伴随着出现较大的压缩变形，使裂缝加宽，吸浆量增大。

这时，伴随注浆量的增加，压力将逐步上升，应继续灌注到压力上升至设计压力或反复灌注到地层不吸
浆为止。

另一种情况是地层存在掏刷形成的空洞，这时应一直灌注到空洞填满为止。

四、效果评价
劈裂灌浆完成以后，经过一段时间，等粘土浆完全析水固结后，随机对灌浆的部位进行开挖，检验粘土墙的生成质量。

经现场开挖检验，在坝体沿坝轴线方向形成数道粘土帷幕，宽度为10mm～50mm，浆脉累计厚度100mm（见图2）。

图2劈裂灌浆探槽开挖平面图
在理论上，坝体沿坝轴线方向存在粘土帷幕，能使坝体的浸润线骤然降低，有效地降低了水向背水坡脚的渗水，同时也提高了坝体的稳定性；从灌浆施工完全结束后，主坝坝后坡脚渗水严重的情况已经得到了明显的改善。