水泥粘土漿灌漿技術(shù)在渠道采空區(qū)地質(zhì)處理中的應(yīng)用

劉國(guó)棟

（中國(guó)水利水電第二工程局有限公司，北京 100120）

南水北調(diào)鶴壁段第Ⅰ標(biāo)段人工采空區(qū)分布于樁號(hào)Ⅳ148+850—Ⅳ154+000段，該段發(fā)現(xiàn)人工掏砂豎井口60余處，人工采空區(qū)洞徑一般為1.5～2.0 m，局部達(dá)4 m，砂洞長(zhǎng)度可達(dá)百余米，人工采空區(qū)延伸方向多為西北東南向，且分布有支洞。

經(jīng)過(guò)調(diào)查采空區(qū)為2000年左右當(dāng)?shù)卮迕裉蜕靶纬?，采空區(qū)埋深及直徑與砂層分布有關(guān)，采空區(qū)走向一般沿砂層分布方向延伸、規(guī)律不明顯，人為因數(shù)較強(qiáng)；為保證渠道的正常施工及后續(xù)運(yùn)行安全主工程質(zhì)量，在采空區(qū)灌漿處理正式施工前，進(jìn)行采空區(qū)水泥粘土漿灌漿試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)的成果來(lái)指導(dǎo)采空區(qū)全段灌漿施工。

1 灌漿施工

1.1 材料要求

1）水泥：考慮到采空區(qū)及含砂層的可灌性和回填體的密實(shí)性，選用細(xì)度為通過(guò)80 μm方孔篩的篩余量小于5%要求的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。

2）粘土：塑性指數(shù) Ip＞15，粘粒（粒徑小于0.005 mm）含量不小于40%、粉粒（粒徑0.005～0.05 mm）含量不多于50%、含砂量（0.05～0.25 mm）不大于5%及有機(jī)物含量不大于3%的合格土料。

3）外加劑：粘土固化劑，用于改善灌漿材料的強(qiáng)度及流體性能。

4）水：地下水，水質(zhì)符合水工混凝土拌制的要求。

1.2 漿液配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

1.2.1 漿液配合比設(shè)計(jì)

施工前水泥∶粘土∶水的不同比例組合設(shè)計(jì)出了5種配合比，水泥粘土漿參考配合比見(jiàn)表1。

表1 水泥粘土漿參考配合比

1.2.2 灌漿試驗(yàn)

采空區(qū)水泥粘土漿灌漿施工在已開(kāi)挖到位的武莊溝倒虹吸已探明的采空區(qū)武0-024—武0+128段進(jìn)行，分成A，B，C，D，E等5個(gè)單元區(qū)域。為確保工程施工質(zhì)量，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，決定在A單元和D單元進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，以確定滿足工程施工的最優(yōu)配合比方案。

A單元和D單元灌漿結(jié)束28 d后，采用開(kāi)挖檢查法檢查灌漿固結(jié)情況，同時(shí)對(duì)結(jié)石體取樣進(jìn)行室內(nèi)抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2所示。

1）A單元灌注漿材配合比為 1∶6∶7，固化劑摻量為15%，漿液中水泥含量為14%，可灌性好，開(kāi)挖后發(fā)現(xiàn)漿材與采空區(qū)洞壁結(jié)合良好，無(wú)脫空現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)取漿材結(jié)石體，經(jīng)對(duì)結(jié)石體抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，28 d抗壓強(qiáng)度值為0.47 MPa，不滿足設(shè)計(jì)漿液結(jié)石體強(qiáng)度要達(dá)到1～2 MPa的要求。

2）D單元采空區(qū)灌注漿材配合比為1∶2∶3，固化劑摻量為10%，水泥含量33%，漿液可灌性較好，開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)漿材與采空區(qū)洞體結(jié)合良好，無(wú)脫空情況，現(xiàn)場(chǎng)取漿材結(jié)石體，于工地試驗(yàn)室進(jìn)行結(jié)石體抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，28 d抗壓強(qiáng)度值為1.3～1.6 MPa，滿足設(shè)計(jì)漿液結(jié)石體強(qiáng)度為1～2 MPa的要求。

表2 水泥粘土漿取樣試塊抗壓強(qiáng)度檢測(cè)值

經(jīng)灌漿試驗(yàn)和對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合體完整情況檢查，確定出適合該工程的最優(yōu)施工配合比，用于全段工程灌漿處理施工。具體配合比參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 采空區(qū)水泥粘土漿灌漿及灌漿探查最優(yōu)施工配合比

1.3 主要施工方法

根據(jù)試驗(yàn)確定的最優(yōu)配合比，對(duì)A，B，C，D，E共5個(gè)單元進(jìn)行全段灌漿處理施工。除E單元跨距為24 m外，其它4個(gè)單元跨距均為32 m，灌漿孔分兩序進(jìn)行，首先施工Ⅰ序孔，孔距按8 m布置，Ⅰ序孔施工完成后，在揭露有采空區(qū)部位或灌漿量大的地段再施工Ⅱ序孔，孔距按4 m布置，于Ⅰ序孔之間進(jìn)行Ⅱ序孔施工，以確保采空區(qū)充填密實(shí)。

1.3.1 施工工藝流程

采空區(qū)水泥粘土漿灌漿處理施工工藝流程：測(cè)量定位→鉆孔→PVC注漿管安裝→注漿→壓力灌漿封孔。

1.3.2 施工步驟

1）測(cè)量定位。沿采空區(qū)走向中心線位置進(jìn)行Ⅰ序孔布設(shè)，孔距按8 m進(jìn)行控制，Ⅰ序孔施工完成后；在揭露有采空區(qū)部位或灌漿量大的部位再布設(shè)Ⅱ序孔，孔距按4 m進(jìn)行控制，布設(shè)于兩個(gè)Ⅰ序孔之間。

2）鉆孔。采用HGY-100Q液壓潛孔鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，孔徑不小于110 mm，采空區(qū)處理鉆孔深度以洞底高程為界，直接貫穿整個(gè)采空區(qū)；不能鉆到采空區(qū)的，按照地質(zhì)資料，鉆透含砂層并深入砂層以下1 m為界。

3）PVC注漿管安裝。在鉆孔完畢后，立即進(jìn)行PVC灌漿管的下管安裝，安裝過(guò)程中，注意土料等雜物掉入其中，注漿管口要求高出地面100～200 mm并進(jìn)行土工布封口保護(hù)。

4）注漿采用JZ-400水泥制漿機(jī)和NTJ-I型泥漿制漿機(jī)組合制漿，低速攪拌機(jī)儲(chǔ)漿后輸往。注漿點(diǎn)。注漿施工時(shí)，灌漿壓力不小于0.5 MPa，采用分序注漿方式，先灌注鉆到采空區(qū)的鉆孔，再灌注沒(méi)有鉆到采空區(qū)的鉆孔；注漿時(shí)先兩端后中部，多層采空區(qū)時(shí)先下層后上層，灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)采用自下而上，靜壓注漿法施工。

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：已探明采空區(qū)灌漿在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率小于10 L/min時(shí)，繼續(xù)10 min后結(jié)束灌漿，或地面冒漿但不回落時(shí)結(jié)束灌漿。

鉆孔未探明的采空區(qū)灌漿在規(guī)定壓力下，當(dāng)注入率小于10 L/min時(shí)，繼續(xù)10 min后結(jié)束灌漿。

5）壓力灌漿封孔。鉆孔注漿完畢后，采用較高強(qiáng)度的漿液將鉆孔時(shí)擾動(dòng)的部位進(jìn)行壓密、注漿封孔處理。

2 數(shù)據(jù)分析

灌漿處理施工分5個(gè)施工單元，Ⅰ序孔共施工鉆孔76個(gè)，其中16個(gè)孔鉆到采空區(qū)，占I序孔孔數(shù)的21%，I序孔灌漿時(shí)，發(fā)現(xiàn)有9個(gè)沒(méi)鉆到采空區(qū)的鉆孔灌入量比平均灌入量明顯偏大（單位灌入量大于100 L/m）的疑似采空區(qū)的鉆孔，即以疑似采空區(qū)鉆孔和已經(jīng)鉆到采空區(qū)的鉆孔為中心，在其周?chē)?～4 m間距“十”字型布孔，進(jìn)一步探明該部位采空區(qū)的具體走向和大致輪廓，共在I序孔灌入量較大的9個(gè)鉆孔周邊布孔，其中探測(cè)到采空區(qū)的有7個(gè)，占77.8%，Ⅱ序孔共施工鉆孔208個(gè)；具體采空區(qū)分布情況見(jiàn)表4，采空區(qū)灌漿工程量見(jiàn)表5。

表4 武莊溝底板采空區(qū)分布情況表

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的最優(yōu)配合比進(jìn)行全段灌漿施工，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)局部開(kāi)挖檢查，灌漿密實(shí)度和灌漿結(jié)石體強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，灌漿處理效果好，達(dá)到了預(yù)期目的。

3 結(jié)語(yǔ)

1）通過(guò)試驗(yàn)施工確定滿足現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的最優(yōu)施工配合比，是保證工程施工質(zhì)量和地質(zhì)缺陷處理的先決條件。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖檢查灌漿效果及漿材結(jié)石體抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果表明，采空區(qū)水泥粘土漿灌漿施工工藝滿足南水北調(diào)工程及設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

表5 采空區(qū)灌漿工程量

2）采用水泥粘土漿進(jìn)行采空區(qū)灌漿處理施工工藝，其具有安全可靠、操作簡(jiǎn)單、方便的有效辦法，其結(jié)石率高、收縮率小、處理效果好。灌漿材料與采空區(qū)洞壁結(jié)合良好并能充填密實(shí)，無(wú)脫空現(xiàn)象，有效提高采空區(qū)基礎(chǔ)的力學(xué)強(qiáng)度和承載力。

3）水泥粘土漿可就地取材，塑性強(qiáng)度及結(jié)石率很高，與水泥漿相比更具有節(jié)約成本，降低工程成本的優(yōu)勢(shì)，值得在類(lèi)似處理不良地質(zhì)條件工程中廣泛應(yīng)用。

[1]河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司.南水北調(diào)中線一期工程總干渠施工階段鶴壁Ⅰ標(biāo)采空區(qū)處理設(shè)計(jì)變更報(bào)告[R].