堤防灌浆试验中的劈裂式施工与压力控制方案

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：灌浆试验一般应包括室内试验和室外原型试验。堤防灌浆试验段长度、孔距和排数应根据灌浆的目的来确定。若为了解决渗透稳定问题，建议采用单排布置灌浆孔，以形成浆体防渗帷幕为原则；若为了解决变形稳定，增加堤身强度，可布置多排灌浆孔，排距和孔距建议从大到小由试验确定。当灌浆试验结束后，将灌浆压力过程线绘在米格纸上。经过比较，找出最大灌浆孔口压力峰值，作为劈裂式灌浆施工时的压力控制指标。

堤坝产生破坏的原因不同，填筑土料的性质各异。为了搞好灌浆设计和施工，灌浆试验是必不可少的，尤其是一些心墙比较薄，又较高的堤坝，必须进行灌浆试验。

灌浆试验一般应包括室内试验和室外原型试验。室内试验包括坝体回填土料和浆体土料物理力学性质试验及浆体性质试验等；室外原型试验，即现场灌浆试验，一般包括位移、回弹比、灌浆压力、一次灌浆量试验等。这里主要介绍室外原型试验。

（一）试验段的选择

堤坝灌浆试验段一般应选在最大堤高和填筑质量有代表性的堤段处。土坝灌浆试验段一般布置在最大坝高处，或存在隐患的部位。

一般低坝试验孔深至坝基，孔距5～10m，灌3～5 个试验孔，试验坝段长20m。

堤防灌浆试验段长度、孔距和排数应根据灌浆的目的来确定。若为了解决渗透稳定问题，建议采用单排布置灌浆孔，以形成浆体防渗帷幕为原则；若为了解决变形稳定，增加堤身强度，可布置多排灌浆孔，排距和孔距建议从大到小由试验确定。

（二）试验内容和方法

1.沉陷位移试验

（1）观测桩的布置。在试验前，试灌坝段应埋设沉陷位移观测桩。观测桩的布置见图12-12。

一般坝体上部在灌浆期水平位移量大，桩距要小一些，中部桩距可大一些，下部可不设观测桩，但应注意桩号1 和6、2 和5、3 和4的高程相等，便于观测资料的整理分析。

（2）观测方法和要求。位移观测用视准线法，沉陷观测用水准仪测量。试灌前每个测点应测出起始高程和起始位移偏差。试灌期要求每2h观测一次，目的是测出位移量的峰值。停灌后观测间隔时间可适当延长，以测出停灌后的回弹过程。沉陷和位移应同时观测。沉陷观测精度要求为误差为测站数）；位移观测重复2 次，误差在1mm之内。

（3）沉陷量和位移量的控制。对高压缩性土和中压缩性土，灌浆期多用位移比来控制，用公式表示为

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图12-12　沉陷位移桩和试验孔布置示意图

○—试验钻孔位置；△—沉陷、位移观测桩

式中　η——灌浆期间位移比；

V——灌浆期横向水平位移量，mm；

W——灌浆期沉陷量，mm；

m——被灌堤坝边坡比。

对低压缩性土，因为灌浆期沉陷量W 很小，横向水平位移量V 却往往较大，所以式（12-5）不适用，位移η比值应放宽，略大于m 值也是容许的，但位移后必须有相当的回弹量，否则是绝对不允许的。

2.回弹比试验

在堤坝劈裂式灌浆中，坝顶劈裂缝的宽度应加以控制。至于坝体内部的劈裂宽度，应根据坝体的渗透稳定和变形稳定要求，通过计算来确定。

对劈裂式灌浆沿灌浆轴线形成的表面裂缝，常用停灌后的回弹比值来控制，用公式表示为

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式中　n——停灌后的回弹比，%；

V′——停灌后的回弹量，mm；

V——灌浆期横向水平位移量，mm。

因每座堤坝的应力状态不同，实践证明n 值的大小是不一样的，其控制范围大致可分为以下两种情况：

3.灌浆压力试验

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图12-13　灌浆压力测定装置简图

1—进浆管；2—回浆管；3—压力表；4—回浆阀门；5—阻浆塞；6—注浆管；7—护壁管；8—坝体

灌浆压力系指注浆管上端孔口的压力值。灌浆时限制的最大压力是影响大坝安全和灌浆效果的主要因素，也是劈裂灌浆施工中的一个重要控制指标。如果控制得好，对于坝体的压密和回弹、浆体的压密、补充坝体的小主应力不足、保证防渗帷幕的形成等都能起到较好的效果。若控制得不好，不仅不能达到预期效果，还有可能破坏坝体的某些结构，甚至对坝体造成破坏。灌浆压力的大小与坝型、坝高、坝体质量、灌浆部位、浆液浓度以及灌浆泵量的大小等因素有关，一般可采用公式估算，重要工程还应通过试验确定。

（1）灌浆压力试验装置。试验灌浆孔口压力时，压力表必须安装在注浆管的上端，见图12-13。

这是目前国内常用的一种方法。灌浆压力表应选用压力真空表，最大量程60N/cm2，既能量测正压，也能量测负压，正负压力精度均为1N/cm2，可估读0.5N/cm2，能满足各种堤坝灌浆压力的量测要求。

（2）试验方法和步骤。在灌浆压力试验时，在试验孔灌浆的整个过程中，压力只要有变化，都要随时观测记录，并记下相应的观测时间。灌浆时由于压力表指针来回摆动，应观测指针摆动时的中间值。

当灌浆试验结束后，将灌浆压力过程线绘在米格纸上。经过比较，找出最大灌浆孔口压力峰值，作为劈裂式灌浆施工时的压力控制指标。一般灌浆压力不得超过此峰值，若大于这一峰值，则应停灌，分析原因，采取处理措施。

（3）影响灌浆压力的因素。有4 个方面：堤坝内部应力、灌浆泵量、钻孔直径、输浆系统。

4.一次灌浆量的试验

堤坝灌浆时常遇到单孔进浆量很大的情况，若不加限制地连续施灌，往往导致灌浆孔附近坝顶沉陷量过大、发生横向裂缝、灌浆孔附近边坡位移量过大等现象。这不仅影响到坝体安全，也影响坝体回弹，使回弹比变小，还可能导致浆缝一次劈宽过大，影响泥浆在坝体内排水固结速度，降低浆体强度。为了避免上述缺点，对一次灌浆量应加控制。

目前，确定一次灌浆量的原则是：灌孔与相邻孔坝顶的沉陷差不能过大；前2～3 次的灌浆过程中边坡产生的位移在停灌后均能很快地产生回弹，且回弹比较大；坝面被劈裂后即停灌。

在实践中，应贯彻“少灌多复”的原则，即应控制每次的灌浆量，并进行多次复灌。每次灌浆量控制在每米孔深0.5～1.0m3之间，间隔时间一般5～10d。

5.土压力和孔隙水压力试验

堤坝灌浆，尤其是在高水位情况下的劈裂式灌浆，由于泥浆压力的作用，堤坝应力状态发生改变，孔隙水压力增加很快，容易对坝体产生负面影响，目前多用孔隙压力比这一指标来控制，并用式（12-7）表示

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