[转贴]：低坝堤防劈裂灌浆几个问题的探讨

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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＋σｔ①
式中
γ-坝体土的容量；
Ｈ-计算点以上的坝高；
σｔ-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-侧压力系数，一般取０．４～０．６７。
由①式若Ｈ＝０、ｈ＝０则ΔＰ＝σt，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＜０，则此处所需的起劈压力ΔＰ′＜ΔＰ，该处先于坝顶劈开。由于江苏低坝堤防的劈裂灌浆施工工艺均采用孔底注浆的方式，劈裂开始时孔底承受泥浆劈裂压力ΔＰ＋γ′ｈ，且Ｈ＝ｈ，取γ＝１．８ｇ ／ｃｍ３，故只要γ′≥１．２ｇ ／ｃｍ３，即可使得坝身底部先劈裂；然后随着劈裂压力和劈裂缝的进一步扩展，延伸至坝顶。
当坝体内部劈开后孔口压力：
ΔＰ＝ｋγＨ－γ′ｈ＋σr
式中 σｒ＝Ｋ１ｃ（πＬ）１／２＋σ３
σr-裂缝扩展压力；
Ｋ１ｃ-裂缝扩展时临界强度因子；
Ｌ-裂缝长度；
σ３-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，若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式还可以看出若坝体σｔ上＞σｔ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σｔ上＜σｔ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σｔ上＞σｔ下，而入海水道南堤（现状总渠北堤）常年少有人行走，上层１～２ｍ较为松散即σｔ上＜σｔ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。复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。故在二序（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（较为经济）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σ和被动土压力强度Ｐｐ之间。
根据朗肯土压力理论：
σｔ＝２ｃｔｇ（４５°－Φ／２）②
Ｐｐ＝γＨｔｇ２（４５°＋Φ／２）
＋２ｃｔｇ（４５°＋Φ／２） ③
式中
ｃ-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σｔ＝１５ｋＰａ，Ｐｐ＝２００ｋＰａ；
淤土段σｔ＝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２００ｋＰａ，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（见图１）：
Ｋ＝④
式中
Wi-土条重量，Wi=γｉｂｉｈｉ；
ｈｉ-土条高度；
ｂｉ-土条宽度；
γｉ-土条容重；
αｉ-过土条中心线的重力线与过此条底面中点的半径的夹角；
Li-土条宽度对应的弧长（Li=
bicosαｉ）；
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；
Ci、ψｉ-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全产生威胁。
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． 一般堤防灌浆采取一序灌浆的工艺。
３． 适当放宽对堤顶裂缝宽度和堤身位移的控制指标。
参考文献：
１ 白永年等．《土石坝加固》．水利电力出版社
２ 史如平等．《土力学与地基基础》． 南京大学出版社