浅谈劈裂灌浆在水库土坝中的防渗加固机理

浅谈劈裂灌浆在水库土坝中的防渗加固机理

水库土坝是水利工程建设中的重要组成部分，它的质量直接关系到整个工程的质量。对于土坝的防渗加固我们主要采用劈裂灌浆技术，进而增强坝体的稳固性。这也是当前针对水库土坝防渗加固的重要应用方法，取得的效果也是十分明显的。文章主要阐述了这中劈裂灌浆技术，希望能够给同类工程一定的参考。

标签：坝体加固；劈裂灌浆；数值模拟分析

引言

当前，在世界范围内土石坝已经被广泛地应用到水利工程建设中，随着土石坝工程建设的不断发展，在工程建设的过程中也出现了很多的工程事故，为此付出了沉重的代价。所以，我们必须认真地对待土石坝工程，不断的提高工程建设的质量，尽可能地减少事故的发生。在工程事故中有很多都是由于土石坝老化或者是出现了异常情况，因此，我们应该根据工程问题的实际情况采取相应的加固措施。一般来说，在土石坝简称以后，往往会随着使用年限的增长，而出现老化现象。一旦坝体受到超出自身承受能力的压力就会造成损害，进而发生事故。通过相关统计我们可以了解到，由于坝体渗漏而导致的工程事故占总事故的百分之三十到百分之四十。因此，国家应该重视土石坝加固工程，增加对该工程的资金投入，在全国范围内开展相关的水库除险加固工程，进一步促进我国水利事业的快速发展。

1 劈裂灌浆方法研究

随着我国堤坝加固工程建设的快速发展，劈裂灌浆技术得到了更为广泛的应用。此种技术主要是在传统灌浆技术的技术上，通过分析堤坝裂缝形成的原因进以及使用该项技术规律的基础上研究出来的。这种技术最先在美国开始使用，早在一九七零年美国就宰希尔克里格坝使用了该项技术，但是在建成后出现了渗漏问题；紧接着在英国的巴尔德赫德坝也使用了该项技术，不过也出现了裂缝问题。这些问题的出现使当时的人们出于种种的考虑而没有让这门技术得到发展。

我国解放初期在黄河大堤首次用钢钎探测隐患，然后进行灌浆，取得了较好的效果。而后在一些中小型水库上坝上进行充填式灌浆。到了70年代该技术开始用于处理一些大中型水库的坝体隐患。到了70年代后期，人们总结了充填灌浆的经验教训，分析了坝体裂缝成因和灌注泥浆劈裂坝体的规律，提出了土坝坝体劈裂灌浆理论。劈裂灌浆与充填式灌浆有本质的区别。坝体劈裂灌浆是从产生坝体隐患的原因入手，利用坝体小主应力的分布规律进行布孔，利用水力劈裂原理，施加一定的灌浆压力，有计划有控制地劈裂坝体，灌注适宜的泥浆，通过浆坝互压和坝体的湿陷固结等作用，使所有与浆脉连通的裂缝、洞穴、水平疏松层等隐患得到充填挤压密实，形成竖直连续的浆体防渗帷幕。改善坝体内部的应力状态，改善坝体的渗透稳定性和变形稳定性。随着劈裂灌浆加固技术的推广应用，其理论研究也得到不断的发展。

随着人们对劈裂灌浆技术重视程度的不断增强，该项技术不论是在理论研究上还是工程实践上都取得了一定的成就。但是由于这种施工技术自身的特殊性以及工程实践的差异性，我们还有很多的理论问题还没有解决，例如，浆液在工程中的固结有什么规律，灌浆对坝体应力的影响等等。不过我们虽然在理论上有了一定的研究，但是在实践上还是欠缺的，这也就制约了该项技术的发展。

2 土坝劈裂灌浆加固机理

2.1 水力劈裂原理，指是在水压力作用下，使原物体产生裂缝或使原有裂缝扩大的过程。如果无限域中的圆孔受到均匀液体压力P，要计算介质中的应力，已有经典解答。如果介质初始应力为零，则当P>σi就会被劈裂，其中σi为介质的抗拉强度。若果介质初始应力为σ，则当P≥σ+σi就会被劈裂，式中如果σ是拉应力，则P+σ≥σi就会被劈裂。

2.2 土坝坝体的应力分布规律，土坝具有梯形断面的条形建筑物，通过对土坝坝体的原形观测及有限元分析，坝体内部应力分布规律一般如下：在坝轴线附近，土坝的竖向应力σi略小于土柱的自重压力，土坝横剖面的水平应力σx，比竖向应力σy小，约等于（0.3-0.5）σy，（即侧压力系数为0.3-0.5）。土坝填筑质量愈差，则侧压力系数愈小，坝顶部一定高度σx：还会出现拉应力。土坝的纵剖面的水平应力为σz二介于σx和σy之间。一般情况，土坝坝体压应力符合σy>σz>σx的规律。根据土坝坝体的应力分布情况，利用水力劈裂原理，在坝轴线附近沿小主应力面布置灌浆孔。泥浆就容易沿这个平面将坝体劈开。

2.3 泥浆对坝体的劈裂充填作用

劈裂灌浆技术主要就是以浆液作为载体，通过高压浇灌对坝体具有很强的填充作用。泥浆会对坝体内部被劈开的灌浆通道以及裂缝等进行填充，这种充填作用与灌浆作用是同时存在的，并且是同时进行的，直到坝体内部的缝隙被填满。随着灌浆次数的不断增多，泥浆通过多次的挤压，使坝体的密实程度有了明显的提高，这就使坝体的防渗性得到了进一步的增强，进而防止坝体渗漏现象的产生。

2.4 湿陷作用

在灌浆的过程中，水分会随着灌浆的深入而进入到坝体内部。水分子不仅会产生一定的会压力对坝体土质产生一定的影响，而且还会产生湿陷作用，其的大小和土体自身性质有直接关系。湿陷作用对坝体的密实程度以及稳定性有很大的积极作用，可以减小坝体的弱应力范围。但是随着灌浆的减少，湿陷率也会变得越来越小。在停止灌浆之后，湿陷作用就会随之变缓，即使是在复灌的时候湿陷也会变少。不过湿陷会导致坝体高度降低，体积也相应的变小，这会在坝顶出现裂缝，但是会随着灌浆量的增多，裂缝会被填满。

2.5 能量的调整和转换

通过相关的研究发现，造成坝体渗漏的主要原因是因为坝体自身的变形以及内部的能量堆积到一定程度时出现了裂缝。为了杜绝这种隐患问题的发生，我们应该使坝体内部的堆积应力都是放出去，做好坝体能量的调整。我们在坝体防渗加固工程中使用劈裂灌浆技术，可以通过灌浆的压力以及坝体自身的变形，使坝体自身的强弱应力之间发生能量的转换，进而保证坝体内部的应力平衡，恢复坝体的稳定性。

2.6 浆坝互压理论

这种技术主要是在根据水库坝体自身弹性的基础上，在灌浆施工过程中会伴随着灌浆时间的增长和压力的反复增长，坝体自身的弹性会不断的回弹、张开，这就会使坝体和浆体反复的相互挤压，进而形成连续的坝体防渗带，增加了坝体的防渗性。此外，通过浆液和坝体的相互挤压也可以弥补由于坝体的不均匀变形而产生应力不足问题，进而有效地平衡坝体的应力情况。基本解决了坝体的渗漏问题。

2.7 泥浆和坝体的固结和压密

为了做好水库坝体防渗工程，最为关键的问题就是泥浆能够在坝体上固结以及固结的程度。而采用这种劈裂灌浆技术就是为了能够让泥浆在坝体中固结形成帷幕进而起到防渗的作用。通过分析可知，影响泥浆固结的原因有很多，例如施工材料的配合比、施工质量等等，此外还会受到工程施工场地以及实际的施工技术等的影响。

3 结束语

综上所述，上文主要对劈裂灌浆防渗加固技术在水库土坝施工中的应用。为了更好地应用这种技术，我们通常在使用这种技术的同时通过流固耦合分析方法对工程建设进行模拟。总之，作为一项有利于水利工程建设的技术，我们应该对它进行重视，增加对这项技术的研究，进而提高我国民生工程建设的步伐。

参考文献

[1]王洪恩，卢超.堤坝劈裂灌浆防渗加固技术[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[2]唐宇阳.土坝劈裂灌浆技术在风田水库主坝加固中的应用[J].广东水利水电，2004（6）.