论述劈裂灌浆在水库土坝中的防渗加固机理

论述劈裂灌浆在水库土坝中的防渗加固机理

郑道荣

惠州市水电建筑工程有限公司广东省516001

摘要：土坝在水利工程的建设占据着非常重要的位置，因为其应用到水利工程建设当中，所以对其稳定性和安全性也有着比较高的要求，在土坝加工的过程中，效果最好的就是劈裂式灌浆方法，当前在很多小型工程的建设当中都采用这种技术，并且取得了很好的效果。本文主要阐述了土坝加固中劈裂式灌浆法的应用，希望能够给相关的施工人员提供经验和借鉴。

关键词：水库土坝；加固机理；劈裂式灌浆法

1、引言

一般说来，水库的土坝很容易发生渗水、跌窝以及潮湿的现象，其结果是会导致土坝的渗漏、变形甚至会对水库造成很大的影响，如果不及时处理，会造成很大的安全问题，因此，土坝防渗加固技术在水利水电工程施工中起着重要的作用。土坝防渗加固技术可以处理土坝的渗透与变形，从而可以使坝体劈裂灌浆，并且在坝体内形成一种防渗体，避免出现渗漏现象，最终保持坝体的坚固与稳定。

2、土坝坝基加固技术概述

任何一个建筑物要想得到长期、稳定的运行，科学、牢固的坝基都不容忽视，而水库土坝作为水利工程的特殊存在，其对坝基要求更为强烈，这也为土坝坝基加固施工提出了新看法。对土坝工程而言，坝基在建造或者使用中极容易因为自身技术、材料以及内外压力状况而导致病险问题的产生，譬如空隙、裂缝等，这不仅会破坏土坝结构的整体性、牢固性，还会影响水利工程功能的发挥，甚至危机水利工程使用安全。自古以来，我国就有千里之堤毁于蚁穴的说法，一个很不起眼的裂缝往往会造成无法弥补的损失，面对这种现象劈裂式灌浆技术的应用就显得十分必要，它可以直接针对裂缝进行修复，利用液态浆液灌注到土坝裂缝当中，从而提高土坝结构整体性、安全性和耐久性。但由于土坝坝基加固在目前水利施工中并不多见，因此这里我们对此并不多做论述。

3、劈裂式灌浆的基本原理

3.1坝体的可灌性分析

中小型水库在长期运营后会出现较多的缝隙等，对于水库的安全运行产生较大影响，通过采取劈裂注浆的形式，能够对坝体存在的裂缝进行适当的劈开，使得浆液灌注到原本不连续且难以灌注到的位置，通过合理的灌浆工艺，能够实现对坝体有计划的劈裂，以达到消除隐患且稳定坝体的目的。

3.2浆、坝互压的作用机理

对水库等进行劈裂式灌浆的主要任务之一，就是在允许的范围内尽量增大灌浆压力，使原来较为疏松的土体或较为微小裂隙在某个范围内得到一定程度的压实；停灌以后，由于孔口压力的取消和泥浆的浓缩固结，泥浆压力逐渐减小，坝体回弹压缩泥浆。通过多次复灌可充分发挥浆、坝互压作用，有效提高坝体的密实度并保证灌浆质量。

3.3泥浆的排水固结

灌浆停止后，孔口压力下降为零，此时浆液内的孔隙压力为浆液的自重应力，当浆液析水完毕后，孔隙压力减小，浆液进入到排水固结阶段，因下部泥浆受到的压力较大，因此使得泥浆的固结硬化顺序是从上到下进行的，从水平截面上是自外向内的，靠近坝体的浆体部分先固结，然后逐渐向里固结，对于发挥浆液早期的阻水作用、提高防渗能力具有积极的作用。

3.4泥浆对坝体的相互填充作用

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。

4、劈裂式灌浆施工的步骤

4.1前期勘探

在对坝基实际进行灌浆施工前，应当先对水库进行一番全面细致的勘探工作，对其中堆石体缝隙的大小进行确定，并对水库的情况进行充分了解，从而对后续的打孔、灌浆等工作做好充分的前提准备，这也是对工程质量进行保障的前提。首先，应当对在灌浆施工过程中可能用到的设备材料进行准备，同时在对制浆、灌浆设备进行现场布置时，应当充分的对其输浆距离、泵容大小等可能关系到施工的因素进行确定，并在设备安置与人员安排时尽量的保证后续的施工工作能够受到外界最小的干扰，同时还应当对施工中关键的交通情况进行考虑。其次，在实际灌浆之前还应当对观测的位置以及设备进行确定，同时进行一定的试验，从而全力确保施工的顺利进行。

4.2制孔

首先，应当进行布孔工作，在布孔工作完毕后再有序的进行钻进，同时要遵循制孔的先疏后密原则。并按照施工设计方案，在坝基的内、外坡分别进行钻孔，同时保证孔的深度能够满足各个步骤层面的需求。

4.3制作浆液

在浆液制作的过程中，应当使用搅拌机对其进行制作，并在制作的过程中保持对工程进度与质量的实时监控，从而保证浆液的密度能够符合施工要求。同时，对于浆液的容量也应当进行控制，一般情况来说其容量为0.3g/cm3～1.5g/cm3，而这也是对浆液质量进行保证的重要措施之一。

4.4灌浆

灌浆是整个水库灌浆工程的最重要环节。在实际灌浆前，应当对制浆、灌浆人员以及记录都以施工设计方案要求进行严格的控制，从而保证灌浆机的工作效率得到最高。而在实际进行灌浆时，应当保证对堆石体的充填应当以先上游、后下游，最后填充中游的方式来进行，从而以这种循序渐进的施工方式对灌浆加固的质量进行保证。

4.5封孔

在灌浆工序结束前，为了保证灌浆工作的质量，应当先对坝基的外表进行观察，观察其灌浆的饱满程度、厚实程度是否满足施工标准、有没有下沉现象的存在。而灌浆合格的具体标准为：其在每次进行灌浆的数量与次数都能够达到之前的设计标准，且在灌浆后没有吃浆现象的存在。在对其进行封孔时，通常使用的材料为泥球或者稠浆，同时要保证封孔工作的细致、严密，从而保证浆体没有渗漏、溢出的现象存在。

4.6灌浆效果及质量检测

完成灌浆后，要及快检查效果，并进行质量检测。但因为灌浆的相关操作很多都是在隐蔽处进行，难以控制工程的质量，所以应该采用多种方法来检测灌浆效果。

（1）现场施工监测

全面查看整个灌浆现场，特别是要仔细查看灌浆前的隐患部位。对各处的岩土水体检查灌浆前后的变化，并以此判断灌浆的效果。

（2）水文试验参数

灌浆施工结束后，重点在地质条件不好的地段以及灌浆质量较差或有疑问的部位布置检查孔，数目约为总灌浆孔数的5～10%，通过用压水、注水或抽水等方法测定出流量及渗透系数，比较灌浆前后的数据，可检测出灌浆效果。

（3）钻孔岩芯检测

通过钻孔，从灌浆体内取出原状样品，比较观察岩芯的变化，并进行室内试验研究，在全面分析物理力学指标的基础上科学评价灌浆效果。

（4）物理勘探检测分析

可以通过现场测得的弹性纵波和动弹性模量，来判断灌浆的效果和质量。

5、结语

运用流固耦合分析方法进行模拟，用劈裂灌浆防渗加固技术来改进坝体的稳定性，是堤坝加固领域的一种非常有效的加固方法，多年来该技术在中小型水库土坝防渗加固中得到广泛应用。本文通过水库土坝防渗加固机理分析，为进一步开展劈裂灌浆防渗加固技术提供理论支持与保证。

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