论堤防工程劈裂灌浆防渗技术

李 颖

（铁岭县新台子镇人民政府，辽宁 铁岭 112611）

1 概述

劈裂灌浆是根据堤身的几何尺寸和小主应力作用面沿堤坝轴线竖直的分布规律，沿着土堤的轴线布置灌浆孔，施加相应的灌浆压力，劈开进行防渗处理的堤身，随即灌入黏土泥浆，形成沿堤坝轴线竖直连接的防渗泥浆墙帷幕。

劈裂灌浆中使所有与泥浆一脉相通的洞穴、裂缝、水平疏松土层等都得到充填，从而消除了隐患；同时通过压力泥浆的挤压、渗透、充填和湿化固结作用，使泥浆墙体两侧一定厚度土体抗渗性提高，防止大堤高水位时有可能出现的渗流破坏。

2 劈裂灌浆的设计

2.1 灌浆钻孔的设计

劈裂灌浆钻孔设计包括孔深、孔距和孔位布置。

2.1.1 孔位布置。对于堤身低于10m，地面比较平坦的堤坝，可以沿堤轴线单排布孔；对于地形高差大的堤段，或堤身土体疏松的堤段，为降低坝体内应力场的应力水平，可以在主排孔的两侧布置1～2排副孔；堤身高于10m，也可以根据地基情况，参考低于10m的堤段进行布孔；对于堤身内有埋管(涵洞)的堤段，由于堤身内部应力复杂，灌浆初期一般采用多排梅花形布孔。

2.1.2 钻孔深度。我国的堤防大多数处在大江、大河的中下游冲积平原地区，地基多为黏性土或砂性土，为了提高劈裂灌浆的效果，孔深应打入地面以下堤高的1/2的深度。这样一方面可以提高地基的防渗能力，同时还可以加大灌浆压力，使防渗泥浆墙的帷幕加厚。

2.1.3 孔距确定。低于10m的堤坝，孔距布置2～3m；高于10m的堤坝，孔距布置3～5m。对于弯曲段或地基高差太大的堤段，孔距可适当缩小，以泥墙防渗帷幕连续为目的，可通过试验确定。

2.2 灌浆压力的确定

劈裂灌浆压力，一般可分为起始劈裂压力、运行压力。起始劈裂压力为劈裂灌浆的最大压力，即从开始灌浆、起压、迅速达到顶峰值，将堤身劈开后，压力突然下降。这一过程只有几分钟的时间，因为该压力维持时间短，只作用于一点，作为劈裂灌浆技术，必须将堤坝劈开，否则就达不到灌浆目的，所以该峰值虽然最大，但不应作为设计值，只作为衡量堤身质量的参考值。

劈裂灌浆压力的控制压力应当是在灌浆运行期间压力，尤其是在某些堤段全线劈开之后的压力。对于10m以上的高堤，因为灌入的泥浆对两侧土体的总压力很大，所以可能对堤坡造成过大的位移，这时灌浆压力以堤肩的位移量不超过1.0cm来控制。

2.3 帷幕厚度的控制

高度在10m以下的堤身，泥墙总厚度不应小于5.0cm；高度在10m以上的堤身，泥墙总厚度不应小于10.0cm。

2.4 泥浆土料的选择

2.4.1 泥浆比重采用1.3～1.5，初灌和第一次复灌时采用较小值，以后的复灌采用较大值。

2.4.2 泥浆黏度一般控制在20～100s之间，要根据劈开裂缝的宽度、漏浆通道的大小、灌浆压力等确定。初灌和第一次复灌时采用较小值，以后尽量采用较大值。

2.4.3 泥浆的稳定性是以泥浆静置24h后，泥浆上半部和下半部密度差值来表示。测量泥浆稳定性可用专用仪器，也可用250mL的普通量筒来测量。灌浆用泥浆的稳定性一般采用0.05～0.1kg/m3。

2.4.4 泥浆的含砂量：表示的方法是将泥浆与水以1：9的比例稀释后，用砂与泥浆体积的百分数来表示，也可用重量比来表示。一般比例为：干土重：砂重为1：10左右为好。

2.5 泥浆过程的控制

泥浆过程的控制是指泥浆历时复灌次数、复灌间隔时间的确定。为保证灌浆质量，使泥墙防渗帷幕厚度达到设计要求，每个注浆孔的复灌次数不少于5次，每次的间隔时间不少于3～5d，如果一台灌浆设备负责的工段l～2km，分成两序灌浆，总历时不少于60d。

3 劈裂灌浆的施工

劈裂灌浆施工的内容主要包括：灌浆现场布置、劳动组合、钻孔方法、制浆方法和要求、灌浆方法等。为了提高生产效率、降低工程成本，河以组织多台机组分若干工段同时施工。

3.1 钻孔

根据设计要求，确定布孔位置、孔深、孔距等，并选择合适的钻机。目前我国堤防灌浆多采用冲击式、挤压式和旋转式钻机等。堤高10m以内的可采用冲击式和挤压式钻机，用干法钻进；堤高10m以上的可采用旋转式钻机，可用湿法钻进。钻孔孔径一般在5O～100mm之间。10m以内的矮堤用大口径钻杆，10m以上的高堤用小口径钻杆。

3.2 制浆

目前国内制造泥浆的机械很多，在工程上多采用WJG80型或WJ100型搅浆机。主要特点是可以高速连续搅浆，自动进行筛浆，浆液存入储浆筒内，灌浆泵和储浆筒直接相连，制出的泥浆质量高。

3.3 灌浆

采用孔底注浆全孔灌浆法分两序进行灌浆。这是劈裂灌浆提高质量和保证堤体安全的重要技术措施。如果复灌间隔时间过长，下部发现堵管时，可以将灌浆管上提0.5m再灌浆。具体灌浆的工艺如下：

3.3.1 设置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塞或有些情况下用3～5m的护壁套管。这样不仅可以防止孔口塌落，减少孔口冒浆，更重要的是使泥浆在坝身内处于封闭状态，推迟或防止坝顶表面先劈裂。可以施加较大的灌浆压力，使浆液在坝身内劈开裂缝，达到“先内劈后外劈”的目的。阻浆塞的长度可根据具体情况计算确定，一般可采用1.5m的经验数据。

3.3.2 灌浆压力的控制。灌浆压力一般是指孔口压力表读数，这里指运行压力。在施工灌浆中，应设专人观测记录，用堤身一侧位移一次灌浆不超过1.0cm来控制。如果位移过大，则应及时采取控制措施，如打开灌浆泵上或孔口设置的回浆阀门，减少输浆量。

3.3.3 灌浆量的控制。在进行灌浆时，常遇到单孔吃浆量过大的情况，这不仅影响坝体的安全，而且也影响大堤的回弹，影响泥浆在坝身内排水固结等，每次单孔灌浆量在0.5/m3左右。在实际灌浆中，不能按平均灌浆量控制，第一序孔灌浆量应占总灌浆量的60%以上。

单孔灌浆量大的原因多数是因坝身疏松质量很差引起的，有时可能是由于堤身内存在漏水通道发生冒浆引起的，应先处理好冒浆之后再进行复灌。对于堤高10m以下的复灌间隔时间不少于3d，10m以上的复灌间隔时间不少于5d，并应增加复灌的次数，达到终孔标准为止。复灌间隔时间主要由浆体的固结情况来确定。

3.3.4 裂缝的控制。劈裂灌浆施工中，应尽量做到“先内劈后外劈”。一次灌浆劈开的裂缝宽度不应超过1.0cm。回弹比超过0.5之后，才能进行下一次复灌。

3.3.5 弯曲堤段的灌浆工艺。为了在弯曲堤段获得沿堤轴线连续的浆体防渗帷幕，必须采取特别的灌浆工艺，一般可选用以下两种：

①随即钻灌法。即钻一孔灌一孔的方法，孔距要小。当灌浆孔口出现细小裂缝，并开始偏离堤轴线时停止灌浆。然后在偏离堤轴线较近处的轴线上钻孔灌浆，使其劈裂重新回到堤轴线的位置，循序渐进钻灌，引伸裂缝沿堤轴线发展，最终沿堤轴线方向形成竖直连续的浆体防渗帷幕。堤轴线曲率越大，钻孔应越密。

②一次成孔灌浆法。在弯曲堤段的轴线上，将设计灌浆孔连续钻完，然后再逐孔轮流进行灌浆。单孔每次灌浆量要少，力争在短时间内循环一遍。当发现孔口有小的裂缝时就停止灌浆，改灌另一孔。

不论采取以上哪种灌浆方法，当堤顶沿坝轴线出现贯通的细小裂缝后，要及时做阻浆盖，控制堤顶表面再次发生劈裂。弯曲堤段的钻孔越密，最后形成的浆体防渗帷幕就越接近堤轴线，连续性越好。

3.3.6 陡坡堤段的灌浆工艺。土堤基础地形起伏较大的坡段应力条件比较复杂，岸坡段的小主应力作用面不一定沿着堤轴线分布，有的可能与堤轴线斜交或垂直于堤轴线，因此有其特殊的灌浆工艺。调整小主应力作用面。由于不均匀变形等原因，陡坡段可能出现横向裂缝，小主应力作用面基本垂直于堤轴线。为将小主应力作用面调整为平行堤轴线方向，采用在缝顶做阻浆盖，缝内打孔灌浆用密度为1.4～1.6g/cm3的浓浆，并采用较大的灌浆压力，使堤身在高压泥浆的作用下，充分地横向劈裂、挤压、湿陷，最后实现应力再分配，充分补充纵向小主应力的不足，恢复3个主应力方向的正常秩序。然后再沿轴线布置灌浆孔，营造防渗墙帷幕。

3.3.7 终灌标准和封孔。终灌标准：当开启灌浆泵后几分钟时间，堤顶表面裂缝即冒浆，这时在无压情况下反复轮灌，堤顶连续3次冒浆，缝内浆面基本不下降，即可终灌。封孔标准：劈裂灌浆多用稠泥浆封孔。灌浆结束后，把孔内析出的清水抽出，填入较大稠度的泥浆，其密度一般应大于1.6g/cm3，静置一周左右，再次抽出清水注入泥浆，直至浆面与坝顶齐平，最后用干土封口并压实。此外还可用混合土封孔方法，混合土由石子、砂、黏土浆等组成。混合土性能较好，与孔壁结合比较牢固。

4 劈裂灌浆质量检查

现场检查一般沿堤轴线100～200m挖一探坑或探槽，以检查浆体分布、浆脉厚度、深度是否能形成连续竖直的防渗泥墙帷幕等设计指标；同时，按探坑深度每2.0m取一组试样，试验样品的常规物理力学指标，重点是指干密度、渗透系数、抗渗坡降等。

此外，工程运行并经洪水考验后，进行防渗效果观测鉴定，如果下游堤坡的渗透现象消失、浸润线出逸点已降至设计高程以下、坝坡变得干燥，同时堤体的变形基本稳定，灌浆后各测点之间的差异沉降很小，不足以产生新的变形破坏，证明灌浆质量良好。

5 结论

总之，只有完全掌握了堤防工程劈裂灌浆防渗的设计、施工与质量检查技术，才能有效的保证堤防工程劈裂灌浆防渗效果，达到我们的既定目标。

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