劈裂灌漿的加固原理及其施工方法（清楚明了）

1、劈裂灌漿加固原理及其施工方法一、劈裂灌漿的加固原理和特點(diǎn)堤體劈裂灌漿的理論基礎(chǔ)是水力劈裂原理，即向土體內(nèi)的孔內(nèi)壓水或灌漿時(shí)，作用在孔壁上的徑向壓力引起孔的擴(kuò)張，使孔壁土體受劈裂擠應(yīng)力，而當(dāng)這些應(yīng)力超過(guò)土體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在土體內(nèi)產(chǎn)生一些裂縫，這種裂縫的產(chǎn)生過(guò)程稱之為水力劈裂。水利上的堤壩是人工堆筑成的長(zhǎng)條形土料建筑物，為梯形斷面，由于受多種自然因素的影響，常出現(xiàn)一些不穩(wěn)定現(xiàn)象。如果向不穩(wěn)定的堤段造孔并向堤體孔內(nèi)壓注漿液，加上漿液自重因素，使堤體沿軸線方向形成一道或數(shù)道粘土帷幕，則可達(dá)到消險(xiǎn)固堤的作用。這種施工過(guò)程我們稱之為劈裂灌漿。劈裂式灌漿技術(shù)在土壩壩體除險(xiǎn)加固中具有投資小、見(jiàn)效快、設(shè)備和

2、技術(shù)簡(jiǎn)單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用。但在具體操作中應(yīng)注意施工工藝，保證灌漿的質(zhì)量，才能達(dá)到預(yù)期的效果。二、工程簡(jiǎn)介秋風(fēng)嶺水庫(kù)位于廣東省潮陽(yáng)市西南部的兩英鎮(zhèn)境內(nèi)，距市區(qū)36公里，距324國(guó)道約7.5公里，屬練江支流的秋風(fēng)水系。壩址以上集雨面積105.1平方公里，總庫(kù)容6903萬(wàn)m3.水庫(kù)兼顧防洪、灌溉、供水、發(fā)電等效益，是潮陽(yáng)市庫(kù)容最大的一宗水庫(kù)。秋風(fēng)嶺水庫(kù)主壩總長(zhǎng)為1650米，為廣東省最長(zhǎng)的大壩之一，壩體平均高度約20米。壩體建于20世紀(jì)50年代末期，主要依靠人工挑土筑壩，因此施工質(zhì)量存在一定的問(wèn)題，且經(jīng)過(guò)多年的水壓作用，壩體部分已出現(xiàn)險(xiǎn)情，滲水現(xiàn)象較嚴(yán)重，對(duì)壩體的加固已刻不容緩。壩體

3、的劈裂灌漿工程量約為11127.2m，采用單排布孔，孔距4.0m，劈裂灌漿孔施工軸線為平行于壩頂軸線，位于大壩改建后壩頂軸線下游0.5m.劈裂灌漿形成的墻體與高噴防滲墻相連接。水庫(kù)主要擋水建筑物為均質(zhì)土壩，壩頂高程48.0m，壩頂寬度7.0m，壩頂長(zhǎng)1650m，根據(jù)地層地質(zhì)資料，從上而下為：第一，人工回填土，為花崗巖風(fēng)化土，局部為巖脈風(fēng)化粘性土及粉質(zhì)粘土。主壩上部10m段滲透性較強(qiáng)，中下部土質(zhì)較密實(shí)，滲透性較弱。第二，花崗巖全風(fēng)化土，透水性較弱。第三，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，透水性中等，局部破碎帶透水性強(qiáng)。三、施工方法（一）劈裂灌漿孔施工平面布置施工孔平面布置如下圖所示：（空白孔為序孔，陰影孔為序孔）（

4、二）劈裂灌漿的主要施工設(shè)備 表1 主要施工設(shè)備的名稱、規(guī)格型號(hào)、數(shù)量 （三）劈裂灌漿注漿試驗(yàn)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和本劈裂灌漿防滲工程有代表性地質(zhì)的地層，進(jìn)行試驗(yàn)。開(kāi)挖檢查以便直接觀察情況，測(cè)定灌漿厚度。有關(guān)技術(shù)要求分別參照水利水電工程鉆孔試驗(yàn)規(guī)程執(zhí)行。根據(jù)試驗(yàn)確定起初劈裂壓力P、裂縫擴(kuò)展壓力Pc、最大控制注漿壓力Pmin、注漿量Q等，以指導(dǎo)本工程整個(gè)過(guò)程的施工。（四）劈裂灌漿施工主要技術(shù)參數(shù)1、注漿深度、布孔、段高注漿深度：為壩體清基線以上人工填土部分。布孔：采用單排布孔，孔距4.0m，分二序施工。段高：為全孔一次灌注法。2、漿料選擇選用紅粘土漿，漿液比重為1.30。（五）劈裂灌漿施工劈裂灌漿施工采用

5、“壩體分段，單排布孔，分序鉆灌，孔底注漿，全孔灌注，綜合控制，少灌多復(fù)”的原則。1.劈裂灌漿施工工藝流程 開(kāi)挖溝槽鉆孔制漿灌漿終灌封孔 2.劈裂灌漿施工方法 劈裂灌漿施工采用XY-100型鉆機(jī)2臺(tái)套造孔，YSB-250/120型調(diào)速注漿泵2臺(tái)套，分兩序施工，先進(jìn)行序孔施工，再進(jìn)行序孔施工材料采用粘土漿，漿液比重為1.30（六）施工要點(diǎn) 1.鉆孔施工： （1）鉆孔采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁；鉆孔孔徑89mm（2）鉆孔開(kāi)孔位置與設(shè)計(jì)位置偏差不得大于50mm（3）鉆孔施工時(shí)應(yīng)采取預(yù)防孔斜地措施，并應(yīng)按設(shè)計(jì)要求測(cè)量孔斜孔底偏斜率不應(yīng)超過(guò)1.5%（4）鉆孔地有效深度應(yīng)穿過(guò)待注漿地層進(jìn)入下部地層1.02.

6、0m為宜（5）選定部分一序孔作為向?qū)Э祝捎眯緲?、劃分層位，其深度?yīng)大于墻體深度，間距不宜大于20m鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)詳細(xì)記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿、掉鉆等特殊情況（6）孔口管埋設(shè)：注漿鉆孔時(shí)埋設(shè)孔口管，以防止孔口塌落及孔口返漿，使壩地頂部注漿壓力由孔口管承擔(dān)，以避免地層表面劈裂，使灌注漿液在地層內(nèi)始終處于封閉狀態(tài)，因而可施加較大地注漿壓力，促使?jié){液析水固結(jié)；當(dāng)孔口壓力消失后，地層所產(chǎn)生地回彈壓力較大，有利于提高漿液地固結(jié)速率和漿體固結(jié)地密實(shí)度在黏性土地層注漿壓力不大地情況下，直接將孔口管打入地層35m，利用黏性土地黏結(jié)力來(lái)防止冒漿及平衡注漿頂托力；在松散無(wú)黏性地層或注漿壓力較大地情況下，應(yīng)在孔口預(yù)

7、先挖2m左右深地坑，將孔口管下入35m后，在管周邊回填黏性土并夯壓密實(shí)，必要時(shí)可回填塑性混凝土2.制漿采用攪拌機(jī)濕法制漿，隨時(shí)測(cè)定泥漿密度，控制達(dá)到設(shè)計(jì)要求，漿液比重為1.30開(kāi)始采用稀漿灌注，待壩體被劈裂后，改用濃漿3.灌漿施灌原則是“稀漿開(kāi)始，濃漿灌注，分序施灌，先疏后密，少灌多復(fù)，控制漿量”，施工時(shí)要將注漿管下到離鉆孔底部0.51.0m處啟動(dòng)灌漿泵泥漿由射管噴出漿液劈裂壩體始于注管底部，沿小主應(yīng)力作用面，逐漸向上發(fā)展孔底注漿可施加較大壓力，使壩體內(nèi)部劈開(kāi)，把較多地泥漿壓入壩體，產(chǎn)生擠壓變形，待停灌后，壩體產(chǎn)生回彈，有利于提高壩體和漿脈地密度全孔灌注，漿液從注漿管底部涌出，自下而上、從壓力

8、大處向壓力小處、從壩體質(zhì)量好部分向質(zhì)量差部分、從已充填部分向未充填地部分、從裂縫中間向邊緣流動(dòng)和充填要求每次灌漿后，要提一提注漿管，以免孔底堵塞和孔口冒漿灌12次后，可提管12m4.終灌經(jīng)反復(fù)輪注后，漿體帷幕厚度須達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)20cm如連續(xù)3次不再吃漿或壩頂連續(xù)3次冒漿即可終灌，直觀上要以飽、滿、實(shí)為度5.封孔在終灌后，先將注漿管插入孔底，再注入濃漿將稀漿或清水置換掉，直至濃漿（采用0.51以上地濃漿）填滿全孔為止，待漿液折水沉淀后，再進(jìn)行第二次封填，直至鉆孔封滿為止6.灌漿期原型觀測(cè)按設(shè)計(jì)要求沿壩軸線方向每隔20m設(shè)一觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，每級(jí)至少分別在壩頂上、下游壩肩處各設(shè)一個(gè)觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)，標(biāo)點(diǎn)用砼樁或木

9、樁做成灌漿施工前應(yīng)對(duì)布設(shè)地各樁垂直位移點(diǎn)觀測(cè)2次，灌漿期每班觀測(cè)12次，壩面出現(xiàn)裂縫時(shí)，應(yīng)增加觀測(cè)次數(shù)，灌漿間歇期每2天觀測(cè)1次灌漿期間壩頂上下游壩肩處橫向水平位移每次不得大于25mm7.注漿中特殊情況地處理注漿過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到冒漿、串漿等一些特殊情況，對(duì)這些情況地處理往往需采用一些特殊地方法分述如下： （1）冒漿：對(duì)孔口冒漿可采用重新回填黏土或在黏土中摻入少量水泥地方法，封堵套管外壁與孔壁之間間隙對(duì)孔口以外部分地冒漿，可采用限流、限壓及嵌縫地方法處理，如該法處理無(wú)效，則應(yīng)停注待漿液凝結(jié)后再進(jìn)行復(fù)注（2）串漿：在注漿過(guò)程中，若出現(xiàn)相鄰兩孔或隔孔冒漿，這表明堤壩地基已經(jīng)劈裂，串漿兩孔之間漿脈已

10、經(jīng)溝通處理這種現(xiàn)象，一是將冒漿孔用止?jié){塞堵上，然后在注漿孔再繼續(xù)注漿，另一種是將注漿孔與冒漿孔并聯(lián)，同時(shí)進(jìn)行灌注（3）隆起：注漿期地層隆起，一是由于注漿時(shí)產(chǎn)生水平劈裂，在注漿壓力作用下，對(duì)地層產(chǎn)生抬動(dòng)在這種情況下，應(yīng)采取限壓方法或在保持注漿壓力地前提下，控制注入量二是由于在注漿壓力作用下，對(duì)濕陷性大地土體產(chǎn)生擠壓變形，而造成局部隆起這時(shí)，則應(yīng)降低注漿壓力或調(diào)整施工方案總之，注漿中地層地隆起是應(yīng)盡量避免地，若發(fā)生，則應(yīng)找出原因，采用相應(yīng)地處理措施后，再繼續(xù)注漿，以免對(duì)土壩質(zhì)量造成不良影響（4）吸漿量過(guò)大：一種情況是注漿土體過(guò)于疏松，在注漿壓力作用下，伴隨著出現(xiàn)較大地壓縮變形，使裂縫加寬，吸漿量增

11、大這時(shí)，伴隨注漿量地增加，壓力將逐步上升，應(yīng)繼續(xù)灌注到壓力上升至設(shè)計(jì)壓力或反復(fù)灌注到地層不吸漿為止另一種情況是地層存在掏刷形成地空洞，這時(shí)應(yīng)一直灌注到空洞填滿為止四、效果評(píng)價(jià) 劈裂灌漿完成以后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，等粘土漿完全析水固結(jié)后，隨機(jī)對(duì)灌漿地部位進(jìn)行開(kāi)挖，檢驗(yàn)粘土墻地生成質(zhì)量經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖檢驗(yàn)，在壩體沿壩軸線方向形成數(shù)道粘土帷幕，寬度為10mm50mm，漿脈累計(jì)厚度100mm（見(jiàn)圖2）圖2 劈裂灌漿探槽開(kāi)挖平面圖理論上，壩體沿壩軸線方向存在粘土帷幕，能使壩體的浸潤(rùn)線驟然降低，有效地降低了水向背水坡腳的滲水，同時(shí)也提高了壩體的穩(wěn)定性；從灌漿施工完全結(jié)束后，主壩壩后坡腳滲水嚴(yán)重的情況已經(jīng)得到了明顯的

12、改善。錨桿二次高壓劈裂注漿施工馬力群、晁偉(鄭州市重點(diǎn)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站450002陳萍（河南精誠(chéng)工程造價(jià)咨詢有限公司）河南省體育中心體育場(chǎng)設(shè)有兩個(gè)跨度為273m的網(wǎng)架罩蓬，每個(gè)罩蓬兩端均落在一個(gè)巨大的箱形拱腳基礎(chǔ)之上。由于網(wǎng)架罩蓬產(chǎn)生的水平力很大，設(shè)計(jì)上主要采用每個(gè)箱體設(shè)三排共36根29m長(zhǎng)的永久性錨桿來(lái)提供水平抵抗力。錨桿施工質(zhì)量的好壞將直接影響拱腳基礎(chǔ)的穩(wěn)定，進(jìn)而影響整個(gè)工程的安全穩(wěn)定性。因此，必須對(duì)錨桿的施工過(guò)程重點(diǎn)加以控制。1、基本概況1.1施工基本參數(shù)錨桿：孔徑150，自由長(zhǎng)度5m，錨固長(zhǎng)度24m；傾角15，總長(zhǎng)29m。二次劈裂注漿，水泥標(biāo)號(hào)42.5，水灰比0.40.5，水泥用量每

13、米不小于90Kg/m錨索：采用5束75、1860N/mm2級(jí)15.24mm低松弛鋼鉸線，L30m（含保護(hù)端1m）。標(biāo)高：第一排3.55M，第二排6.05M，第三排8.55M。水平間距：3600mm。1.2地質(zhì)情況本場(chǎng)地所在地貌單元屬黃河沖積單元，根據(jù)勘察報(bào)告提供的巖土特征為：1.黃河近期泛濫沉積形成的褐褐黃色的粉土和粉質(zhì)粘土層，底板埋深10.5m左右；2.為靜水相和緩流水相沉積形成的灰灰黑色的粉土和粉質(zhì)粘土層，底板埋深16.0m左右；3.淺灰至褐黃色的粉土、粉細(xì)砂層；4.褐黃色褐紅色的粉質(zhì)粘土和粉土層，底板埋深約56.0m。1.3場(chǎng)地標(biāo)高及水文地質(zhì)條件場(chǎng)地標(biāo)高按設(shè)計(jì)標(biāo)高約2.0m，勘察所揭露的

14、地下水類型為潛水，地下水穩(wěn)定水位在自然地表下3.5m左右。2、施工準(zhǔn)備階段1.施工方案中的施工工序及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)是否符合規(guī)范要求，或符合經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)的施工參數(shù)；基坑的降水、開(kāi)挖、支護(hù)方案是否已批準(zhǔn)，特別是土方開(kāi)挖，每層開(kāi)挖的標(biāo)高應(yīng)能保證錨桿正常施工。2.應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的各種管線進(jìn)行提前了解，防止在施工中將其損壞；摸清現(xiàn)場(chǎng)供水、供電能力，能否保證正常施工；規(guī)范要求最上一層錨桿錨固體以上的覆土厚度應(yīng)有45m，本工程的覆土最薄處只有1.55m，所以施工前應(yīng)提前在覆土厚度不夠的范圍內(nèi)進(jìn)行覆土，注意覆土要壓實(shí)不應(yīng)虛鋪，否則，將不起任何作用。3.檢查鉆管直徑和鉆管長(zhǎng)度是否滿足施工要求，錨桿施工機(jī)械及其配套設(shè)備

15、能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在施工之前應(yīng)調(diào)試完畢，工程中要用到的設(shè)備主要有：錨桿鉆機(jī)、注漿 HYPERLINK /list_C151040.htm t _blank 泵、切割機(jī)、電焊機(jī)、攪拌機(jī)，必要時(shí)還應(yīng)有吊車幫助錨桿機(jī)移位。所用 HYPERLINK /list_C152510.htm t _blank 壓力表要進(jìn)行標(biāo)定，提供合格的標(biāo)定證書(shū)。4.對(duì)制漿的操作方法和計(jì)量的準(zhǔn)確性等提前檢查，保證所需漿液的配合比符合施工要求并質(zhì)量穩(wěn)定。5.材料進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作。水泥、鋼鉸線應(yīng)經(jīng)復(fù)試合格，錨具應(yīng)進(jìn)行外觀檢查、硬度檢驗(yàn)、靜載錨固性能試驗(yàn)。6.做好測(cè)量放線工作，按設(shè)計(jì)及土層定出孔位并做好標(biāo)記。7.錨索的制作本工程錨索采用鋼

16、鉸線，鋼絞線應(yīng)除油污、除銹，排列要均布、平直，沿桿體軸線方向每隔1.5m設(shè)置一個(gè)隔離架以保證保護(hù)層厚度，排氣管及二次注漿管應(yīng)捆扎牢固。二次注漿管應(yīng)在錨固段每隔1.5m左右開(kāi)一出漿孔，應(yīng)注意靠近底部開(kāi)孔應(yīng)較大或較多，并用透明膠帶將底部端口和開(kāi)孔封閉，避免注漿管在一次注漿時(shí)進(jìn)入漿液，導(dǎo)致二次注漿無(wú)法進(jìn)行。同時(shí)保證最下部開(kāi)孔能夠最先被沖開(kāi)，并依次由下至上逐步被沖開(kāi)。二次注漿管距孔底100mm。自由段5束鋼鉸線分別涂上潤(rùn)滑油并采用波紋管套裝，然后在波紋管上涂上潤(rùn)滑油，最后用塑料護(hù)套管二次包裹，與錨固段鋼鉸線相交處的塑料護(hù)套管應(yīng)密封，并用鉛絲綁扎牢固，鋼鉸線束底部可用短塑料管護(hù)套包裹，防止鋼鉸線束在安放

17、時(shí)不順利。上述工作完畢后，應(yīng)放在不受雨淋的地方等待使用。3、施工階段3.1錨桿施工工藝準(zhǔn)備移機(jī)就位安鉆管、反復(fù)提鉆管、鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度沖洗鉆孔安放錨索拔出鉆管一次注漿二次高壓劈裂注漿。對(duì)于移機(jī)就位至拔出鉆管各施工工序只要按規(guī)范規(guī)定施工即可，此處不再贅述。3.2一次注漿一次注漿的壓力可不加以限制，只要孔口溢出漿液，即暫停注漿，然后將孔口封閉，穩(wěn)壓1分鐘左右，即可結(jié)束注漿。正常情況下一次注漿水泥用量為2628袋，多時(shí)也可達(dá)36袋，注漿壓力為0.5MPa左右，注漿時(shí)間一般為20min1h，特殊情況下可達(dá)1h45min。3.3二次高壓劈裂注漿二次高壓劈裂注漿應(yīng)在一次注漿形成的水泥結(jié)石體強(qiáng)度達(dá)到5.0MP

18、a（46小時(shí)）時(shí)進(jìn)行，注漿壓力0.51.5MPa，最高達(dá)到2.0Mpa；注漿時(shí)間一般為20分鐘至1小時(shí)；本工程正常時(shí)水泥用量1723袋，少時(shí)11袋，多時(shí)60袋。二次注漿壓力與二次注漿的時(shí)間有一定關(guān)系，比如：一次注漿歷時(shí)1小時(shí)45分鐘，一次注漿結(jié)束到二次注漿開(kāi)始?xì)v時(shí)8小時(shí)，壓力達(dá)到1.82.0MPa；一次注漿結(jié)束到二次注漿開(kāi)始?xì)v時(shí)36小時(shí)時(shí)壓力一般為0.51.5MPa，個(gè)別5小時(shí)達(dá)到2.0MPa；可是但凡二次注漿壓力大于1.5MPa時(shí)，一般要比0.51.5MPa的水泥用量要少39袋。4、幾點(diǎn)體會(huì)4.1關(guān)于水灰比的問(wèn)題規(guī)范規(guī)定：注漿材料宜選用水灰比0.40.5的純水泥漿，這主要是從保證錨固體的強(qiáng)度方面來(lái)講的，對(duì)于一次