浅谈劈裂灌浆技术在工程实践中的应用

芦绪民

（陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西 咸阳 712000）

1 工程概况

渭南市尤孟防洪堤位于尤河入渭口下游，堤面宽度7 m～7.5 m，堤身高度5.5 m～6.0 m，2003年8月31日尤孟堤决口后，堤防临、背水侧均被洪水长时间浸没，堤身、堤基产生不均匀沉陷，导致堤顶出现20多条纵向裂缝，累计长度2.2km，质量差，隐患多，亟需对其进行除险加固。如果选用开挖回填方案，避免不了开挖回填的盲目性，经分析，对尤孟堤采用劈裂灌浆加固方案。

2 地层岩性

2.1 堤身组成物质

尤孟堤由人工从两岸拉运堆筑碾压而成。Q4S岩性浅灰黄色，稍密实，呈可塑状，主要为轻粉质壤土组成，无层理，杂乱分布，其间纵横裂缝较为发育，顶部有约0.5 m厚的硬盖层，含水量约14%。据调查，修筑时用履带拖拉机进行碾压过（实为推平），压实系数没有达到《堤防设计规范》的技术要求。

2.2 堤基地层岩性

堤基以下约2.5 m，深度5.5 m～8.0 m。Q42al浅灰黄色壤土和粉砂互层，壤土软塑～可塑状，较疏松，以粉粒含量为主，可见水平层理，含水量约15%～20%左右。粉砂松散，含水量多数为饱和状态。地下水位埋深（从堤基算起）约9.0 m左右。

3 劈裂式灌浆施工

3.1 灌浆设计

劈裂灌浆原理是通过劈裂灌浆使浆液有效地填塞堤防内部的漏洞、孔洞及松散体，并在堤防内部形成竖直防渗帷幕，通过浆液对堤内土体的挤压，提高堤防的密实度和抗渗能力，同时利用压力灌浆，使背水侧裂缝得以充填，从而达到除险加固的目的。

尤孟堤防应急除险加固工程劈裂灌浆段总长2200 m，沿堤防中轴线单排布置灌浆孔，分段实施，每300 m为一单元工程，共划分为七个单元，总计736个灌浆孔，孔距3 m，孔深8 m，总进尺5888 m。

3.2 灌浆试验

灌浆施工前选择具有代表性的堤防段做灌浆试验，对造孔工艺、灌浆工艺、浆液的各种性能指标进行了合理性总结和完善，最终确定孔径为φ30mm，浆液容重控制在1.25 g/cm3～1.65 g/cm3，孔距均为3.0 m，孔深8.0 m，劈裂压力一般为0.1MPa～0.22 MPa，正常压力在0.15 MPa～0.4 MPa之间变化，最大控制压力为0.6 MPa。

3.3 劈裂式灌浆施工

3.3.1 造孔

选用堤防专用锥孔机，额定孔径30mm，锥头30mm，干法造孔，锥孔速度一般为40min/孔～80min/孔。造孔时认真填写劈裂灌浆孔造孔班报。这样施工即满足了设计及规范提出的造孔技术要求，且环保、干净、效率高，同时保证了用水回转钻进对堤身造成的损害。

3.3.2 制浆

土料选用桩号38+500以南黄土塬土料，经试验，灌浆土料粉粒含量略高，其他各项指标均满足灌浆土料的技术要求，可作为灌浆料源。

土料运至制浆站粉碎后过筛清除大颗粒和杂物，然后装袋，制浆前必须称量，称量误差应小于5%。按要求的水土比搅拌均匀后，对浆液各种性能进行测试，合格后再通过35孔/cm2的过滤筛按不同浆比放入浆液池中备用。

3.3.3 浆液性能控制

本次灌浆施工采用4种水土比的浆液，分别为1.4∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1。浆液比重控制在1.20 g/m3～1.60 g/m3，泥浆粘度20 s～70 s，泥浆胶体率大于70%。泥浆的稳定性0.1 g/m3～0.15 g/cm3。

为提高浆液的稳定性，减小粘土浆液失水量，经过试验在浆液中加入1%～2%工业用碱，可使浆液的胶体率由65%提高到88%，稳定性由0.3 g/cm3降至<0.1 g/cm3，失水量由48cm3/30min降至12cm3/30min。

3.3.4 灌浆

（1）按所需浆比的浆液，由送浆泵送至灌浆孔孔口的搅拌桶内，再由灌浆泵注入孔内。

（2）不分序，孔底注浆，单排双孔并灌。

（3）注浆管距孔底0.5 m～1.0 m。

（4）稀浆劈裂，稠浆灌注。每次开灌前和间隔一小时量测浆液容重，并认真填写好浆液物理力学性能测试记录表。

（5）当发现两孔之间有裂缝后，立即停灌，尽量做到内劈外不劈。

灌浆开始先用稀浆，灌注一段时间后，当压力表压力突然降低，说明裂缝已经劈开，然后再加大浆液稠度。每孔灌浆次数一般为5次，复灌时两次间隔时间为24小时。

3.3.5 灌浆结束标准

（1）每孔的灌浆次数不少于5次；

（2）每孔灌浆土料不少于3m3(虚方)；

（3）开灌浓浆5min堤顶裂缝冒浆连续两次；

（4）复灌时连续3次不吃浆。

以上条件符合其中两项即可终孔。

3.3.6 灌浆封孔

当每孔达到终孔结束标准后，待孔内泥浆不再流动时，将孔内稀浆提出，向孔内注入0.6∶1的稠泥浆或者填入含水量适中的制浆土料进行捣实。

4 劈裂灌浆成果资料分析

从资料整理分析可知，一单元单位耗土量最大值497.9 kg/m，最小值315.4 kg/m，平均值为412.3 kg/m，单位耗土量400 kg/m～450 kg/m频率最高为41.2%；二单元单位耗土量最大值476.0 kg/m，最小值278.4 kg/m，平均值为364.5 kg/m，单位耗土量350 kg/m～400 kg/m频率最高为52%；三单元单位耗土量最大值489.9 kg/m，最小值321.1 kg/m，平均值为394.2 kg/m，单位耗土量350 kg/m～450 kg/m频率最高为81%；四单元单位耗土量最大值576.8 kg/m，最小值333.4 kg/m，平均值为411.5 kg/m，单位耗土量400 kg/m～450 kg/m频率最高为51.5%；五单元单位耗土量最大值473.1 kg/m，最小值196.8 kg/m，平均值为316.3 kg/m，单位耗土量300kg/m～350 kg/m频率最高为56.3%；六单元单位耗土量最大值429.8 kg/m，最小值64.5 kg/m，平均值为148.6 kg/m，单位耗土量100 kg/m～150 kg/m频率最高为56.0%；七单元单位耗土量最大值140.9 kg/m，最小值25.2 kg/m，平均值为77.8 kg/m，单位耗土量60 kg/m～90 kg/m频率最高为43.3%。灌浆前一单元、四单元、三单元堤身质量较差，堤身的密实度不够，松散～稍密，而且堤身内部纵横裂缝发育，隐患较多，在施工过程中这三个单元的吃浆量明显较大；二单元、五单元的吃浆量比以上三个单元稍小一点；六单元、七单元吃浆量明显较小。灌浆效果整体规律性比较明显，原堤身质量较好的施工过程中灌浆量明显较小，原堤身质量差、隐患多的在施工过程中灌浆量明显增大。

从开挖的探槽可以明显的看出劈裂灌浆所形成的泥墙是连续的，泥墙厚度达到和超过了设计和规范要求，纵横裂缝充填饱满，灌浆辐射的半径较大，帷幕形成的较好。通过这次劈裂灌浆，使堤身内部不均匀的应力得到了平衡，消除了纵横裂缝，使堤身形成为一个整体，泥墙和帷幕的形成，使堤身防渗能力得到了提高，达到了预期除险加固的目的。

5 结论与建议

5.1 结论

（1）灌浆工艺简便、可行。灌浆孔在孔口封闭后，即注浆管下至距孔底0.5 m～1.0 m，采用孔底注浆全孔灌注的方法，工艺上比较成熟，操作上简便、可行。

（2）孔距比较合理。从施工现场情况可以看到，其中80%以上两孔之间裂缝已经贯通，设计3.0 m的孔距比较合理，符合尤孟堤实际状况。

（3）设计灌浆压力较为合理。劈裂式灌浆其原理是运用坝体应力分布规律，用一定的灌浆压力，将坝体沿轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗泥墙，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，提高坝体的变形稳定性。从灌浆量和灌后开挖效果来看，完全满足了设计要求，达到了预期目的。

灌浆孔资料表明：三种情况下压力的大小是比较合理的，与尤孟堤防地层岩性，堤防质量及含水量和堤防高度实际状况相符合。

5.2 建议

（1）本次灌浆施工对于堤基（堤身）小裂缝灌浆效果较好，而对于更细小甚至闭合的裂缝则灌浆效果不太明显，建议适当降低首灌时浆液的浓度，比重控制在1.20 g/cm3较为适宜，以便于更细小裂缝的劈开。

（2）建议在堤防拐点段、顶冲段、结合部位应适当减小灌浆孔距或变单排孔为双排孔。

（3）对已建成的堤防段没有达到《堤防工程设计规范》（GB50286-98）要求的，应推广这一较为成熟的技术上可行，经济上合理的施工工艺。