浅谈劈裂灌浆中的压力控制
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[摘要]压力控制是影响劈裂灌浆效果及保证坝体安全的关键因素，必须选择合理的孔口压力以及进行合理控制，保证工程的安全，并且达到设计预期的目的。如何做好施工中的压力控制一直是实践中值得设计、施工等参与各方关注的问题。本文以压力控制的方法、实践效果以及通过实例进行分析，浅析劈裂灌浆中的压力控制心得和体会。
[关键词] 劈裂灌浆；压力控制。
中图分类号：TV543文献标识码： A
（1）劈裂灌浆技术基本原理
劈裂灌浆技术广泛用于水利工程中的土坝坝体的防渗加固处理。根据土力学原理，假定堤防为均质堤防，则堤防横断面三个主应力中，大堤内最大主应力是垂直应力σ1，等于或接近土体重。由于大堤横断面方向远较纵轴线方向小，沿纵轴线方向可视为无限长，因此σ2比σ3要大得多，根据通常情况得，σ1 >σ2 >σ3。劈裂灌浆时，泥浆在压力的作用下，压灌浆体总是沿最薄弱的方向进展，当原土堤体内有洞穴或裂缝时，首先是充满洞穴或裂缝，当土体比较均匀时，先克服最小主应力σ3，沿平行于堤轴线的小应力面劈开土体，形成纵向裂缝。有压泥浆进入堤身后不是均匀地渗入到锥孔周围土体中，而是沿着裂缝以浆脉的形式延伸，形成一道垂直防渗帷幕。
压力控制是影响劈裂灌浆效果及保证坝体安全的关键因素。选择的灌浆压力太低,会造成坝体不能劈裂，不能形成贯通的防渗帷幕，达不到预期的效果。反之,灌浆压力过高会导致坝体裂缝张开超出设计范围而影响到坝体安全。因此,合理地对灌浆压力进行控制才能使坝体沿灌浆轴线开裂至设计范围并且能保证坝体安全。
（2）灌浆压力的技术浅析
灌浆压力系指注浆管上端孔口压力，灌浆施工时应控制在最大允许灌浆压力以下。土坝坝体灌浆技术规范（SD266-88）中给出其计算公式为：P= aσ3-σ2+σt- r′h 。
根据灌浆压力克服土柱重和抗拉强度之和的理论得出估算式为：P=rH+σt- rˊh（式中P是最大允许灌浆压力；a为圆孔应力集中系数，一般取2.2~2.5），σ3为坝体劈裂点处的最小主应力；σ2为坝体劈裂点处的中间主应力，σ2=μ（σ1+σ3）；μ为泊松比，一般取0.35~0.4；σt为土的单轴抗拉强度；rˊ为浆液容重；h为注浆管高度；r为坝体土容重；H为计算点以上的坝高。第一个公式是从圆孔启裂压力公式推导出来的，用圆孔启裂压力作为劈裂压力，即灌浆最大允许压力，有一定理论依据，只需知道坝体应力数值，就可以进行计算。第二个公式简单明了，应用方便，但是计算压力数值可能偏大，在应用时可取等于或稍小的计算数值，作为最大允许灌浆压力。
为了保证劈裂灌浆效果达到设计要求，找出合理的灌浆压力，在正式灌浆前，可选取地质条件相似且有代表性地段进行灌浆试验，可以采用逐步提高灌浆压力的方法，灌浆量突然增大时，表明地层结构发生破坏或孔隙尺寸己被扩大，可把此时的灌浆压力作为确定容许灌浆压力的依据。
（3）灌浆施工中压力控制的具体措施
根据工程实践，坝体的劈裂过程为：1)灌浆压力的逐步增大至启劈压力时坝体开始在灌浆点位置沿最小主应力裂面产生劈裂效应。2)由于灌浆点附近的劈裂，导致灌浆压力的迅速下降，浆液逐步冲填部分的孔隙。3)当浆液填灌开裂的孔隙后，孔隙内压力逐渐增大，从而最小主应力面裂隙向上下左右展开而再次开裂，压力再次下降。以上过程逐次沿变，最终达到该次设计灌浆要求。
施工时要经常注意观测，对压力进行及时调整。1）裂缝：一般灌浆时，出现沿轴线或平行坝轴线的纵向裂缝且坝段基本直线时，则各孔裂缝基本贯通。对出现裂缝时，施工中对灌浆压力的控制应遵循以下原则：①出现初始纵向裂缝时，孔口压力迅速降低再逐渐升高后，裂缝向轴线两端延伸，一般当延伸距离超过该孔的设计距离1．5倍，应降低孔口压力，使其达到该次设计灌入量即可。②如灌浆过程中，横向裂缝宽度已接近3㎝，则应立即降低孔口压力或停灌，将裂缝宽度控制在3㎝以内，以免影响坝体回弹或工程安全。③如灌浆过程中，发现孔口出现斜向裂缝或横向裂缝时应立即停灌，分析原因，找到原因再采取相应的措施复灌，以保证工程安全。2）冒浆：一般坝顶和坝坡、白蚁洞、水下坝坡、坝体与其它水上建筑物存在的孔隙、洞穴等薄弱环节会出现冒浆。发现冒浆应视为一件好事，说明浆液已开始充填这些已有的薄弱带。此时应先行停灌，将冒浆处挖开堵塞后并夯实回填，再采取加大浆液浓度，降低灌浆压力进行间歇灌浆，使其能保持一定的吸浆量则可。3）串浆：一般灌浆时，出现沿轴线相邻浆孔的串浆表明浆体在两个浆孔之间已串通，此时应降低灌浆压力，采用间歇灌浆法，以达到该次设计的灌入量。
（4）工程实例
常州市长江堤防一工区段为土堤，蚁患多发区，在2012年的巡查中发现有白蚁迹象，导致堤身松软，存在安全隐患，且在雨之后，出现1处孔洞塌陷，对该区段堤防进行地质勘察后发现江堤地下水常年含水量变化较大，需进行坝体加固。
设计对该段土堤采用劈裂灌浆进行加固，并带药灌浆灭蚁。灌浆钻孔轴线总长度为2716米，沿堤顶单排布孔，孔距5米，钻孔深9米。钻孔545个，总进尺长度4905米，浆液容重控制1.3-1.6t/m3。灌浆过程中的压力控制：①灌浆施工中各灌浆孔的灌浆压力均控制在0.1～0.2MPa范围内。②初灌时，坝体未被被劈裂浆液主要为充填坝体内的薄弱区，灌浆压力较小，一般为0.1MPa。③复灌时，因时间间隔较大，坝体最小主应力经调整而增大，施工中根据孔深相应选择较大的灌浆压力。
在劈裂灌浆过程中能根据出现的情况采取相应的措施，实施全面的压力控制，从而使灌浆质量得到有效控制。
结语
“劈裂-充填-劈裂-充填”的反复过程，合理地选择灌浆压力，方可克服地层初始应力和抗拉强度，促使坝体土体产生新的裂隙，使原有裂隙网相互连通，既能提高灌浆质量、减少钻孔数量、节约费用又可以保证坝体安全。劈裂灌浆施工是一个复杂的过程，施工中应随时观察并做好记录，随时根据出现的问题及灌浆压力采取相应措施，确保施工质量和安全，从而达到较好的工程效果。