充填灌漿在沉陷裂縫治理中的應(yīng)用

劉佩璽（濟(jì)寧市泗河管理處，山東 兗州 272100）

充填灌漿在沉陷裂縫治理中的應(yīng)用

劉佩璽
（濟(jì)寧市泗河管理處，山東 兗州 272100）

【摘要】結(jié)合泗河塌陷段堤防的實(shí)際情況，利用充填式灌漿這一傳統(tǒng)工藝對(duì)堤防裂縫進(jìn)行了加固處理，根據(jù)泗河砂質(zhì)堤的現(xiàn)狀，采用水泥黏土灌漿，提高了堤防的整體穩(wěn)定性，形成了密實(shí)的防滲體，同時(shí)降低了工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】泗河；河下采煤；沉陷裂縫；充填灌漿

泗河作為濟(jì)寧市最大的一條山洪河道，流經(jīng)7個(gè)縣（市、區(qū)），全長(zhǎng)159km，流域面積2357km2，流域內(nèi)有鮑店、橫河、太平等14座煤礦，礦井產(chǎn)量占濟(jì)寧市煤炭產(chǎn)量的69%，煤炭生產(chǎn)對(duì)濟(jì)寧市經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。

泗河下采煤自1993年開(kāi)始，至今有20余年的時(shí)間，泗河下采煤共涉及鄒城、兗州、高新區(qū)、曲阜、任城等5個(gè)縣（市、區(qū)）8個(gè)煤礦40余個(gè)作業(yè)面，采煤造成河道及堤防下沉，河勢(shì)改變。據(jù)統(tǒng)計(jì)，泗河塌陷河堤影響長(zhǎng)度共31.05km，其中右岸17.28km，左岸13.77km，對(duì)泗河河道的影響較大。治理的主要內(nèi)容包括堤防、灘地和外護(hù)堤地的治理修復(fù)以及裂縫處理，治理后河道斷面得到恢復(fù)，但大部分未進(jìn)行綜合治理，未經(jīng)洪水考驗(yàn)，為泗河的防洪安全帶來(lái)了較大隱患。

1　　采煤塌陷對(duì)堤防的影響分析

地下煤層開(kāi)采后，由于沉陷的不均勻，在垂直堤防方向拉伸產(chǎn)生斷層，形成較大的貫通裂縫，最大裂縫寬度可達(dá)20cm以上。這些裂縫是由于河下局部煤炭開(kāi)采后，在巖體內(nèi)部形成一個(gè)空間，其周?chē)械膽?yīng)力平衡條件受到破壞，引起應(yīng)力的重新分布，直到達(dá)到新的平衡，這是一個(gè)復(fù)雜的物理力學(xué)變化過(guò)程，也是巖層與地表移動(dòng)和破壞的過(guò)程。當(dāng)采空區(qū)面積擴(kuò)大到一定范圍后，巖層移動(dòng)就可能發(fā)展到地表，使地表產(chǎn)生位移和變形，導(dǎo)致上部地表產(chǎn)生裂縫。

如不及時(shí)處理，在洪水來(lái)臨時(shí)，可能沿裂縫產(chǎn)生集中滲流通道，形成管涌或流土險(xiǎn)情，在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生潰堤的風(fēng)險(xiǎn)。

2　　充填式灌漿的適用性分析

對(duì)于地表形成的較大裂縫，一般采用開(kāi)挖后重新回填壓實(shí)的方法處理。對(duì)埋深較大，寬度較小的裂縫，需要采用灌漿進(jìn)行處理。

2.1充填式灌漿的特點(diǎn)

充填式灌漿是利用泥漿的自重注入壩體隱患處，以堵塞洞穴和裂縫，適用于處理性質(zhì)和范圍都已確定的局部隱患，主要用于處理碾壓不實(shí)、密實(shí)度較差的堤段，以及由于不均勻沉陷而產(chǎn)生的細(xì)小裂縫。為了使裂縫充填密實(shí)，避免微細(xì)裂縫充填不到，亦可減少灌漿壓力。由于充填灌漿壓力小，所以要求泥漿流動(dòng)性好，充填能力強(qiáng)，泥漿的含砂量低（不超過(guò)10%），黏粒含量高，泥漿稀，比重小，為了彌補(bǔ)壓力的不足和泥漿的體縮率高，避免灌后壩體再重新出現(xiàn)裂縫，所需灌漿歷時(shí)長(zhǎng)，復(fù)灌次數(shù)多。

充填灌漿的優(yōu)點(diǎn)是能較小地加寬已有裂縫，較少地劈開(kāi)新裂縫，對(duì)原有堤體擾動(dòng)小。缺點(diǎn)是由于壓力小或無(wú)壓力，在灌漿施工中壩體的應(yīng)變位能得不到充分釋放，同時(shí)由于灌漿壓力小，壩體的回彈量也小，所形成的漿體強(qiáng)度低，固結(jié)慢。

2.2適用性分析

泗河上游為山區(qū)丘陵，中游為山前平原，下游為濱湖洼地，作為一條古老河道，泗河內(nèi)河砂資源豐富，上游以中粗砂為主，中下游以粉細(xì)砂為主，決定了泗河堤防填筑材料多以砂性土為主，基本結(jié)構(gòu)為土包砂，堤身、堤基以及灘地以砂性土為主。

1）如果采用防滲墻或攪拌樁等剛性防滲體，一是造價(jià)比較高，二是與水庫(kù)大壩相比河道堤防斷面非常單薄，剛性防滲體將單薄的堤防人為地分成兩部分，易形成接觸沖刷，對(duì)堤防的整體穩(wěn)定性也不利。

2）采用充填式灌漿，只利用漿液自重，對(duì)原堤防的擾動(dòng)較小，砂質(zhì)填筑材料可以更好地與漿液結(jié)合，形成密實(shí)完整的防滲體。該施工方法具有工藝簡(jiǎn)單、工效高、投資少、加固整體性效果好等優(yōu)點(diǎn)。因而充填式灌漿更適用于泗河堤防塌陷裂縫的處理。

3　　工程實(shí)例

太平煤礦9603工作面開(kāi)采后，影響堤防長(zhǎng)度800m，最大沉陷0.9m，對(duì)該段堤防表層較大的裂縫采用開(kāi)挖后重新回填，對(duì)深層較細(xì)的裂縫采用充填灌漿處理。

3.1對(duì)泥漿性質(zhì)的要求

在充填式灌漿中，土料的選擇和配制是很重要的一環(huán)，直接影響灌漿質(zhì)量的好壞。為了充填較細(xì)的裂縫，可在黏土漿液中摻加水玻璃或水泥，以提高泥漿的流動(dòng)性和漿體強(qiáng)度。

1）土料選擇。漿液具有較好的析水性，固結(jié)后能夠滿足滲透性的要求。一般采用黏土或壤土含有一這成份的黏粒、粉粒、砂粒，既能制成漿液，又能析水固結(jié)，固結(jié)后的漿體滲透系數(shù)都可小于10－4cm/s。根據(jù)灌漿經(jīng)驗(yàn)和工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用粉質(zhì)黏土或粉質(zhì)壤土，具體指標(biāo)如下：塑性指數(shù)＞17，黏料（料徑小于0.005mm）含量不小于40%～50%，粉料（粒徑0.005～0.05mm）含量不多于45%～50%，含砂量（0.05～0.25mm）不大于5%。

2）漿液性能的要求。堤體裂縫處理以泥漿為充填料，利用泥漿的黏度與靜切力加入足量的土料，形成黏度較低的濃漿。其指標(biāo)要求如下：漿液具有適宜的穩(wěn)定性，以免發(fā)生沉淀或離析而影響質(zhì)量。泥漿的控制指標(biāo)為：膠體率＞80%，穩(wěn)定性＜0.1g/cm3。漿液具有適宜的濃度和黏度，以便能順利地灌入裂縫。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)張縫寬＜5mm的，黏土漿的水土比宜用1∶0.8～1∶1，對(duì)縫寬＞5mm的，水土比宜用1∶1.5以上，具體需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定最濃漿液的水土比。泥漿的黏度要求在滿足漿體均勻穩(wěn)定的條件下，力求降低，根據(jù)灌漿機(jī)具能力黏度要求小于60s即可。

漿液具有較好的失水性能，以便在裂縫中能較快地固結(jié)。漿液的穩(wěn)定性與析水性往往是矛盾的，不能過(guò)分的強(qiáng)調(diào)某一方面，要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整不同顆粒含量的成分，以達(dá)到漿液具有一定的穩(wěn)定性，而又有較大的失水性要求。根據(jù)失水量試驗(yàn)，失水量指標(biāo)宜為20～60cm3/h，濃漿的指標(biāo)用小值，稀漿的指標(biāo)用大值。

3）水泥附加劑的摻加。在黏（壤）土泥漿中加入一定比例的水泥后，一般稱為水泥黏（壤）土混合漿，這種混合漿的特點(diǎn)是在開(kāi)始時(shí)，其黏度較未加水泥前的泥漿黏度要小些，比重要大些，凝固時(shí)間要快些，固結(jié)后的強(qiáng)度要高些。水泥的摻量越多，混合漿液的凝固時(shí)間越快，漿體強(qiáng)度越高。

泗河堤防填筑材料多以砂性土為主，基本結(jié)構(gòu)為土包砂，堤身、堤基以及灘地以砂性土為主。為更好地與砂質(zhì)填筑材料結(jié)合，漿液使用水泥黏土（水泥∶黏土=1∶6.06）進(jìn)行灌入。

3.2灌漿布置

灌漿孔沿大堤走向布設(shè)4排孔，呈梅花形布置，排距1.5m，孔距1.5m，采用二序孔施工。造孔、制漿、灌漿、封孔等均按土壩壩體灌漿規(guī)范執(zhí)行。

工程實(shí)施后，漿液與砂質(zhì)填筑材料結(jié)合良好，堵塞了裂縫，特別是摻加水泥后，與砂質(zhì)堤體形成了強(qiáng)度較高的防滲體，達(dá)到了工程的預(yù)期效果。

4　結(jié)語(yǔ)

充填式灌漿作為處理土壩壩體防滲的傳統(tǒng)工藝，在水利工程中應(yīng)用越來(lái)越少，逐步被許多更為先進(jìn)的新工藝所代替。結(jié)合泗河采煤塌陷工程的實(shí)際情況，利用充填灌漿工藝，取得了較好的治理效果和經(jīng)濟(jì)效益，這種方法和思路值得推廣和借鑒。

（責(zé)任編輯崔春梅）

【中圖分類號(hào)】TV543

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1009-6159（2015）-04-0033-02

收稿日期：2015-01-21

作者簡(jiǎn)介：劉佩璽（1978—），男，工程師