劈裂灌漿

劈裂灌漿是利用水力劈裂原理，對存在隱患或質量不良的土壩在壩軸線上鑽孔、加壓灌注泥漿形成新的防滲牆體的加固方法，堤壩體沿壩軸線劈裂灌漿後，在泥漿自重和漿、壩互壓的作用下，固結而成為與壩體牢固結合的防滲牆體，堵截滲漏；與劈裂縫貫通的原有裂隙及孔洞在灌漿中得到填充，可提高堤壩體的整體性；通過漿、壩互壓和乾鬆土體的濕陷作用，部分壩體得到壓密，可改善壩體的應力狀態，提高其變形穩定性。

基本介紹

• 中文名：劈裂灌漿
• 外文名：fracture grouting
• 利用：力劈裂原理
• 類型：加固方法
• 位置：河槽段的均質土壩
• 目的：提高壩體變形穩定性

簡介

劈裂灌漿是一種運用壩體內自身應力分布規律， 用一定的灌漿壓力，將壩體沿某一特定方向（對土壩或者堤防而言， 一般是壩軸線方向）劈裂，同時灌注適合工程加固要求的泥漿，形成鉛直連續的防滲泥牆的壩體 （主要用於防滲 ） 加固技術。由於其灌漿壓力較一般充填式灌漿大，從而可以更有效的堵塞漏洞、 裂縫或切斷軟層， 以提高壩體的防滲能力和壩體填築的密實度，同時通過漿、壩互壓和濕陷，使壩體內部應力重新分布，提高壩體變形穩定性。另外，由於壩體對壩基的作用，壩基的應力分布也會具備與壩體相似的規律（當然是在一定深度範圍內），從而在其應力影響範圍內，也可達到將壩基劈裂，提高壩基防滲能力和壩基密實度等作用。或指在壓力作用下，漿液克服地層的初始應力和抗拉強度，引起岩石和土體結構的破壞和擾動，使其沿垂直於小主應力的平面上發生劈裂，使地層中原有的裂陳或孔腺張開，形成新的裂隊或孔隙，漿液的可灌性和擴散距離增大，而所用的灌漿壓力相對較高。

作用

劈裂壩體，調整壩體應力。需要採用劈裂灌漿處理的水庫大壩一般都存在裂縫、孔隙、洞穴等一種或多種隱患，這些隱患的產生主要可以歸結為壩體土層變形和能量積累所致，要根除隱患就需要將壩體某些土體所積累的應變能充分釋放，即徹底打破壩體原有的應力不平衡，建立新的應力平衡，降低壩體局部土區的應力水平，保持壩體的穩定和安全。劈裂灌漿以壓力泥漿為能量載體，通過合理的孔位布置，有控制地劈開壩體，並迅速用泥漿進行填充，有效彌補壩體局部土區的應力不足的現象，降低應力水平，提高壩體穩定性。

形成垂直連續防滲帷幕， 充填各種裂縫、 孔隙和洞穴。用壓力泥漿在壩體內劈開一條灌漿通道後，這個通道又可能將壩體內的各種隱患聯通起來，壓入更多更稠的泥漿，達到處理隱患、充填壩體和構造防滲帷幕的目的。這種充填作用與劈裂作用是同時進行的，隨灌隨劈隨填充，達到縫開漿到料滿的程度。所形成的主漿脈滲透係數 K= ～cm/s，加之劈裂灌漿使原來壩體防滲體的裂縫和洞穴得到充填和擠壓，提高了壩體密度，形成了漿脈和處理後的壩體共同防滲的聯合防滲體系，大大加強了土壩的防滲能力，有效解決滲漏問題。

漿—壩互壓作用，提高壩體密實度。規範（SD266-88）要求劈裂灌漿施工中必須貫徹“少灌多復”並且要求復灌次數不少於 5 次，這是保證灌漿效果的重要步驟。劈裂式灌漿是一個灌→停→灌的反覆過程，隨著灌漿壓力的升高和降低，壩體產生相應的劈裂和回彈回響，壓力高時，漿壓壩，壩體被劈裂，漿液大量灌入，有效填充裂縫和孔隙；壓力降低時，壩體回彈，壩壓漿，加速漿液的固結，儘早發揮防滲效果。這是劈裂式灌漿的特色，也是灌漿施工過程的難點，是保證灌漿效果的重點。在不劈開壩體或控制壩體劈裂程度的情況下，儘量提高灌漿壓力，以灌注更多的泥漿充填擠壓壩體，並充分利用壩體回彈加速泥漿固結，是灌漿工程的設計要點。

濕陷固結作用。泥漿進入壩體，大量的水也隨之進入壩體。水除了產生孔隙水壓力外，還對壩體產生濕陷作用。浸潤線以上壩體填料總是非飽和的，儘管在最優含水量附近碾壓，飽和度一般僅達到 0.8～0.9，當浸水後，顆粒間受水的濕潤，在自重作用下重新調整其位置，改變了原來的結構，使土體產生濕化變形。壩體情況不同，濕陷作用的重要性也有所不同，但對於一般需要灌漿處理的土壩，都存在填築質量差、乾容重較低等問題，濕陷作用對於壩體密實度的提高和穩定性的增強是有利的，因為能夠減少了弱應力區的範圍。

劈裂灌漿不僅具有機理明確、設備簡便、工藝合理、操作方便、漿料能夠就地取材、無環境污染以及造價低、效果好等優點，更重要的是適用範圍廣，能夠在不釋放壩體應力的條件下構造垂直連續防滲帷幕，而且漿脈厚度和條數可以隨壩體質量的好壞自行調整，壩體質量好，漿脈就少，厚度也薄；壩體質量差，漿脈就更厚，條數也會有所增加。在壩體構造防滲帷幕的同時，還能恢復壩體的防滲能力，並且能夠對壩體內部進行應力調整，降低應力水平，解決壩體的滲流和變形穩定問題，這是劈裂灌漿的技術優勢。

劈裂灌漿在土壩加固中的套用

對於土壩，一般為梯形斷面， 在自重作用下，在橫向由於其高度不同， 導致沿其縱軸線附近（壩頂或心牆頂寬範圍內）一般是最小主應力面。或者說，一般情況下，在壩頂寬度範圍或心牆頂寬範圍內的土層本身就受有兩側土體向兩邊的拉力，一般這個拉力不能導致土體的拉裂（土體的這種狀態被稱為弱應力狀態 ），一旦沿這個方向進行壓力灌漿，將會導致其劈開。因此，均質土壩、心牆粘性土等等都是可灌的，其可灌性定於壓力泥漿對它的劈裂程度和心牆粘土被壓縮變形的大小。灌漿壓力對壩體劈開的方向、長短和寬度，決定於原壩體的應力分布和大小。在灌漿壓力作用下，壩體總是沿其最薄弱面（最小主應力作用面） 劈開。因此，按照壩體的一般應力分布規律，通過合理的灌漿工藝，就可以實現對壩體有計畫的劈裂，以達到消除隱患、穩定壩體的目的。劈裂灌漿裂縫的擴展是多次灌漿形成的，因此漿脈也是逐次加厚的。一般單孔灌漿次數不少於5次，有時多達10次，每次劈裂寬度較小，可以確保壩體安全。

劈裂灌漿工藝流程

基於劈裂灌漿的原理，只要施加足夠的灌漿壓力，任何土壩都是可灌的，單只在下列情況下才考慮採用劈裂灌漿：①松堆土壩；②壩體浸潤線過高；③壩體外部、內部有裂縫或大面積的弱應力區；④分期施工土壩的分層和接頭處有軟弱帶和透水層；⑤土壩內有較多生物洞穴等。

劈裂灌漿施工工藝流程如圖：

劈裂灌漿施工的基本要求是：土壩分段、區別對待；單排布孔，分序鑽灌；孔底注漿，全孔灌注；綜合控制，少灌多復。