关于堤防劈裂灌浆有关问题的探析

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中图分类号： TV871文献标识码： A

1、劈裂原理以及所涉问题的分析

根据规范和有关资料的简化计算，坝体最大灌浆允许孔口压力ΔP的 计算公式为：

ΔP=kγH-γ’h+σ1 ①

式中

γ—坝体土的容量；H—计算点以上的坝高；

σ1一坝身土体的单轴抗拉强度；γ’—浆液的容量；

h—全孔灌浆时的注浆管长度；k一侧压力系数，一般取0.4～0.67o

由①式若H=0、h=0则ΔP =σ1，可知理想均质坝起劈压力即为土体的单轴抗拉强度。在坝身内的任何一点，若kγH-γ’h

当坝体内部劈开后孔口压力：ΔP=kγH-γ’h+σr

式中，σr=K(πL)12+σ3

σr—裂缝扩展压力；K一裂缝扩展时临界强度因子；

L一裂缝K度；σ3一堤身最小主应力

σr越小处，ΔP越小，裂缝越易开展，则浆脉厚度越大。当坝体内存在大的空隙即σr=0时，kγH-γ’h < 0，则压力表出现负读数，即灌浆出现自吸现象。

由上述①式还可以看出坝体σr上＞σr下时，坝体下部劈裂后充填所有空隙发生再次劈裂后上部才会劈开，故在稳定压力下，下部裂缝向外扩展，而上部成为天然阻浆盖，灌浆效果好，主浆脉厚度大；若σr上＜σr下 时，下部劈裂后裂缝迅速向上发展，并产生裂缝冒浆，灌浆效果不理想，主浆脉厚度小。这两种情况在新沂河坝顶是当地的主要交通要道，坝顶为硬壳层即σr上＞σr下，而入海水道南堤常年少有人行走， 上层1～2m较为松散即σr上＜σr下,故其灌浆劈裂缝更易延展至坝顶，影响灌浆效果。

实践证明坝顶硬壳层质量的好坏，取决于阻浆盖深度的确定，而深度的多少直接影响灌浆的效果。新沂河阻浆盖采用50cm，入海水道施工时，先期采用50cm, 当ΔP =100～120kPa时，坝顶就出现裂缝，形成四处溢浆。经分析主要原因阻浆盖深度偏浅，从而重新改变阻浆盖深度，改为2.5m左右，使孔口溢浆现象得到了圆满的解决,提高了灌浆的效果。

因此，若要进一步提高入海水道南堤劈裂灌浆的加固效果，通过改变阻浆盖的深度，并加大泥浆比重(目前比重为1:4可提高到1:5左右），使泥浆在自重应力作用下渗入坝体，可充分达到预期的防渗加固效果。

2、灌浆效果的分析

提高堤身的防渗效果和整体稳定，而采用劈裂灌浆加固技术，使堤身能形成连续的粘土浆帷幕，这是入海水道南堤加固的目的，而达到以上的 效果关键要注重灌浆的效果。根据新沂河、入海水道南堤劈裂灌浆的经验，有两个问题值得探讨：

（1）序孔效果的比较，通常采用一序和二序（复序),而根据资料分析一序吃浆量是孔距之间总量的60%左右，因此一序灌浆大于二序（复序）灌浆。

（2）复灌次数效果的比较。M灌次数反映了复灌时间的长短,通常前后复灌间隔的时间为常数:5天5次，3天3次，也就是说整个工序为5次、3次，每次分别为5天和3天，实践证明不够合理。根据资料分析一灌加二灌吃浆量占总量的60%以上,若以5天5次为例，固结时间为10天，其后灌浆的吃浆量每次一般在10%左右。固结时间同样采用相同的时间，显然不够合理。能否缩小后几次固结时间，用来增加复灌的次数,使吃浆量增加。据实践分析，证明这种做法是行之有效的。

通过对裂缝开展情况分析，认为产生以上情况的根本原因是分序灌浆时在一序灌浆过程中，其裂缝开展影响长度大于或接近其孔距，并已延伸至坝顶，也反映了孔口之间距离偏小，目前一般孔口距离为4～6m之间。而根据施工现场的情况来看，裂缝开展影响长度要达4～8m,致使在二序孔（或多序）孔距范围内的堤身土体产生了弱应力面。故住二序（或多序）孔灌浆时，裂缝更易延展至坝顶并被充填，孔距范围内的坝体裂缝宽度难以进一步扩展，造成二序（或多序）孔灌浆吃浆量幅度递减，而降低了总体吃浆量。因此作者主张在孔距4～6m的孔灌采取一序为宜。一序同样可达到二序（多序）孔的效果；分析和实践证明，粘土段堤防劈裂灌浆加固采用间隔不同天数多复灌浆的办法为灌浆质量的提高，以及缩短施工工期起到一定的积极作用。

3、坝身稳定分析

若泥浆既能劈开坝体，坝体又处于稳定状态,则孔口压力ΔP应在土体单轴抗压强度σ1和被动土压力强度PP之间。

根据朗肯土压力埋论：

σ1=2ctg(45。-Φ/2) ②

PP=γHtg2(45。+Φ/2)+2ctg(45。+Φ/2) ③

式中

σ1—坝身土体内聚力；

Φ—坝身土体内摩擦角；

PP—被动土压力强度；

结合入海水道南堤坝高和地质资料数据计算：

砂土段σ1=15kPa，PP=200kPa；淤土段σ1=35kPa，PP=200kPa; 但在劈裂灌浆的实际施工过程中，砂土段和淤土段均有较多的注浆孔孔口最大灌浆压力大于200Pa，有的甚至达300kPa左右，然而坝体仍然处于稳定状态,未出现任何险情,这就说明验算堤身稳定性的计算存在较大的误差。

根据规范，枯水季节灌浆时坝身稳定性验算按下式计算:

K=④

式中

W1—土条重量，W1=γ1b1h1；

b1—土条宽度；h1—土条高度；γ1—土条容重；

—过土条中心线的重力线与过此条底面中点的半径的夹角；

L1—土条宽度对应的弧长（L1= b1）；

E—劈裂缝中浆液对滑动体的压力的合力，用泥浆柱压力图形面积表示（按三角形计）：E=γ＇（ｈ＇）２／２

γ＇—浆液容重；

ｈ＇—滑裂面以上泥浆柱高度；

R—滑弧半径；

R＇—滑弧圆心到泥浆柱压力图合力线的垂距；

、—分别为坝体土固结饱和快剪和不固结饱和快剪强度指标（视情况 而定）。

从该计算公式④各参数的物理意义分析，显然其忽略了滑动体两端的抗滑力矩，这对于单孔注浆一点受力，且滑动体长度与1/2坝体宽度的比值较大的情况来说，误差是较大的，经计算应改为：

K=⑤

因此从加固效果方面考虑，把劈裂灌浆压力适当提高，使坝身充分劈裂，既能提高防渗加固效果，同时也不会影响对坝身安仝产生威胁。

4、结论

（1）低坝堤防灌浆可以适当提高灌浆土料的粉粒含量，加大浆液比重。

（2）—般堤防灌浆采取一序灌浆的工序。

（3）适当放宽对堤顶裂缝宽度和堤身位移的控制指标。