劈裂灌浆技术在滹沱河北大堤整治工程中的应用
摘要：通过循环式劈裂灌浆，滹沱河北大堤的裂缝、洞穴等隐患被充填密实，劈裂缝周围的土体被浆液压密，其与沿轴线方向发生的衔接劈裂缝所形成的浆脉共同作用，达到防渗目的。该文阐述了滹沱河北大堤循环式劈裂灌浆工程的施工过程及其工艺。
关键词：滹沱河北大堤 劈裂灌浆 浆脉 应用
1 工程概况
滹沱河北大堤自无极县东罗尚闸，至献县枢纽，全长101.123 km，是天津市、华北油田及滹沱河至大清河之间众多城镇的重要屏障。为省Ⅰ等一级堤防，堤身土料来源于大堤两侧，主要为黏土、壤土及砂壤土，分层混合填筑，土质不均匀，质量差异较大，碾压不实，存在松散夹层和空洞、裂隙。堤段干容重最大为17.6 kN/m3，最小仅11.6 kN/m3，全堤统计合格率（干容重大于15 kN/m3）为27％，平均干容重为14.4 kN/m3。“96·8”洪水以来，堤身多处出现塌陷、管涌、贯通裂缝等重大险情。鉴于滹沱河北大堤在河北省防洪渡汛中的重要地位，1998年以来，连续对其进行了劈裂灌浆、垂直铺塑、混凝土护坡等一系列的综合整治。
北大堤循环式劈裂灌浆工程位于深泽县境内，日期为2000年3月10日～2000年5月30日。灌浆段桩号为10＋300～16＋700、19＋074～20＋300，其中13＋000～13＋826、14＋850～15＋150为双排孔，梅花型布置，其余段为单排孔。孔位布置于堤顶迎水侧，双排孔距堤肩1.0 m，单排孔距堤肩2.0 m，孔深5.5 m，孔距3.0 m。
2 劈裂灌浆原理
劈裂灌浆利用最小主应力面和堤轴线方向一致的，根据土体水力劈裂的原理，顺堤向布孔，在灌浆压力下以适宜的泥浆液为能量载体，有控制地劈裂堤身，将与浆脉连通的所有裂缝、空洞、空隙等隐患用泥浆充填密实，同时浆压将筑堤土压密，最终在堤内顺堤向形成密实、垂直、连续、有一定厚度的浆液防渗固结体，从而达到防渗加固的目的。
3 灌浆主要设备
设备选用山东泰安产WJ100型卧式灌浆机，该机集搅拌、过滤、储浆、输浆功能为一体，可以连续搅浆和输浆，移动方便灵活。输浆用80/10型泥浆泵，功率4 kW，最大工作压力1.0 MPa，输浆量0.08 m3/min，水平输送距离60～80 m。动力配备为12 kW柴油发电机。
4 灌浆土料
设计要求：土料就近取材，主要为黏性土，在没有黏性土时，可选用粉质壤土（黏粒含量?12％，粉粒含量约75％，砂粒含量≤13％）。施工时选用土场的采样试验结果(表1)。
由表1可以看出，三个料场的黏粒含量为21.2％～25.6％，粉粒含量65.5％～66.3％，砂粒含量11.3％～12.5％，土料均为壤土，符合设计要求。
5 灌浆施工
（1）施工准备。由于灌浆需要24小时不间断施工，为保证工程进度与质量，施工前必须做好施工准备，首先，灌浆机、发动机应进行全面检修，保证机械设备正常运行。第二，选择符合要求的土料场，由于灌浆孔吃浆量的不确定性，所选择的料场土料必须充足。第三，选好水源及送水车辆。
（2）场地布置。施工现场主要布置在北大堤堤顶上，根据灌浆泵的输送能力及施工中的具体情况，土料每100 m一堆，每堆大约20 m3。搅拌机、发电机等布置在背水坡侧。
（3）钻孔。钻孔之前，先根据设计要求布好孔位，采用洛阳铲打孔，造孔应保证垂直，倾斜度不大于2％。
（4）护壁管安放。护壁管的作用是使堤顶不致过早劈裂，保证灌浆效果。护壁管为DN 100的无缝钢管，长5 m。下管方法：悬吊起护壁管放入孔内，上管口在离地1.0 m时用布缠绕护壁管，徐徐落下；在离地0.3 m时，再用布条二次封堵孔口并填土夯实，防止浆液从孔口冒浆。上述封孔方法在施工中效果较好。
（5）灌浆。采用不分序依次向前推进的循环式劈裂灌浆法。所谓劈裂式，即在套管顶部加回浆管，当孔口压力过高时，从回浆管回浆，以加快浆液的流动性，减少和避免固形物在灌浆管中沉淀。灌浆流程（图1）。
浆液由泥浆泵通过注浆管压入孔内，排气完毕后，关闭阀门，向孔内注浆直至大堤劈裂冒浆。注浆装置如图2所示。
第一，泥浆比重的控制。制浆采用机械拌制，水与干土重量比为1∶1～1∶1.6。灌浆过程中根据吃浆量的大小变化，调节泥浆比重，吃浆量大时浓些，反之稀些。每孔初灌时，为打开浆路，采用比重为1.53～1.55 g/cm3的稀泥浆，随后逐渐增大泥浆稠度，一般控制在1.64～1.66 g/cm3之间，封孔泥浆比重控制在1.70～1.74 g/cm3之间，泥浆比重采用比重计测量。
第二，时间间隔。初灌与第一次复灌的时间间隔为15 h，复灌1～2、2～3等以后的复灌间隔时间均为30 h。
第三，灌浆压力。灌浆压力是保证灌浆质量的关键，压力过大会对大堤的稳定不利，过低则会降低灌浆效果，达不到预期目的。设计灌浆压力0.15～0.6 MPa，但在施工时，不把它作为控制性指标，而是以大堤劈裂冒浆为原则。灌浆时压力由小逐渐加大，达到0.15 MPa时持续灌浆5分钟，如仍不出现劈裂，加大注浆压力，直至堤顶劈裂。裂缝出现后，为了延长劈裂时间，适当减少注浆量（减少20％～30％），继续升压，直至劈裂冒浆。
第四，结束标准。灌浆采用初灌一次，复灌两次。如果复灌2的吃浆量大于总吃浆量的15％，则应进行第三次复灌、第四次复灌……直至最后一次的吃浆量小于总吃浆量的15％为止。
第五，封孔。终灌结束后在孔内注满容重大于1.6 g/cm3泥浆，浆面下沉后再灌，直至浆面不再下沉为止，施工中一般注入3～5次。
第六，观测记录。灌浆过程中，应做好现场施工记录工作，动态观测灌浆过程中的各种变化，如劈裂缝的宽度、长度、方向的变化、地基的鼓起范围和高程、堤坡局部平面位移、各孔吃浆量等，以备查询。
6 灌浆效果
通过对观测记录分析，孔间劈裂缝的搭接率在80％以上，局部段达到100％，缝宽一般为4～13 mm，最宽的达到30 mm，平均单孔吃浆量为2.15 m3，最大单孔吃浆量为31.8 m3，吃浆量大的灌浆孔说明其周围存在较大的洞穴。灌浆结束后，随机挖深3.0 m、长3.0 m、宽1.5 m的深坑5个，深坑中劈裂缝由灌浆孔底部贯通到了堤顶，裂缝最宽处达到了30 mm，浆脉清楚，浆液固结体密实。距浆脉10 cm、30 cm处各取5组土样进行检测，10 cm组的干容重平均为15 kN/m3，30 cm组的干容重平均为14.6 kN/m3，灌浆效果明显，达到了堤防防渗加固的目的。
Splitting Grout in the North Bank of the Hutuohe River
Abstract: By circulation grouting, the crevices and caverns in the north bank of the Hutuohe River were filled and the clod around splitting cracks also was compacted by slurry, which was joined by slurry vein along the axis aiming at anti－seepage. The report showed the construction schemes and its technologies using circular splitting grouting at the north bank of the Hutuohe River.
Key words: the north bank of the Hutuohe River; splitting grouting; slurry vein; use