对劈裂灌浆的几点认识

对土坝劈裂灌浆的几点认识（1）

白永年

山东华水水电工程有限公司

劈裂灌浆由于具有质量保证，施工设备比较简单，造价便宜等优点得到了广泛应用。但是对该项技术的认识上也存在一些问题，妨碍了推广应用。本文就一些主要技术的认识问题加以阐述。

关键词：劈裂灌浆、泥墙的固结硬化、泥墙的抗渗性和持久性。

土坝劈裂灌浆能同时解决土坝的渗流稳定和变形稳定问题，造价只及同类功能技术的几分之一，事故率也是最少的。因此在上世纪的七、八年代处在一个大发展时期，据全国统计，已采用该项技术处理病险土坝3000余座，堤防2000余公里，是我国处理病险土坝最多的一项技术。但是后来在设计参数的采用、施工工艺的掌握、理论认识等问题上出现了一些不同看法，如劈裂灌浆的持久性、泥浆墙的硬化固结、泥浆墙厚度的设计计算方法，以及在灌浆施工中出现了大量的裂缝、冒浆、位移等。随着劈裂灌浆技术施工经验的积累和理论的深入研究，认识上的问题逐步得到解决（2）。为适应目前我国病险水库处理的加速进行，结合几个已完成和正在施工工程的调查，对几个理论认识问题，加以解释，以促进该项技术的大面积推广。

一、水库高水位时可以进行劈裂灌浆

在病险水库的加固技术中，多数情况要求放空库容，以免发生险情。不仅浪费了宝贵的水资源和水能，而且贻误了施工期，增加了施工成本，给工程管理单位和用水用电等单位造成了巨大损失。劈裂灌浆可以在高水位情况下进行施工，只要严格控制一次灌浆量、坝坡的位移、回弹比和裂缝开度，从理论分析和实践经验证明都是允许的。人们担心的是劈裂灌浆期间发生了横向裂缝等不利因素，坝后发生大的管涌等危险，实际上是不存在的。

1、劈裂灌浆期间，由泥浆压力劈开裂缝，甚至横向裂缝是很自然的。尤其两坝肩因为土坝的不均匀沉降变形，坝体土沿坝轴线纵向受拉，容易劈开横向裂缝。但是因为劈开的裂缝都是泥浆压力造成的，所以随劈裂泥浆也随之充填，不会出现空的孔隙，更不会出现干缝。在泥浆劈裂坝体的过程中泥浆柱的压力（r h''）远大于库水位所产生的水柱压力（rh）。

r'：泥浆容重（KN/m3）一般为1.4T/m3左右；

h ：注浆管顶端至坝体内某一高程的高度（m）；

h：浸润以下某高程的水柱高（m）；

r：水容重（KN/m3）.

如果某水库在高水位情况下，泥墙与水库有相通裂缝或通道，具有比水柱压力大的泥浆柱压力就会把空洞和裂缝中的水推向水库，直至在水库中冒混水。这是在劈裂灌浆过程中常见的现象，不可能使库水穿过泥浆墙从坝后冒出。从灌浆机理上分析，尤其在劈裂灌浆初期，加大灌浆压力，对压实泥墙两侧的土体，补充某些土层的小主应力不足，是有帮助的。水库高水位时，大坝增加了水头压力附加荷载，有利于增加灌浆压力。所以在高水位情况下劈裂灌浆是有利的。

2、工程实例

1）广东省大亚湾核电站供水水库－岭澳水库，坝高58.5m，劈灌期间坝前水深52 m,劈出十几道横向或斜向缝，库水有7处冒混水，大坝未出现任何渗流破坏（3）。

2）山东省陈家夼水库（小一型）1974年建成，1975年蓄水，当时水库已超过洪水位，坝后出现多处管涌、流土。为抢险，采用劈裂灌浆技术处理，二天时间沿坝轴线劈开了坝体，形成了防渗泥墙帷幕，坝后管涌，流土逐渐减少，第三天坝后管涌流土全部消失。水库已正常运行33年，未再发生渗流破坏。

3）劈裂灌浆在试验坝西卜、黄前水库（大二型）（7）都是在正常水位下进行劈裂灌浆试验，都曾发生过不少横向裂缝，不仅当时未发生任何渗流破坏。至今已正常运行了29年和28年也未有出现渗流破坏。

近两年我公司在广东、福建、海南等省用劈裂灌浆技术处理了十几座水库，都未放空库容，有几座还处于高水位，也未发生任何问题。

二、灌浆压力

对于基岩等灌浆技术，灌浆压力是一个重要的控制指标。过大会破坏建筑物或抬起地层，过小了又达不到目的。但由于劈裂灌浆的功能要求，是围绕着通过灌浆压力调整坝体土的应力方向、补充某些土体的小主应力不足，同时沿坝轴线劈开坝体，营造泥墙防渗帷幕，解决坝体的变形稳定和渗流稳定，两者在意义上是不同的。

1、灌浆压力和灌浆效果的关系

1）根据实侧，灌浆压力（p p r h ''=∆+）从泥墙向坝体土的传递呈线性关系，式中p ∆为注浆管顶端孔口压力（KPa/cm 2）。图1为劈裂灌浆第一座试验坝西卜水库的实侧值。

斜线1-5为不同的灌浆压力在坝体土中不同距离的传递过程。

同时，灌浆压力对坝体的有效压缩变形量，由于坝体变形和小主应力的分布规律，随着不同的坝高是变化的。图2为同一试验坝的实侧值。

所以，灌浆压力（P）越大，对坝体土的压缩效果越好。在坝体土小主应力不足的地方（变形量大）压缩效果越好，对小主应力的补充也越充分。灌浆压力过大是否会影响大坝安全呢？实践和理论分析，灌浆压力不会太大，因为土坝的小主应力作用面基本上都是竖直的，很容易竖向劈开裂缝，一旦劈开再加大压力就很困难。

2）灌浆压力大，可以产生大的泥浆渗透力，使泥浆墙对两边过于疏松（弱抗渗土体）的土体被击穿，甚至于被击穿的土体一直延续到坝坡出现冒浆。弱抗渗土体和击穿洞被泥浆充填、加固，避免了在土坝高水位运行中因水的渗透力再击穿坝体。因为泥浆的渗透力远大于浸润线以下水的渗透力。

3）灌浆压力大，对坝体土疏松层充填效果好，尤其对一些水平向土体疏松层如水平沙层等。如福建省亚湖水库，水平疏松砂土层被压力泥浆完全充填，相对应的后坝坡散浸完全消失。

三、防渗泥墙的固结硬化

威胁土坝安全的主要有两大破坏形式，如滑坡和渗流破坏。前者主要由滑坡弧线附近土体的强度指标决定，后者决定于土体的抗渗强度，尤其是坝体心墙附近土体的抗渗强度。从理论计算分析，劈裂灌浆沿坝轴线劈开坝体所建立的竖向防渗泥墙不承担剪应力，主要功能是防渗。所以既使坝轴线附近土体抗剪强度等于零，也不影响坝体稳定。如劈裂灌浆期间，泥墙尚未固结硬化，泥墙的抗剪强度等于零，也不影响坝体稳定，坝体从未因此出现过险情；砼防渗墙是刚体和软塑土体的结合，在结合面上抗剪强度很低，也未发生过险情；美国人用泥浆槽法筑坝，也很成功等。

工程实例：山东贺庄水库（大二型）因已发生严重渗流破坏，原准备废坝，后来进行劈裂灌浆处理，因坝体太疏松，平均吃浆量达0.8m3/ m2。终灌之后，坝后沼泽全部消失，浸润线出逸点降至坝后地面高程以下。该坝1976年进行劈裂灌浆处理，1977年竣工，2007年坝顶钻孔在半坝高处钻出泥浆球，仍逞软塑状态，但该坝已正常运行31年，从未发生过稳定问题。

一般泥浆墙终灌以后一年才能固结硬化，泥墙的干容重略小于坝体土，但其抗剪和抗拉强度相似于坝体土表1。少数坝体内部有空洞或小主应力特别小的土层，可能形成泥浆球。若干年之后才能固结硬化，但距滑弧线很远，不会影响大坝安全。