Grouting has long been implemented as a ground improvement technique to reduce the seepage through the rock mass. Grout curtains are usually constructed under dams as a barrier to prevent leakage from the reservoir. So far, the grout curtains under dams have mainly been designed by using an empirical design approach. However, the empirical approach has its limitations. Generally, the usage of “rules of thumbs” makes the design highly dependent on the experience of the designers. Lack of experience can result in insufficient or over-conservative grout curtains. For example, the stop criteria for the grouting process adopted by the empirical approach can lead to long grouting time and thus becomes inefficient. In addition, high grouting pressure may cause unexpected deformations of the rock and open up new leakage paths.

To deal with these limitations, a theory-based design methodology has been developed. Theories on rock grouting developed in recent decades are used to build up the design methodology. In the theory-based design methodology, the grout curtain is treated as a structural component in the dam foundation. The geometry and location of the grout curtain is first designed with respect to three requirements: (i) the hydraulic conductivity reduction, (ii) prevention of erosion of fracture infillings and (iii) optimization of uplift reduction. Grouting work is then designed to obtain the designed geometry of the grout curtain. In the design of the grouting work, analytical calculations are implemented to determine the grouting pressure, grouting time and grout hole layout. The stop criteria are based on the grouting time, which is believed to obtain better efficiency. The principles of the observational method are implemented to deal with the uncertainties involved in the grouting process. 

One of the main limitations with the proposed methodology is the limited research on the erosion process of fracture infilling materials in flowing water. To study this issue, coupled numerical analyses are performed to better understand the initiation of erosion of fracture infillings. The results show that the Hjulström and Shields diagram are not appropriate to be used to estimate the incipient motion of fracture infilling materials. Instead, a previous equation derived under laminar flows shows better agreement with the results.

Injektering har länge använts som en metod för att förstärka grunden och reducera vattenflödet i en bergmassa. Injekteringsridåer uppförs ofta under dammar som en barriär med syfte att förhindra läckage av magasinets vatten. Hittills har injekteringsridåerna i huvudsak dimensionerats baserat på empiriska metoder. De empiriska metoderna har emellertid sina begränsningar. Användandet av olika tumregler resulterar i att dimensioneringen i hög utsträckning är beroende av ingenjörens erfarenhet. Brist på erfarenhet kan resultera i en ineffektiv, eller en för konservativ, utformning av injekteringsridåerna. Till exempel kan de stoppkriterier som tillämpas i det empiriska tillvägagångssättet leda till en för lång injekteringstid och därmed bli ineffektiv. Utöver detta kan höga injekteringstryck leda till oväntade deformationer i bergmassan och nya läckagevägar. 

För att hantera dessa typer av begränsningar har en teoribaserad dimensioneringsmetodik utvecklats. Teorier för berginjektering som utvecklats under de senaste decennierna används för att bygga upp metodiken. I metodiken utformas injekteringsridån som en strukturell komponent i berggrunden under dammen. Den geometriska utformningen och läget för injekteringsridån bestäms med hänsyn till tre kriterier: (i) erforderlig reduktion av den hydrauliska konduktiviteten, (ii) förhindrande av erosion av sprickfyllnadsmaterial, och (iii) optimering av reduktionen i upptryck under dammen. Injekteringsarbetet utformas därefter i syfte att eftersträva den erforderliga utformningen. I utformningen av injekteringsarbetet används analytiska beräkningar för att bestämma injekteringstryck, injekteringstid och hålavstånd. Stoppkriterier baseras på erforderlig injekteringstid, vilket bedöms uppnå en mer effektiv injektering. Principerna för observationsmetoden används för att hantera de osäkerheter som kvarstår.

En av de huvudsakliga begränsningarna med den föreslagna metodiken är den begränsade kunskapen som idag finns om erosion av sprickfyllnadsmaterial vid flödande vatten. För att studera denna fråga genomfördes kopplade numeriska analyser för att bättre förstå processen kring initiering av erosion av sprickfyllnadsmaterial. Resultaten visar att Hjulströms och Shields diagram inte är lämpliga att använda. Istället visar en tidigare framtagen ekvation för laminära förhållanden en bättre överensstämmelse. 

Grout curtains are usually constructed under dams as a barrier to prevent leakage from the reservoir, reduce uplift, and also prevent transport of fine material through the foundation. These grout curtains have mainly been designed by using an empirical design approach. However, the empirical approach has its limitations, such as lack of design over grout curtain thickness, long grouting time as a result of the stop criterion, and high grouting pressure which can cause unfavorable jacking.

To deal with these limitations, a theory-based design methodology for grout curtains under new dams has been developed. The grout curtain is treated as a structural component in the dam foundation. The geometry and location of the grout curtain is firstly designed with respect to three requirements: (i) the hydraulic conductivity reduction, (ii) prevention of erosion of fracture infillings and (iii) optimization of uplift reduction. Grouting work is then designed to obtain the designed geometry of the grout curtain. In the design of the grouting work, analytical calculations are implemented to determine the grouting pressure, grouting time and grout hole layout. The erosion process of fracture infilling materials was studied as a supplement to the requirement (ii). Coupled numerical analyses were performed to better understand the initiation of erosion of fracture infillings. The results showed that a previous equation derived by White under laminar flow can be suitable to estimate the incipient motion of fracture infilling materials. 

For existing dams, remedial grouting is a measure to strengthen the deteriorated grout curtains under old dams. The major challenge of remedial grouting is the high pressure gradient in the previously grouted zones. High gradient leads to high water velocities, where the flowing water can erode the injected fresh grout in the rock fractures. Even if the fractures are sealed, a phenomenon called viscous fingering can occur, which destabilize the grout front and creates new leakage channels. Erosion of fresh cement-based grout and viscous fingering between water and grout were studied with experiments and numerical simulations. The experiments revealed that the existing criterion on grout erosion tends to be oversimplified. Viscous fingering was observed despite the theoretical prediction and the numerical simulations suggested it would not occur. This deviation was further discussed with respect to uncertainties in the experimental setup.

Strategies were suggested for remedial grouting practice using cement-based grout to minimize disturbance by flowing water: (i) utilize multiple pressure relief holes upstream of grout holes to reduce water-induced shear stress on the fresh grout; (ii) maintain sufficient pressure holding time to provide time for the grout to harden and prevent the displacement of the injected grout.

Injekteringsridåer konstrueras vanligtvis under dammar som en barriär för att förhindra läckage från magasinet, reducera upptrycket, och även för att förhindra transport av finmaterial genom grunden. Traditionellt har dessa injekteringsridåer utformats med en empirisk dimensioneringsmetod. Denna metod har dock vissa begränsningar, såsom brist på dimensionering av injekteringsridåns tjocklek, långa injekteringstider till följd av stoppkriterier samt höga injekteringstryck som kan orsaka ogynnsam spricköppning (jacking).

För att hantera dessa begränsningar har en teoribaserad dimensioneringsmetodik utvecklats för injekteringsridåer under nya dammar. Injekteringsridån betraktas här som en strukturell komponent. Geometrin och placeringen av injekteringsridån utformas utifrån tre krav: (i) minskning av hydraulisk konduktivitet, (ii) förebyggande av erosion av sprickfyllnadsmaterial och (iii) optimering av reduktion av upptrycket. Injekteringsarbetet utformas sedan för att uppnå den planerade geometrin för injekteringsridån. Vid dimensioneringen av injekteringsarbetet används analytiska beräkningar för att bestämma injekteringstryck, injekteringstid och borrhålslayout. Erosionsprocessen för sprickfyllnadsmaterial studerades som ett komplement till krav (ii). Kopplade numeriska analyser genomfördes i projektet för att bättre förstå erosionens initiering i sprickfyllnadsmaterial. Resultaten visade att en tidigare ekvation, härledd av White under laminärt flöde, kan vara lämplig för att uppskatta när förflyttningen av sprickfyllnadsmaterial initieras.

För befintliga dammar är reparationsinjektering en åtgärd för att förstärka injekteringsridåer som över tid har försämrats. Den största utmaningen vid reparationsinjektering är den höga tryckgradienten i tidigare injekterade zoner. En hög gradient kan leda till vattenflöden med höga hastigheter, vilket kan erodera nyligen injekterat cementbaserat injekteringsbruk i bergsprickorna innan det härdat. Även om sprickorna tätas kan ett fenomen kallat viskös kanalbildning uppstå i det nyligen injekterade bruket, vilket destabiliserar injekteringsfronten och skapar nya läckagekanaler. Erosion av färskt cementbaserat injekteringsbruk och viskös kanalbildning mellan vatten och injekteringsbruk studerades genom experiment och numeriska simuleringar. Experimenten visade att den befintliga kriteriemodellen för erosion tenderar att vara alltför förenklad. Viskös kanalbildning observerades trots att teoretiska förutsägelser och resultat från numeriska simuleringar antydde att fenomenet inte skulle uppstå. Denna avvikelse diskuterades vidare, speciellt med hänsyn till ingående osäkerheter i den experimentella uppställningen.

Baserat på erhållna resultat föreslogs ett antal strategier för reparationsinjektering med cementbaserat injekteringsbruk för att minimera störningarna från strömmande vatten: (i) användning av flera tryckavlastningshål uppströms om injekteringshålen för att minska vattnets skjuvspänning på det färska bruket och (ii) tillräcklig tryckhållningstid för att ge injekteringsbruket tid att härda och förhindra förflyttning av den injekterade massan.