应用技术 ●Ｉ 浅谈劈裂灌浆在土坝堤防防渗处理中的设计与应用 孙晓杰任传英马兆会郑绪刚 （德州市水利局设计院２５３０００） ｅ摘 要］重点介绍了土坝及堤防坝体劈裂灌浆的设计要求和土坝及堤防坝体劈裂灌浆的施工要求，通过劈裂灌浆在李家岸堤防土坝防渗加固工程应用的 实际情况，说明了该项技术在水利工程中应用的可行性及其良好的效果。 ［关键词］土坝堤防 防渗处理劈裂灌浆 中图分类号：ＴＶ６４１．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－９１４Ｘ（２００９）３６—０３１９—０２ 劈裂灌浆是近年来在国内发展起来的土坝（堤）防渗加固新技术。它是利 用土坝应力分布的特点，即在坝顶坝轴线方向存在一个最小主应力丽，通过沿 坝轴线方向布置灌浆孔，采用较大的灌浆压力沿坝轴线方向从下到上劈裂坝 体，并经多次反复劈裂一圄弹过程，使沿坝轴线方向从下到上形成一条连续的 比较厚实的防渗帷幕墙，同时灌浆也有充填坝体空洞、裂隙和挤压密实坝体 的作用。因此，它对解决坝体的散渗、湿润、牛皮胀及局部的渗漏问题和 提高坝体整体的防渗性能有显著的作用。 １±壤埂体舞曩囊蒙的设计曩求 １．１灌浆材科的选取 水泥粘土浆成本低、流动性、抗渗性好，结石率高，因此土坝劈裂灌浆 多采用水泥粘土浆，水泥粘土浆是由水泥和粘土两种基本材料相混合所构成的 浆液水泥和粘土混合，可以互相弥补缺点，构成性能较好的灌浆浆液。 在水泥粘土浆液中，粘土多采用含少量砾的粉质粘土或纯粘土：水泥一般 采用普通硅酸盐水泥，水泥用量～般为浆液总干料量的１Ｏ％左右。 １．２灌浆孔位的布置 灌浆孔位应设在堤坝轴线附近，一般沿坝轴线单排布置。对于碾压不好的 坝体，可采用双排（或三排）布置灌浆孔位。为提高防渗效果，灌浆轴线常设在 土坝轴线靠上游一侧布孔，张距一般不大于５ｍ。对于在岸坡段、弯曲的坝 段，可以适当缩小孔距，布置两排或三排灌浆孔位。孔深～般大予隐患深度的 ２～３ｍ，如果副排孔处无隐患，孔深可取相应主摊孔深的１／３ １．３灌浆压力的大小 灌浆压力指灌浆管上班方孔口压力，也是注浆管上端压力表的压力值．它 是劈裂灌浆施工中的一个重要控制指标。压力控制得好，可使坝体回弹和压 密充分，补充坝体的最小主应力，保证防渗帷幕的作用。灌浆孔口压力以产生 沿堤线方向脉状扩散形成一连续的防渗体，但又不得产生有害的水平脉状扩散 和变形为准，往往需要现场灌浆试验或在施工前期确定。堤防灌浆口压力多 在０．１￣ＩＭＰａ之间 在可能的情况下，以采用较大的压力为好。应当指出 的是：对于起始劈裂压力、裂缝的扩展压力、最大控制灌浆压力均应该较好 的掌握。鉴于灌浆压力的大小不仅与灌浆范围大小、水文工程地质条件等 因索有关．而且还与地层的附加荷载及灌浆深度有关，所以不能用～个公式准 确地表达出来，应根据不同情况通过经验和灌浆试验确定。 为简化计算，方便施工，根据有关资料、施工实践、灌浆压力，可根据不 同的孔深确定，见表ｌ。 图１灌浆注程示意 １．１．２寸离压玻臂 ２．潜刃３．１￣＇２５锕譬 ４。压力襄５。瓤门 ６．羁蒙ｆ ７＿熊耜锕接头 ｓ．封孔９．射浆警 Ｉ 护譬蕾 图２注浆装置示意 表１灌浆压力值 孔深 ｌ＜ｌ ０ ｌ ｉ Ｏ～ｌ５ ｌ １５～２０ ｌ ＞２０ 潆浆压力／ＩＩＰ￣ １ ４灌浆用量的确定 灌浆用量可按下式估算 Ｖ Ａ×Ｔ×Ｋｉ×Ｋ２ 其中： ｖ——灌浆用料量ｍ３： Ａ——灌浆帷幕面积ｍ ： Ｔ——浆体帷幕墙的厚度ｍ： Ｋ 、Ｋ ——分别为考虑充填空隙和土料筛余的系数，均取１．２。 １．５浆体帷幕墙的厚度 浆体帷幕墙的厚度应该根据土坝坝高、土质、碾压质量、隐患等情况 确定，一般取５￣２０ｃｍ。对于坝体质量一般的较低坝体，可选较小值，反之可 选较大值。对于存在上、下游贯通的水平砂层坝体或当坝体的渗透系数不 小于１０－４ｃｍ／ｓ时，应专门进行浆体帷幕墙厚度的计算。 ２±域埙体舅裂灌浆的麓工要求 灌浆次数与时间问隔的确定：为加快泥浆的凝结速度和提高浆体帷幕墙的 密实度，根据大量灌浆施工经验和理论分析，灌浆采用“少灌多复”，分序灌 浆的方法，即每个灌浆孔要求复灌多次，并且每次复灌之间要有一定的时间间 隔，基本做到推迟坝面裂缝的出现和控制裂缝的宽度在３ｃｍ之内，并在灌后能 基本闭合，应当根据坝体土料、含水量、浆液凝结速度，浆体厚度、隐患 等情况分析确定灌浆的次数与时间间隔，一般复灌次数为５４１０次。对于孔 深小于２０ｍ的复灌次数不少于５次，对于孔深大于２０ｍ的复灌次数为６～７ 次，每次复灌的间隔时间不少于５ｄ，每次灌浆量控制在０．５～ｌｍ ／ｍ之间。形 成的脉状泥墙厚度应在５￣２０ｃｍ之间，一年后脉状泥墙的容重应大于１４ｋＮ／ ＩＩＩ３，一般达ｌ５～１７ｋＮ／ｍａ，水平向渗透系数达ｉＯ～１Ｏ－ｓｃｒａ／ｓ。实际应用时复灌 间隔时间见表２。 表２复灌间隔时间经验数值 浆体岸度／ｃｍ ３ ６ ｌ １ ２ Ｉ ２４ Ｉ ３０ 科孵嚼隔／ｄ ５ ｉ。 ｛ ２０ ｆ ４。 ｌ ５０ 考虑到堤身应力，劈裂灌浆应在不挡水的枯水期进行，同时应该核算灌浆 期间堤坡的稳定性，进行堤身变形、裂缝等观测。对于较宽的堤防，还应该 核算堤身的应力分布，避免贯穿性横向裂缝的产生。 一般灌浆流程如图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。 ３工程实际算倒分析 德济特大桥于齐河县高庄附近跨越李家岸引黄总干渠，防洪标准为１００年 一遇，桥梁与河道水流方向斜交，桥梁跨度３２ｍ，渠道内布设１个直径４ｍ的桥 墩，虽然圆形桥墩对渠道水流没有明显的阻水面，但为保证堤防及大桥运行安 全，需对桥位处堤防、渠道边坡进行护砌，大堤进行灌浆。 灌区渠道大坝旃工时采用水中倒土法，土坝填筑质量较差，土质松散、密 度低、渗透性强，现场注水试验测定坝体渗透系数大部分为１×１０３ｃｍ／ｓ以 上。铁路桥的修建，对河道输水能力基本没有影响，只对局部河段输水水位有 一定雍高影响，在水位较高时，为 止有较大面积渗水及湿润带，渠堤大坝采用 劈裂灌浆技术加固后，取得了较好的效果，主要体现在： （１）渗透系数降低。灌浆完成后经挖探坑检查，可见填土空隙被浆液充 填，并沿堤顶坝轴线方向形成了一道宽２０ｃｍ以上的浆墙。根据灌浆前后钻孔 现场注水试验的结果，灌浆前主坝渗透系数ｋ值班大多数为１×１０ ３Ｃｍ／Ｓ以上． 灌浆后主坝渗透系数ｋ值基本在２．６ Ｘ １０—５Ｃｍ／ｓ以下，仅为灌浆前的２．６％，其 渗透性完全满足坝体的防渗要求。 科技博览ｌ ３１９ 应用技术 Ｉ■ 关于水泵变频节能技术应用的探讨 杜燕钟大林 （山东省电力学校 国网新源山东文登抽水蓄能电站有限责任公司 ２７１０００） ［摘 要］本文介绍了水泵变频调速运行的节能原理与变频调速的基本原理，并且对实际中影响变频调速范围的因素进行了详细阐述 ［关键词］水泵变频调速节能技术频率 中图分类号：Ｕ４６４．１３８＋．ｉ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２００９）３６—０３２０—０ｌ １引言 随着我国科学技术与工业产业的飞速发展，电力工业已经从一定程度上得 到了很大的进步，但是能源的浪费却是一个不容忽视的严重问题 根据相关 调查知遵，目前我国水泵总数量大约为５５６８万台，装机的容量大约约为１．６亿 千瓦，占据了全国用电量的２２％左右，但系统运行的效率却很低，仅仅大约为 ２５％￣３５％，其损耗的电能量占到了总发电量的４０％之上。所以，做好关于水泵 节能的工作，对于提高我国国民经济的发展水平具有举足轻重的作用。为此， 本文笔者对水泵变频节能技术的应用进行了简单的探讨。 ２水泵变频调速运行的节能原理 通过水泵的工作原理可以知道：水泵电动机的转速跟水泵的流量成正比关 系，水泵电动机转速的二次方与水泵的扬程成正比关系，水泵电动机转速的 三次方与水泵的轴功率成正比例关系。通过上述原理很容易推出如果改变水 泵电机的转速就能够改变水泵的功率大小。在水泵效率不变的情况下，流 量、扬程和轴功率与转速关系如下：Ｑ。ｃ ｎ转速与流量成正比关系：Ｈ ｏＣ Ｄ２转 速的二次方与扬程成正比关系：Ｐ ｏｃ ｎ。水泵功率与水泵转速的三次方成正比 关系 （ｎ代表转速，Ｑ代表流量，，Ｐ代表轴功率，Ｈ代表扬程）。从理论上讲， 如果液体流量下降２０％，采用调速的办法使ｎ下降２０％，则电机轴功率将下降到 原来的５１．２％。而在实践中尽管电机效率也随着下降，但节能效果依然十分 显著。可达１８％一２６％，甚至更高。通常来说，水泵是根据供水系统最大工况 的需求来进行考虑的，但是在实际使用时。用水系统很难达到最大的用水量。 常规情形下，一般用阀门调节来加大系统的阻力进行节流，但是很容易造成用 电的损失：而如果采用变频器，能够使系统的工作状态稳定且平缓．采用调节转 速来改变用水供应，并能够通过减小转速节能而收回投资。 ３变撅调速的基本廉理 调速泵并列运行时，尽管调度比较灵活，但是因为不能兼顾定速泵与调速泵的 高效工作段，所以，这种情形下调速运行的范围是非常小的。（２）型号不同的 水泵：定、调速泵并列运行时，如果可以达到调速泵在额定转速时高效段的右 端点，定速泵与扬程高效段的左端点并且扬程相等，那么就能够实现最大范围 的调速，但是此时定速泵与调速泵绝对不可以在互换后并列运行。 ３．３电机效率对调速范围的影响 在工况比较相同的情况下，一般会有Ｎ。ｃ ｎ３。所以，随着转速的不断下 降，轴功率会急剧减小，但是如果电机得输出功率偏移额定功率过大或工作频 率偏移工频很大，都有可能导致电机效率下降迅速，最后都会影响到水泵机组 的效率。 ３．４变频调速装置的影响 （１）变频器在工作时因为变频和整流，周围将会出现很多的干扰电磁波，而 这些高频电磁波对周围的仪器、仪表将会有一定的干扰。所以，电子系统和 柜内仪表，应当选择金属外壳，以便屏蔽变频器对仪表所造成的干扰。所有的 元器件均应当确保接地，除了上述条件之外，各仪器、仪表以及电气元件之间 的连线都应当选择屏蔽控制电缆，而且屏蔽层也应当接地 结语 总之，变频调速是一种应用非常广泛的水泵节能技术，但适用条件非常严 格，不可以将其简单地应用于所有供水系统，具体应当采用何种节能技术，需要 结合实际情况具体对待：（１）变频调速常应用于流量不是很稳定，变化比较频繁 而且幅度也较大，流量经常明显的偏小或者管路损失占总扬程比例比较大的供 水系统：（２）变频调速不适用于工况点单一、流量稳定与静扬程占总扬程比例 较大的供水系统：（３）变频变压供水一般要优于交频恒压供水。 参考文献 ［１］赵相宾等，变频调速技术的发展，变频器世界，２００６（１２）． ［２］徐甫荣等，高压变频调速技术应用现状与发展趋势，变频器世界，２００７ （４）． 固 ｌＦ．频率ｌ厂 圆Ｉ ．蝠 ｌ 图３．１变频调速的基本原理 变频调速的基本原理图如上图３．１示：就是指利用了交流电动机的转速关 系：即Ｎ＝６０（１一Ｓ）＊Ｆ／Ｐ，公式中：Ｆ代表水泵电机的电源频率单位为ＨＺ：Ｐ代 表了电机的极对数。由此可以知道，均匀调节电动机定子绕组电源频率Ｆ的 大小，就能够均匀的调节电动机同步转速的大小。如果电动机转速减小，那么 轴功率相应的会得到减小，而电动机输入功率也就会跟随着减小。上述就是 水泵变频调速的节能原理。 ［３］陈运珍，中压大功率变频器在多台大水泵机组并联运行时的机理研 究，变频器世界，２００７（４）． ［４］陈运珍．现代水工业自动化必须走信息控制一体化的道路，自动化博 览，２００６（６）． ［５］王锡仲，高景峰．变频优化调压节能供水装置的研制［Ｊ］．给水排水． １９９８，２４（１０）：６４—６７． ３影■变频调速范围的因素 ３ １水泵工艺的特点对调速范围的影响： 从理论上来说，水泵调速高效的区域一般为经过工频高效区两个端点的两 条比较相近的工况抛物线的中间区域。但是在实际上，当水泵的转速非常小 时，泵的效率就会大大的下降。由于受这的影响，水泵的调速高效区发生萎 缩。如果当运行工况点已经超过该区域的时候，则不可以利用调速来节能。 ３．２定速泵对调速范围的影响 在实践运行中，供水系统一般是通过几台水泵联合供水。如果将所有水 泵全部调速的话，耗资会太多， ，因此通常采用定速泵、调速泵混合供水。 在上述的系统中运行时，应注意保证定速泵与调速泵都能运行于高效段，并能 够实现系统最优化。这个时候，定速泵就可能会对调速泵的调速范围产生一 定程度的影响。通常主要被分成如下两种情形：（１）型号相同的水泵：定、 （２）坝体稳定加固。通过观测记录，孔间皮裂缝的搭接率在８０％以上，局 部段达到１００％，缝宽一般为４－１３ｒａｍ，最宽达到３０ｍ，平均单孔吃浆量为２．１５ｍ３， 灌浆效果明显，达到了堤防防渗加固的目的。 （３）灌浆后土坝渗流量大大减少，根据观测资料，灌浆前在库水位为３０．３５ｍ 时，主坝渗流量为１５．ＯＬ／ｓ：灌浆后当库水位为３Ｏ．４Ⅷ时，主坝渗流量为６．２Ｌ／ ｓ，渗流量减少约６０％。由以上渗漏对比可见，灌浆效果良好。 结语 劈裂灌浆是一种土坝防渗加固的有效方法，其防渗效果显著，质量可靠，能 节约投资成本，设备工艺简单，施工方便快捷，在水库及渠道堤防加固的实践检 验表明．劈裂灌浆应用于土坝堤防防渗加固效果明显，值得推广。 ３２０ ｌ科技博览
