浆力劈裂的形成机制解析

为了减少右岸较大的水库渗漏量，在两断层之间及其两外侧一定距离内（120m长），用孔距为2m，孔深为80～85m的61个钻孔，注入到地下的水泥量竟多达2150t，平均注灰量470kg/m的水泥。消耗了这么多的水泥，其灌浆效果究竟如何呢？形成浆力劈裂的机制怎样？我们作了如下分析。

（一）粘土岩和砂岩都有各自的临界浆力劈裂压力

在粘土岩体和砂岩体内都有不同的地质缺陷，如断层错动面、构造裂隙面、层面、泥化夹层面等，其中地质缺陷面（带）倾角较平缓的，比倾角较陡的临界劈裂压力要小得多。我们在工地进行了少量的浆力劈裂试验：泥化夹层浆力劈裂临界压力只有0.3MPa；粘土岩的临界浆力劈裂压力也不高，仅有0.7MPa。此外，我们在高压灌浆试验时，砂岩在等于或小于4MPa 的压力作用下，并没有发现劈裂现象，其临界压力至少在4MPa左右。

（二）粘土岩及其泥化夹层几乎都发生了浆力劈裂

根据大量裂隙统计资料可知，这里的各类岩体裂隙密度为2.77 条/m，其裂隙宽度：粘土岩为0.03～0.5mm；砂岩为0.08～3mm。假定浆液扩散直径为5m，如果将这些裂隙充满浆液，在粘土岩中，最大可能灌浆量为60kg；在砂岩中，最大可能灌浆量为359kg。考虑到封孔及其他水泥消耗量，把最大允许灌浆量再提高2～3.3倍，粘土岩最大容许灌浆量定为200kg/m；砂岩最大允许灌浆量定为800kg/m。

为了了解不同岩性不同地段岩体的浆力的劈裂程度，我们将其划分为如表13-13 所示的不同类型。

表13-13　浆力劈裂类型划分

用表13-13所述标准，对该段灌浆注入量进行评判，可以肯定地说，这里的粘土岩及其泥化夹层都发生了不同程度的浆力劈裂。

（三）浆力劈裂原因分析

1.规定的灌浆压力太大(www.xing528.com)

对粘土岩来说，规定的灌浆压力超过了粘土岩（当然也超过了泥化夹层）的临界压力，造成了只要有粘土岩的灌浆段一概发生浆力劈裂（图13-7）。从图13-7可以明显地看出，灌浆段内总共分布了4层粘土岩，即表层粘土岩，厚度为4～6m；其下有两层2～4m的粘土岩夹层；再下为厚层粘土岩。凡灌浆段为粘土岩或跨上一部分粘土岩时，它们都要发生浆力劈裂。

图13-7　断层及其影响带浆力劈裂类型示意剖面图

—硅钙质细砂岩；P23-1—泥质粉砂岩和粉砂质粘土岩；P22-3—钙硅质中粒砂岩；—粘土岩；P22-1—钙硅质中粒砂岩；P21—粉砂质粘土岩夹钙硅质砂岩；F2 3—断层及其编号；—岩组界线；25-E—先导灌浆孔编号；+ —劈裂；—严重劈裂；* —多次严重劈裂

2.这里的地质条件不允许使用孔口封闭灌浆方法

如果采用分段灌浆，发生浆力劈裂，只影响一段灌浆效果。然而不幸的是，现行规程规定，可以采用孔口封闭灌浆法。更糟糕的是，这里的第一段灌浆段布置在粘土岩内。当它发生劈裂以后，该段以下的所有灌浆段都把第一段包括在内而进行重灌，每次重复都会引起新的劈裂，重复几次，劈裂几次。只有当灌浆压力不足以克服由于劈裂浆液远距离运移所遇到的阻力时，重复劈裂才告终止。据从有关资料分析中发现，这个距离可能有几十米，甚至上百米。粘土岩的裂隙是细而疏的，它的浆液扩散半径只有几十厘米，只要有几千克到几十千克水泥就可以将有限的裂隙充满，为何这里的个别灌浆段每米能灌进去十几吨水泥呢？浆力劈裂才是造成这种情况的惟一原因。

3.粘土岩（含泥化夹层，下同）浆力劈裂的分布特点

我们分别对注入浆液量特别大的01-E（1 号先导孔），17E，25E，41E，51E，57E以及灌浆段的两个边孔，即1P（第1号Ⅰ序孔）和61P各孔的岩性与注浆量的关系进行了分析，发现劈裂在空间分布上有显著特点：第一，发生在薄层粘土岩中的劈裂多是一般劈裂，注浆量多在200kg/m以下，这主要是由于薄层粘土岩，一般延伸不远，因而限制着劈裂也不可能延伸太远，结石也不会太厚，因为较薄粘土岩的劈裂压缩量也是有限的；第二，发生在厚层粘土岩中的劈裂，多为严重劈裂，如果粘土岩分布于孔口以下附近的段次，其劈裂多为多次严重劈裂，本区90%以上的严重劈裂与多次严重劈裂，都发生在孔口以下20m的范围内，这些现象在1P，9E，17E，25E，41P，51E，57P与61P的图13-8、图13-9中都可以清楚地看出；第三，多次严重劈裂灌浆段，随孔深增加而逐渐减少，这显然与重复灌浆的重次数越来越少有关。

图13-8　RCF-01- P 孔RCF-09- E 孔大单位水泥注入量段与岩性关系分析图

图例：—粘土岩；—砂岩；E—先导灌浆孔；P—Ⅰ序灌浆孔；13—灌浆段次；×—单位注入量点；10245—单位注入量