(重庆交通大学河海学院 重庆 400074)

一、引言

土石坝在坝工建设中应用的十分广泛，就我国已建成的各类大坝中，土石坝就占95%以上[1]。但是土石坝现今出现了各种病害和问题，尤其渗流问题引起的水库失事事故最为常见，因此对渗流问题进行深入的研究和控制是十分重要的。当下对于土石坝渗透变形的防治有多种方法，其中劈裂灌浆防渗技术是土坝防渗加固领域十分经济有效的技术，它以水力劈裂理论为基础，将泥浆加压灌注到大坝坝体中，充填坝体中裂缝、空穴的等缺陷，使大坝坝体得到密实，内部应力得到重新分布，从而起到提高土石坝的防渗能力和稳定性的作用[2]。

二、土石坝渗透变形原理

填筑土石坝的材料大多是就地取材，土料和坝基的砂砾都是松散粒体结构，砂砾颗粒之间存在着大量的孔隙，且都具有一定程度的透水性。水库在蓄水后，整个土石坝的孔隙就会充入水形成水流渗透的通道，当渗流量较小满足要求时，渗透破坏的状况就不会发生，而当渗流量较大时，通过坝体的水流会携带坝体的土壤杂志颗粒流出，水质浑浊，对大坝土体存在冲刷作用，这时对土石坝就有破坏作用了，流土的冲刷会使坝体发生管涌、流土、接触冲刷、接触流土等渗透破坏[3]。

三、劈裂灌浆技术的应用和发展

(一)劈裂灌浆技术的原理

土石坝在轴线劈裂灌浆后，在泥浆自重和浆体、坝体互压的作用下，排水固结所形成与坝体牢固结合的防渗墙体，堵塞渗漏；与劈裂裂缝贯通的大坝原有裂隙及孔洞在灌浆过程中被泥浆多次充填，使坝体得到挤压密实，从而起到处理隐患、充填坝体的作用；通过浆体对大坝土体的湿陷作用，增加坝体的密实度，使大坝应力得到重新分布，从而改善大坝的应力状态，减少弱应力区的范围；灌浆停止后，灌注的泥浆析水逐渐完成，泥浆固结完成，此时将可发挥泥浆浆体的阻渗作用和截水作用，提高坝体的防渗能力。

(二)劈裂灌浆技术的工艺要点

1.灌浆孔的选择与设计。灌浆孔的选择应按照施工规范并结合坝体土料、坝体渗透以及隐患所处位置等情况综合考虑。坝体劈裂灌浆灌浆孔一般应在坝的河槽段、岸坡段以及弯曲段分别设计。在坝轴线进行布孔时，依据工程经验通常布置单排孔，孔深应该大于所处隐患深度2-3m。对于大于20m的孔深，孔距采用5m-10m，对于小于20m的孔深，孔距采用3m-5m；当土坝高度较高，坝顶宽度较宽或是坝体内分布着较多的隐患时时，可增加灌浆排数，采用双排布孔或三排布孔。对于无不良隐患存在且质量较好的副孔位置，其孔深可相应缩短，一般设为主排孔孔深的1/3。在土坝的岸坡段和的弯曲段，应相应的将灌浆孔布置较密，以保证形成防渗墙体的质量[4]。

2.灌浆浆液的制备。浆液的选择对坝体防渗加固效果起着决定性作用。灌浆前，应该先探明坝体的渗流情况，根据大坝的填料要求，对本地粘性土土料进行抽样，然后对形成的泥浆进行流动性实验、自由析水率实验和稳定实验等物理力学性能试验，从而掌握各种浆液的物理力学性质，对比各种材料的性质和特点，根据灌浆浆液性能要求指标来选取合适的泥浆。

3.坝体灌浆压力的确定。灌浆压力指灌浆管上方孔口压力,可直接在注浆管上端压力表处读出压力值,它是劈裂灌浆施工中的一个极为重要的指标，也是控制劈裂灌浆质量的重要因素。其分为三部分：起裂压力、正常压力和控制压力。灌浆孔口压力设定的标准是：沿坝轴线方向形成连续均匀的防渗墙，但不能产生有害的水平脉状扩散和变形。因此灌浆压力一般需要进行现场灌浆试验来确定，也可通过经验公式计算得到。

灌浆允许压力的计算公式为：

△p=kγH-γ'h+σ1

(3.1)

其中，γ坝体土的容量；H计算点以上的坝高；σ1坝身土体的单轴抗拉强度；γ'浆液的容量；h全孔灌浆时的灌注管长度；k侧压力系数，一般取0.4～0.67

4.灌浆过程的控制。灌浆过程中控制灌浆压力是坝体劈裂灌浆技术的关键环节，灌浆压力与坝体质量、断面形状尺寸、泥浆材料和浓度以及灌浆量的多少有关，因此在劈裂灌浆过程中，要随时观测和记录灌浆压力的变化过程，通过压力表的读数变化来判断坝体质量、灌浆效果以及防止灌浆压力太大对土石坝造成新的破坏。根据灌浆“少灌多复”的原则，一般两次或多次灌浆间隔时间不少于5天，较长的时间间隔有利于浆体的固结和所灌注形成防渗帷幕的密实，但较长的时间间隔将使施工工期变长，灌浆进度变慢，并且施工安排和协调也更加困难，所以具体灌浆间隔时间应根据土石坝土料、含水率、所存在的隐患、渗透情况，以及通过现场实验进行浆液析水固结速率、坝体孔隙水压力消散速率的测定，来综合考虑确定[5]。

5.终灌标准。根据灌浆规范规定，灌浆要满足多次复灌，在结束灌浆时灌浆孔应满足如下条件：第一，经过反复多次灌浆，从直观上观察浆液已灌注至孔口表面，并且连续复灌3次不再吸浆，浆体达到饱满，平面达到平实；第二，此灌浆孔的灌浆压力及灌浆量达到设计标准要求。

(三)灌浆质量的检测

在灌浆过程中，应该对灌浆孔临近的测压管和浸润线进行观测，并记录好灌浆期间土石坝渗流量的改变。在灌浆结束后应进行坝面裂缝、坝体浸润线出逸点及灌浆前后渗流量的检查,必要时还应该检查防渗帷幕体的厚度、连续性、均匀性，以及对坝体密实性的改善情况。并且由于灌浆过程中湿化变形不均匀，因此还应检查坝面是否高低不平，若不平整，还需整平坝顶，并使里高外低，以利于及时排除坝面积水，避免坝面积水和雨水侵入坝体产生水力劈裂。

四、总结

劈裂灌浆技术是我国通过大量试验和实际施工总结出来的一项灌浆技术，对土坝和地基的防渗加固效果十分显著。但要想充分发挥出劈裂灌浆技术的效应，就必须把控各个施工环节的要点，严格选取和制备浆液，控制灌注压力，严密监察大坝渗流量、裂缝开展等变化，并对大坝出现的病理状况及时处理，才能提高灌注质量，满足大坝防渗加固的效果。并且应该继续开展对灌浆防渗技术优化的探索和研究，提高其施工质量，使它能够在高土石坝防渗加固、隐患治理方面也能发挥显著的作用。