堤防工程中粘土固化劑高噴灌漿技術(shù)的實踐與應(yīng)用

鄧小峰

（中國水利水電第十一工程局有限公司 河南鄭州 450000）

1 工程概況

某防洪堤改造工程位于贛江支流，地層為較深厚的第四系沖積層和部分塘積層。沖積層巖性復(fù)雜，上部為粘粒含量較大的粘土、粉質(zhì)粘土等，土體大部呈可塑狀，厚1～3m；下部為粘粒含量少或無粘粒含量的粉細(xì)砂土、砂、砂卵礫石層，砂、砂卵礫石具有大孔隙，強(qiáng)透水特性，層厚4～8m。

堤基下部基巖為白堊系上統(tǒng)南雄群中部巖層，泥巖、含礫泥巖和泥質(zhì)膠結(jié)的砂礫巖固體特性軟弱，遇水易軟化或泥化。工程區(qū)巖層傾角平緩，斷裂、節(jié)理裂隙不發(fā)育，但因巖層成層薄，泥質(zhì)巖易干裂，巖石表現(xiàn)為破碎，巖體透水性差。

堤基防滲體采用粘土固化劑灌漿施工時，確定防滲幕體結(jié)構(gòu)為單排孔，孔距1.0m，按兩序布孔組織施工。

2 施工方案比選

粘土固化劑灌漿防滲墻頂高程高于現(xiàn)狀河堤與河灘交界處50cm，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，考慮到原有河堤為50年代修建的老堤，堤身壓實較差，壓漿過程中孔口封閉困難、壓漿過程中壓力不穩(wěn)定，充填范圍難以確定。同時，鉆孔深度達(dá)20m，灌漿花管埋設(shè)時，易塌孔堵塞花管影響灌漿質(zhì)量、造成堤防安全隱患。經(jīng)過方案比選和專家論證，采用高噴灌漿一體機(jī)可不進(jìn)行套管跟進(jìn)護(hù)壁，粘土固化劑用于高噴灌漿對提高堤身及堤基防滲效果明顯，能夠保證施工質(zhì)量得到，并降低鉆孔及護(hù)壁難度，加快施工進(jìn)度，節(jié)約工程投資和造價。

3 施工方法

3.1 施工參數(shù)選定

根據(jù)防滲墻部位地質(zhì)情況和條件，結(jié)合高噴灌漿成熟經(jīng)驗，在堤基地質(zhì)條件類相似地層選定部位進(jìn)行包含粉細(xì)砂土、砂、砂卵礫等地層條件的典型施工試驗，為防滲墻工程全面順利展開提供經(jīng)驗和借鑒，試驗后選定灌漿參數(shù)見表1～2。

表1 灌漿主要工藝參數(shù)技術(shù)表

3.2 施工工藝流程

高噴灌漿分兩序孔展開，先施工1序孔，待相鄰1序孔灌漿結(jié)束并終凝48h后再施工2序孔。高噴灌漿工藝流程見圖1。

圖1

3.3 施工方法

（1）將臺車移至設(shè)計孔位，加高墊平穩(wěn)固后用水平儀檢查臺車前后左右，并調(diào)整其呈水平狀態(tài)后開孔。開孔孔位與設(shè)計孔位的偏差不大于5cm。

（2）鉆孔分Ⅰ、Ⅱ兩個次序進(jìn)行，鉆孔完成后進(jìn)行孔斜和孔深測量，由質(zhì)檢人員負(fù)責(zé)工序驗收，檢測孔深達(dá)到設(shè)計要求、孔斜偏差≤1%后方可終孔驗收，驗收必須經(jīng)監(jiān)理人驗收簽證。

（3）鉆孔完成后進(jìn)行試噴，檢查灌漿管路及機(jī)械正常，且各參數(shù)均達(dá)到要求后方可進(jìn)行灌漿。

（4）制漿：采用天然粘土造漿。①在灌漿實施現(xiàn)場開挖一個≥2m3粘土粗漿池，機(jī)械粉碎粘土，制成粘土粗漿入池并沉淀2h以上，粗漿在池中析出多余水以滿足水料比不大于0.8：1的粗漿。②將粘土粗漿泵送到第一高速攪漿桶攪拌1～2min，用量杯取一杯已攪拌均勻的粘土粗漿，測定其含水量和含土量，按照灌漿段及灌漿要求制定的水料比并向粘土粗漿中補(bǔ)加水，攪拌1～2min。③根據(jù)設(shè)計材料配比向粘土原漿中一次性足量加入水泥和固化劑的均勻混合體，充分?jǐn)嚢?～10min，完成粘土固化漿液配置。④將粘土固化漿液過篩導(dǎo)入第二個高速攪拌桶中繼續(xù)高速攪拌7～10min后待灌。

（5）灌漿：灌漿壓力按不小于30MPa進(jìn)行控制。

（6）噴射提升：調(diào)整好旋轉(zhuǎn)速度及提升速度，連接氣、水、漿管，先通氣、水，后通漿，孔底靜噴1～5min后起動旋轉(zhuǎn)裝置，待孔口返漿時再起動提升裝置，按試驗確定并經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可的各項參數(shù)由下而上按高噴工藝提升噴射。入巖1.0m及基巖與砂礫層交界處采用靜壓注漿方式進(jìn)行灌漿。

（7）封孔：噴射灌漿結(jié)束后，關(guān)閉高壓水及氣，繼續(xù)往孔內(nèi)送漿液直至孔口漿液下降不明顯時，結(jié)束供漿。

（8）機(jī)具沖洗：每噴射完一孔后，沖洗噴灌系統(tǒng)，以免管路堵塞。

（9）成墻施工：高壓噴射灌漿作業(yè)分兩序施工，單孔噴射作業(yè)連續(xù)進(jìn)行，相鄰Ⅰ、Ⅱ序孔的作業(yè)間隔時間不小于48h。根據(jù)現(xiàn)場施工情況調(diào)整同序孔的施工次序。如施工間隔時間過長，可提高噴射壓力，降低提升速度，確保Ⅰ、Ⅱ序墻體的可靠搭接。

表2 漿液配比表

4 質(zhì)量檢測及控制措施

4.1 質(zhì)量控制

（1）孔位：由專業(yè)測量人員負(fù)責(zé)放樣定點，并設(shè)置控制網(wǎng)點，在施工過程中隨時抽測、校核，確保孔位偏差不大于5cm。

（2）孔斜：鉆進(jìn)過程中，隨時檢查鉆機(jī)平臺平整度、鉆桿垂直度，保證孔斜偏差小于1%。

（3）孔底：嚴(yán)格按設(shè)計要求提升噴漿，先在孔底靜噴1～5min，各參數(shù)達(dá)到設(shè)計值后才提升。

（4）墻頂：當(dāng)提升至距孔口1m時，應(yīng)慢速提升到孔口，以保證墻頂質(zhì)量。

（5）嚴(yán)格按規(guī)定提升噴射，出現(xiàn)問題及時處理并詳細(xì)記錄。冒漿量應(yīng)小于注漿量的30%。

（6）按二序法噴射，相鄰兩樁施工間隔時間不少于48h。

4.2 質(zhì)量檢測

原材料檢測中，每批進(jìn)場水泥須有材質(zhì)證明，按每200T抽檢一組，檢測水泥性能指標(biāo)，合格方能用于施工。對于防滲墻的施工質(zhì)量效果，采用鉆孔注水進(jìn)行檢查。

（1）注水試驗方法：從堤頂鉆孔，并在孔口埋設(shè)φ110孔口管至防滲墻頂，鉆孔至距墻底50cm處，從孔口注水。

（2）注水試驗鉆孔：鉆孔采用柴油機(jī)帶動的地質(zhì)鉆機(jī)，孔口埋設(shè)φ110孔口管至高噴墻頂，后采用φ91mm金剛石鉆具造孔，在鉆至距離墻底50cm處停止鉆進(jìn)，取出鉆具進(jìn)行孔內(nèi)注水試驗。

（3）試驗程序：鉆孔完成后開始現(xiàn)場注水試驗，包括洗孔、水位測量、儀表安裝、流量觀測等步驟。試驗開始時，檢查各種設(shè)備、儀表的性能和工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題立即處理。

（4）洗孔：洗孔采用注水法，當(dāng)鉆孔達(dá)到注水試驗位置后，下入注水試驗工作管直至孔底，先不加壓力或采用較小的壓力放水沖洗，洗孔時進(jìn)水流量應(yīng)達(dá)到水泵的嘴閥出水力。洗孔至孔口回水清潔，肉眼觀察無巖粉時方可結(jié)束。

（5）地下水位測量：在進(jìn)行注水試驗前，觀測地下水位，水位觀測間隔時間為5min，當(dāng)連續(xù)2次觀測數(shù)據(jù)變幅小于10cm時結(jié)束觀測，用最后一次觀測值作為地下水位計算值。

（6）流量觀測：地下水位觀測完成后向孔內(nèi)注入清水，使孔內(nèi)水位與孔口齊平并保持不變，用量桶測注入流量，并進(jìn)行記錄。量測應(yīng)符合下列規(guī)定：①開始每隔5min量測一次，連續(xù)量測5次，以后每隔20min量測一次并至少連續(xù)量測6次。②當(dāng)連續(xù)2次量測的注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%時結(jié)束試驗，取最后一次注入流量作為計算值。

當(dāng)試段漏水量大于供水能力時，應(yīng)記錄最大供水量。在注水試驗結(jié)束前，檢查原始記錄是否齊全、正確，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。

（7）封孔：采用水泥漿液進(jìn)行封孔。

（8）注水試驗資料整理

①試驗資料整理包括校核原始記錄，繪制注入流量與時間關(guān)系曲線。

其中K為試驗巖土層的滲透系數(shù)，cm/s；Q為注入流量，L/min；H為試驗水頭，cm；等于試驗水位與地下水位之差；A為形狀系數(shù)，cm。

采用降水頭注水時按公式計算試驗段墻體滲透系數(shù)。

其中K為試驗巖土層的滲透系數(shù)，cm/s；t1、t2為注水試驗?zāi)骋粫r刻的試驗時間，min；

H1、H2為在試驗時間 t1、t2時的試驗水頭，cm；r為套管內(nèi)半徑，cm；A為形狀系數(shù)，cm。

考慮到試驗的精度及墻體透水性評價的要求，墻體滲透系數(shù)取兩位有效數(shù)字。

5 結(jié)語

采用高噴灌漿一體機(jī)與粘土固化劑灌漿進(jìn)行堤基防滲加固技術(shù)，加快了鉆進(jìn)成孔速度，也減少了傳統(tǒng)施工埋設(shè)套管及灌漿花管的費用；粘土固化劑的應(yīng)用不僅降低了制漿成本，而且水泥粘土漿材膠凝后具有與堤基相近的變形模量，可與堤基同步變形而不產(chǎn)生破壞，提高了堤基防滲體的安全性能。因此，采用高噴灌漿一體機(jī)與粘土固化劑進(jìn)行高噴灌漿具有施工簡單、安全、施工進(jìn)度快、建設(shè)費用低等優(yōu)點，值得類似工程借鑒。