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摘要：本文分析了劈裂灌浆技术的原理与施工工艺，然后结合工程案例探讨了劈裂灌浆技术在堤坝防渗加固工程中的应用。
关键词：劈裂灌浆；堤坝；防渗加固
劈裂灌浆技术利用了土坝内部存在弱应力面的规律（通常沿坝轴线方向），在土坝上沿弱应力面方向布置一排或两到三排灌浆孔，通过选择适当的灌浆压力，使土坝沿弱应力面产生裂缝（即劈裂土坝），同时在泥浆充填、压密、固结以及浆坝互压等综合作用下，形成有效的防渗帷幕，最终达到加固土坝的目的。这项技术是我国水利工作者在总结土坝灌浆实践经验基础上提出的一项卓有成效的技术，已成功处理土坝、土堤数千公里，具有施工便捷、经济高效之优点，因而在水利水电行业受到欢迎和重视。为了更好地将劈裂灌浆技术应用于堤坝除险加固工程，本文对相关问题进行了分析和探讨。
1 劈裂灌浆技术原理与施工工艺
1.1 劈裂灌浆技术原理
图1为堤坝断面内部的应力分布。一般情况下，堤坝竖向应力 、纵剖面水平应力 、横剖面水平应力 之间存在 的关系。在堤坝轴线附近有近似关系： ， ， （ 为坝内纵向应力， 为坝内竖向应力， 为坝内水平应力），由此得到 。可见坝内纵向应力是堤坝内部三个主应力中最小一个（即小主压力），因此灌浆时沿坝轴线方向最易发生劈裂。在坝轴线上布置若干灌浆孔，当灌浆压力 时，坝体内部就会被劈开[1]。事实上，从灌浆孔注浆加压到坝体劈裂经历了以下几个阶段：（1）浆液进入堤坝内部，土体被挤密；（2）土体被挤密到一定程度就会出现拉裂现象；（3）挤压应力超过了土体强度的极限，土体断裂，坝体被劈开出现劈裂缝；（4）随着多次复灌，坝体内裂缝、洞穴等缺陷被充填、回弹压密。起始劈裂压力可以用 表示，其中 为堤坝钻孔平面的小主应力， 为土体单轴抗拉强度， 为圆孔应力集中系数（一般 =2.3～3.0）。发生劈裂的泥浆压力条件是 。
1.2 劈裂灌浆施工工艺
劈裂灌浆的施工工艺如图2所示。根据设计要求放样布孔，即确定孔位、孔距和孔深等。目前，堤坝劈裂灌浆一般采用冲击、挤压、旋转等型式钻机。较矮的堤坝（≤10m）常选用前两种型式的钻机，多用干钻方式；较高堤坝（>10m）应采用旋转钻机，并以湿法钻进。钻孔必须分序钻进，以先疏后密方式造孔。孔序多采用2序～3序。造孔孔位偏差一般≯50mm，孔斜≯2%。劈裂灌浆浆液的选择和使用，对堤坝灌浆质量影响很大，应当满足流动性、稳定性、凝结性和经济性等要求。一般情况下，首选当地价廉易得的黏土浆，必要时可掺入膨润土及其他外加剂，以改善浆液性能，如水玻璃等，为防治白蚁还可加入白蚁灵等药剂；特殊部位可采用水泥浆或水泥黏土浆、自凝灰浆。制浆方法包括干法和湿法两种，以湿法居多，如采用WJG80、WJ100搅桨机制浆。浆液黏度一般控制在20～100s，密度在1.1～1.6g/cm3，稳定性0.1～0.16 g/cm3。灌浆一般采用孔底注浆全孔灌注法，主要控制灌浆压力和一次灌浆量，即应遵循“先稀后浓，分序灌浆；少灌多复，控制浆量”的原则。前两次灌浆采用密度1.1～1.3 g/cm3的稀浆，然后再将密度提高至1.4～1.6 g/cm3。复灌次数保持5～10次，矮坝每孔复灌间隔不少于3d，高坝复灌间隔不少于5d。施工时应控制裂缝，按照“先内劈后外劈”的原则，控制前两次灌浆堤顶不产生裂缝，出现裂缝也要立即停灌；第3次开始堤顶裂缝宽度也不能超过2cm宽。每次单孔灌浆量应控制在0.5m3/m左右，并合理分配各序孔的浆量，采用两序灌浆时Ⅰ序孔灌浆量要达到总灌浆量的60%以上。灌浆压力的控制与堤坝质量、坝高、孔深、泥浆密度以及坝体隐患状况、堤坝安全性等众多因素相关，并没有统一的数据标准，可以这样理解：如果灌浆压力太小不足以劈开坝体，就不成为劈裂灌浆；但灌浆压力太大，很可能会对坝体造成破坏。以沙壤土为例，孔口压力值一般控制在150～200kPa，但有些工程孔口压力值达到300kPa仍然未出现险情，这是因为孔间坝体结构等因素不相同所致[2]。一般可通过灌浆量、压力突变来判断灌浆压力，灌浆量突然增大或压力表值突然降低，往往预示着坝体内部已发生劈裂。终灌标准一般以连续复灌3次不吸浆且外观上饱、满、实为依据。终灌后以稠泥浆封孔，静置一周后抽出表面清水，注入泥浆，再用干土或砂、石、土配成混合土封口，压实。由于灌浆后坝顶存在坑凹、表面裂缝、坝高降低等现象，应进行铺土夯实及碾压处理。
2 劈裂灌浆技术在堤坝除险加固中的应用
2.1 工程概况
某水库是灌溉为主兼防洪、发电、供水、淡水养殖的综合性水利工程，总库容1.31×108m3[3]。水库枢纽建筑包括1主坝、2副坝以及溢洪道、输水涵管、水电站等。主坝长2846m，坝顶高程60m。坝基为玄武岩全风化土，局部搀杂玄武岩孤石，透水性较强。坝体填土为粉质土，结构较为松散。土体孔隙比高，透水性强，并且坝体与坝基结合部处理不好，防渗性较差。根据多年观测结果，主坝坝脚与下游坝坡处渗漏较为严重，因此决定采用劈裂灌浆技术处理坝体和坝基。
2.2 施工方法
灌浆方案是在桩号2+430～5+000约2670m坝段布设单排孔，其中坝高8m以下坝段采用2序孔，孔距2～2.5m；坝高8m以上坝段采用3序孔，孔距2.5m。99%以上采用湿法造孔，不足1%采用干法成孔。浆液采用水泥黏土浆，水泥含量约9%。浆液配比采用8：1、5：、3：1、2：1和1：1，稀浆开灌，逐步变浓。施工机械采用XY-100型钻机、XY-150型钻机各1台，BW250/50、HB80灌浆泵各2台，以及其他配套设备。成孔孔径80mm。灌浆采用孔底注浆全孔灌注方法，并同时灌3～4孔。开灌泥浆密度1.19 g/cm3，终灌泥浆密度1.46 g/cm3，封孔泥浆密度1.60 g/cm3。遵循“少灌多复”原则，先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序及Ⅲ序孔。最大灌浆量控制在0.5～1.0m3/m，复灌次数平均约6次，间隔5d。孔口压力控制在50～300kPa。本项工程总共灌浆605孔，总进尺近1万m，共灌浆28368m3，消耗黏土7511t，使用水泥693t。灌浆结束1年后，验收钻探发现大坝洇湿渗漏现象消失，说明灌浆效果达到了设计要求。
3 结语
我国水利工程中土坝、土堤数量众多，既要满足防渗加固要求，又要成本易于接受，劈裂灌浆就是解决此类问题的可靠有效技术。由于劈裂灌浆也属于隐蔽性工程，需要施工单位具备丰富的经验和娴熟的技术水平，因此施工过程中应加强质量控制和数据记录，以便对灌浆效果评价更科学合理。
参考文献：
[1] 卓林.浅谈劈裂灌浆在堤坝加固中的应用[J].甘肃水利水电技术，2013，49（7）：56-58，61.
[2] 刘成伟，陈晓峰，沈金荣.关于劈裂灌浆加固法几个问题的研究[J].江苏水利，2013（12）：19-20.
[3] 高环安，李招文，符永生，等.低矮堤坝劈裂灌浆技术特点及其应用[J].水利科技与经济，2013，19（11）：110-112.
关键词：劈裂灌浆；堤坝；防渗加固
劈裂灌浆技术利用了土坝内部存在弱应力面的规律（通常沿坝轴线方向），在土坝上沿弱应力面方向布置一排或两到三排灌浆孔，通过选择适当的灌浆压力，使土坝沿弱应力面产生裂缝（即劈裂土坝），同时在泥浆充填、压密、固结以及浆坝互压等综合作用下，形成有效的防渗帷幕，最终达到加固土坝的目的。这项技术是我国水利工作者在总结土坝灌浆实践经验基础上提出的一项卓有成效的技术，已成功处理土坝、土堤数千公里，具有施工便捷、经济高效之优点，因而在水利水电行业受到欢迎和重视。为了更好地将劈裂灌浆技术应用于堤坝除险加固工程，本文对相关问题进行了分析和探讨。
1 劈裂灌浆技术原理与施工工艺
1.1 劈裂灌浆技术原理
图1为堤坝断面内部的应力分布。一般情况下，堤坝竖向应力 、纵剖面水平应力 、横剖面水平应力 之间存在 的关系。在堤坝轴线附近有近似关系： ， ， （ 为坝内纵向应力， 为坝内竖向应力， 为坝内水平应力），由此得到 。可见坝内纵向应力是堤坝内部三个主应力中最小一个（即小主压力），因此灌浆时沿坝轴线方向最易发生劈裂。在坝轴线上布置若干灌浆孔，当灌浆压力 时，坝体内部就会被劈开[1]。事实上，从灌浆孔注浆加压到坝体劈裂经历了以下几个阶段：（1）浆液进入堤坝内部，土体被挤密；（2）土体被挤密到一定程度就会出现拉裂现象；（3）挤压应力超过了土体强度的极限，土体断裂，坝体被劈开出现劈裂缝；（4）随着多次复灌，坝体内裂缝、洞穴等缺陷被充填、回弹压密。起始劈裂压力可以用 表示，其中 为堤坝钻孔平面的小主应力， 为土体单轴抗拉强度， 为圆孔应力集中系数（一般 =2.3～3.0）。发生劈裂的泥浆压力条件是 。
1.2 劈裂灌浆施工工艺
劈裂灌浆的施工工艺如图2所示。根据设计要求放样布孔，即确定孔位、孔距和孔深等。目前，堤坝劈裂灌浆一般采用冲击、挤压、旋转等型式钻机。较矮的堤坝（≤10m）常选用前两种型式的钻机，多用干钻方式；较高堤坝（>10m）应采用旋转钻机，并以湿法钻进。钻孔必须分序钻进，以先疏后密方式造孔。孔序多采用2序～3序。造孔孔位偏差一般≯50mm，孔斜≯2%。劈裂灌浆浆液的选择和使用，对堤坝灌浆质量影响很大，应当满足流动性、稳定性、凝结性和经济性等要求。一般情况下，首选当地价廉易得的黏土浆，必要时可掺入膨润土及其他外加剂，以改善浆液性能，如水玻璃等，为防治白蚁还可加入白蚁灵等药剂；特殊部位可采用水泥浆或水泥黏土浆、自凝灰浆。制浆方法包括干法和湿法两种，以湿法居多，如采用WJG80、WJ100搅桨机制浆。浆液黏度一般控制在20～100s，密度在1.1～1.6g/cm3，稳定性0.1～0.16 g/cm3。灌浆一般采用孔底注浆全孔灌注法，主要控制灌浆压力和一次灌浆量，即应遵循“先稀后浓，分序灌浆；少灌多复，控制浆量”的原则。前两次灌浆采用密度1.1～1.3 g/cm3的稀浆，然后再将密度提高至1.4～1.6 g/cm3。复灌次数保持5～10次，矮坝每孔复灌间隔不少于3d，高坝复灌间隔不少于5d。施工时应控制裂缝，按照“先内劈后外劈”的原则，控制前两次灌浆堤顶不产生裂缝，出现裂缝也要立即停灌；第3次开始堤顶裂缝宽度也不能超过2cm宽。每次单孔灌浆量应控制在0.5m3/m左右，并合理分配各序孔的浆量，采用两序灌浆时Ⅰ序孔灌浆量要达到总灌浆量的60%以上。灌浆压力的控制与堤坝质量、坝高、孔深、泥浆密度以及坝体隐患状况、堤坝安全性等众多因素相关，并没有统一的数据标准，可以这样理解：如果灌浆压力太小不足以劈开坝体，就不成为劈裂灌浆；但灌浆压力太大，很可能会对坝体造成破坏。以沙壤土为例，孔口压力值一般控制在150～200kPa，但有些工程孔口压力值达到300kPa仍然未出现险情，这是因为孔间坝体结构等因素不相同所致[2]。一般可通过灌浆量、压力突变来判断灌浆压力，灌浆量突然增大或压力表值突然降低，往往预示着坝体内部已发生劈裂。终灌标准一般以连续复灌3次不吸浆且外观上饱、满、实为依据。终灌后以稠泥浆封孔，静置一周后抽出表面清水，注入泥浆，再用干土或砂、石、土配成混合土封口，压实。由于灌浆后坝顶存在坑凹、表面裂缝、坝高降低等现象，应进行铺土夯实及碾压处理。
2 劈裂灌浆技术在堤坝除险加固中的应用
2.1 工程概况
某水库是灌溉为主兼防洪、发电、供水、淡水养殖的综合性水利工程，总库容1.31×108m3[3]。水库枢纽建筑包括1主坝、2副坝以及溢洪道、输水涵管、水电站等。主坝长2846m，坝顶高程60m。坝基为玄武岩全风化土，局部搀杂玄武岩孤石，透水性较强。坝体填土为粉质土，结构较为松散。土体孔隙比高，透水性强，并且坝体与坝基结合部处理不好，防渗性较差。根据多年观测结果，主坝坝脚与下游坝坡处渗漏较为严重，因此决定采用劈裂灌浆技术处理坝体和坝基。
2.2 施工方法
灌浆方案是在桩号2+430～5+000约2670m坝段布设单排孔，其中坝高8m以下坝段采用2序孔，孔距2～2.5m；坝高8m以上坝段采用3序孔，孔距2.5m。99%以上采用湿法造孔，不足1%采用干法成孔。浆液采用水泥黏土浆，水泥含量约9%。浆液配比采用8：1、5：、3：1、2：1和1：1，稀浆开灌，逐步变浓。施工机械采用XY-100型钻机、XY-150型钻机各1台，BW250/50、HB80灌浆泵各2台，以及其他配套设备。成孔孔径80mm。灌浆采用孔底注浆全孔灌注方法，并同时灌3～4孔。开灌泥浆密度1.19 g/cm3，终灌泥浆密度1.46 g/cm3，封孔泥浆密度1.60 g/cm3。遵循“少灌多复”原则，先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序及Ⅲ序孔。最大灌浆量控制在0.5～1.0m3/m，复灌次数平均约6次，间隔5d。孔口压力控制在50～300kPa。本项工程总共灌浆605孔，总进尺近1万m，共灌浆28368m3，消耗黏土7511t，使用水泥693t。灌浆结束1年后，验收钻探发现大坝洇湿渗漏现象消失，说明灌浆效果达到了设计要求。
3 结语
我国水利工程中土坝、土堤数量众多，既要满足防渗加固要求，又要成本易于接受，劈裂灌浆就是解决此类问题的可靠有效技术。由于劈裂灌浆也属于隐蔽性工程，需要施工单位具备丰富的经验和娴熟的技术水平，因此施工过程中应加强质量控制和数据记录，以便对灌浆效果评价更科学合理。
参考文献：
[1] 卓林.浅谈劈裂灌浆在堤坝加固中的应用[J].甘肃水利水电技术，2013，49（7）：56-58，61.
[2] 刘成伟，陈晓峰，沈金荣.关于劈裂灌浆加固法几个问题的研究[J].江苏水利，2013（12）：19-20.
[3] 高环安，李招文，符永生，等.低矮堤坝劈裂灌浆技术特点及其应用[J].水利科技与经济，2013，19（11）：110-112.