雙液控制灌漿技術(shù)在漂卵石層防滲帷幕中的應(yīng)用

趙鐵軍

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司長(zhǎng)沙市410007）

1 工程概況

百色水利樞紐水庫(kù)淹沒區(qū)汪甸防護(hù)工程位于右江樂里河支流上，堤防工程主要建筑物有防護(hù)堤、自排涵、排澇站、排滲井等，防護(hù)堤全長(zhǎng)1 182.9 m，地面高程（220～231）m，堤頂高程229.5 m。

2006年8月底～9月初，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到222 m高程時(shí)，發(fā)現(xiàn)東區(qū)防護(hù)堤基土滲水濕潤(rùn)嚴(yán)重，部分堤段（樁號(hào)1+715～2+155m）排滲井已出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象，在原水文站東面地形較低的地方（地面高程221 m以下）浸水嚴(yán)重，地面逐步產(chǎn)生沼澤化。當(dāng)庫(kù)水位進(jìn)一步增加至正常庫(kù)水位時(shí)，局部可能會(huì)出現(xiàn)管涌，嚴(yán)重危及到堤防安全，必須進(jìn)行有效的防滲處理。

根據(jù)勘探，堤基地層自上而下為：

（1）堤防填土（QS）：紅褐色、黃褐色粉質(zhì)粘土及含碎石粉質(zhì)粘土等，來源于階地上的沖積層和附近的山坡上殘坡積層。

（2）粉質(zhì)粘土（Qpal-2）:厚度（2～5）m，較密實(shí)。可硬塑狀態(tài)。滲透系數(shù)K=（5.84×10-6～6.45×10-5）cm/s。

（3）含泥漂卵石層（Qpal-1）:厚（3.5～12.2）m。結(jié)構(gòu)松散，但無架空現(xiàn)象，局部泥質(zhì)膠結(jié)，底部漂卵石含泥量較少，漂石分布不均一。滲透系數(shù)K=（1.68×10－3～1.12）cm/s。

（4）基巖為T2L中厚層灰色砂巖夾淺灰色泥巖或與砂巖互層，隔水性能良好。

2 防滲處理設(shè)計(jì)與施工

按照設(shè)計(jì)要求，結(jié)合堤基的水文、工程地質(zhì)條件，采取雙液（水泥、水玻璃）灌漿方法，對(duì)漂卵石層進(jìn)行防滲灌漿處理（以下簡(jiǎn)稱“雙液帷幕灌漿”），灌漿自下而上分段進(jìn)行。

帷幕灌漿沿堤頂縱向設(shè)置，按2排2序施工，孔距2.0 m，排距1.2 m，呈梅花形布置，孔深進(jìn)入基巖（0.5～1.0）m。

2.1 灌漿材料的配合比

針對(duì)本工程是在漂卵石層中進(jìn)行帷幕灌漿，且當(dāng)樂里河水位上漲時(shí)屬于動(dòng)水條件注漿。在這種情況下，為控制漿液不致流失太遠(yuǎn)，必須使?jié){液在合適的時(shí)間內(nèi)凝固。

漿材配比試驗(yàn)選擇1∶1和0.8∶1兩組水灰比，分別摻加3%、5%、7%、10%的水玻璃進(jìn)行了漿液初、終凝時(shí)間、流動(dòng)性、析水率的測(cè)定，其成果見附表。

施工時(shí)，根據(jù)本工程的實(shí)際情況，采用4%的水玻璃摻量為基數(shù)，適時(shí)根據(jù)鉆孔灌漿情況進(jìn)行調(diào)整。

2.2 灌漿設(shè)備與機(jī)具

漿液攪拌桶采用0.6 m3立式攪拌桶。

輸漿管采用軟鋼絲加固管和鋼管，并保證能承受1.5倍的最大壓力。

灌漿設(shè)備：采用專用雙液灌漿泵并結(jié)合采用SGB-10型灌漿泵。

附表可使用的雙液漿的配比和性能表

2.3 制漿

原漿制備主要采用宏禹巖土公司自行研制的ZJ-2000全自動(dòng)集中制漿站、原漿經(jīng)分送到儲(chǔ)漿桶后，采用低速制漿機(jī)根據(jù)需要配比配漿后輸往各施工點(diǎn)。

制漿材料必須稱量，稱量誤差不大于5%。水泥等固相材料宜采用重量稱量法。混合漿嚴(yán)格按配比配置。各類漿液必須攪拌均勻。

制漿使用與集中制漿站配套的高速攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間不少于30 s。漿液在使用前應(yīng)經(jīng)二次過篩，從制漿到用完的時(shí)間不超過4 h。

2.4 造孔

（1）放線布孔。

首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)明的孔位，采用皮圈尺和鋼尺進(jìn)行鉆孔整體放樣。確定施工軸線后，并逐孔定好孔位，用油漆在防浪墻上標(biāo)記好，并每隔20 m設(shè)置控制性樁號(hào)。施工時(shí)，再用鋼卷尺重新校測(cè)，逐孔復(fù)核孔位（防止施工過程時(shí)標(biāo)記樁被移動(dòng)），孔位與設(shè)計(jì)位置偏差不大于10cm。

（2）造孔。

●鉆機(jī)就位。孔位確定無誤后，將鉆機(jī)移至核定的孔位上，按照要求進(jìn)行機(jī)架、機(jī)座校正，確認(rèn)導(dǎo)桿或立軸與鉆孔傾角一致，并在同一軸線上，配備良好鉆具，保證鉆孔鉛直開孔。

●鉆進(jìn)。開孔采用沖擊鉆，穿過覆蓋層進(jìn)入漂卵石層后，采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)。為防止施工中過多的鉆進(jìn)水滲入堤身內(nèi)，影響堤身穩(wěn)定，堤身鉆進(jìn)均采用套管對(duì)土層進(jìn)行有效防護(hù)隔離。鉆孔結(jié)束后，再將套管拔起。

（3）鉆孔記錄與鉆孔保護(hù)。

鉆進(jìn)過程中，各孔要求詳細(xì)記錄孔位、孔深、地層變化、換層情況和水位下降、掉鉆，尤其注意分層的位置所在，遇到的特殊情況（大漂石、含泥夾層、掉鉆、卡鉆等）。導(dǎo)孔、試驗(yàn)孔、檢查孔等均作詳細(xì)地質(zhì)編錄，記錄巖土層分層厚度、性狀和觀測(cè)地下水位等地質(zhì)情況。

鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后，待灌或灌漿結(jié)束時(shí)待鉆，孔口均進(jìn)行加蓋處理，防止異物進(jìn)入。

2.5 灌漿

（1）灌漿方法。

本工程帷幕雙液灌漿采用依次加密法分二序施工，自下而上分段灌漿法，段長(zhǎng)0.5 m。

鉆孔達(dá)到要求深度后，下入灌漿管至孔底（若垮孔，采用打桿法至孔底），然后用碎礫石回填孔內(nèi)至含泥漂卵石層頂部，上部采用粘土填滿灌漿管與孔壁之空隙，試壓漿，當(dāng)止?jié){效果較差時(shí)，再適度送入雙液漿至孔口返漿為止，待凝（30～60）min，開始灌注。如果在上提灌漿管后，出現(xiàn)從灌漿管和土層間隙處出現(xiàn)冒漿，采取再次注漿后孔口返漿后待凝10 min左右的方法，使漏漿得到有效止?jié){。

（2）漿液水灰比：灌漿漿液濃度按先稀后濃、逐級(jí)變換的原則進(jìn)行。

漿液水灰比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1。一般情況下開灌水灰比采用1∶1，漿液配制要稱量準(zhǔn)確，保證誤差小于5%。漿液變換按以下條件控制，即：

當(dāng)灌漿壓力保持不變，注入率持續(xù)減少時(shí)或當(dāng)注入率不變，壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比。當(dāng)某一級(jí)漿液的注入量達(dá)300 L以上或灌注時(shí)間已達(dá)30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不明顯時(shí)，應(yīng)改濃一級(jí)水灰比或通過控制水玻璃的加入量來控制漿液灌入量。當(dāng)注入率大于30 L/min，可根據(jù)具體情況，降低壓力，調(diào)整漿液膠凝時(shí)間來控制灌漿。

灌漿過程中，水玻璃最大摻量為5%，若灌漿段吸漿量太少，則適量降低水玻璃的摻量至1%～3%；若灌入量過大，降低壓力，減少注入率，適當(dāng)延長(zhǎng)灌漿時(shí)間，待注入漿液逐步凝固后，在緩慢升壓至結(jié)束。

（3）灌漿壓力。

灌段灌漿壓力最大值不得超過0.6 MPa。壓力表安裝于孔口進(jìn)漿管路上。灌漿時(shí)，應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)壓力。但當(dāng)注入率較大，可考慮分級(jí)升壓。

（4）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

采用雙液控制灌漿自下而上灌漿法，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定最大壓力0.6 MPa，累計(jì)注入量達(dá)到750 kg/m后,上提灌漿或終孔結(jié)束。

（5）封孔。

每個(gè)雙液灌漿孔全孔灌漿結(jié)束后，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，土層中倒入粘土球，用鉆桿擊實(shí)封孔，每次擊實(shí)回填厚度不超過30 cm。

3 幾種情況下的處理措施

3.1 內(nèi)外水位發(fā)生變化時(shí)的施工措施

庫(kù)水位低于堤內(nèi)被保護(hù)耕地地面高程2 m以下時(shí)，堤基帷幕雙液灌漿依據(jù)前述的施工工藝進(jìn)行；當(dāng)庫(kù)水位急劇上漲，高于被保護(hù)耕地地面高程時(shí)，堤基帷幕雙液灌漿需采取以下針對(duì)性措施：

（1）由于庫(kù)水位升高，堤基及耕地地區(qū)地下水位將會(huì)抬升，灌注漿液在地下水流作用下，將會(huì)向耕地內(nèi)側(cè)反流，形成動(dòng)水條件下施工。因此，灌漿必須嚴(yán)格控制其擴(kuò)散半徑，適當(dāng)加大速凝劑摻量（5%～7%），以防漿液擴(kuò)散太遠(yuǎn)，影響灌漿效果。

（2）加強(qiáng)對(duì)堤內(nèi)被保護(hù)區(qū)的觀測(cè)力度，嚴(yán)格控制灌漿灌入量，防止因灌漿而引起堤內(nèi)抬動(dòng)、擊穿而出現(xiàn)涌、突水事件。

（3）適時(shí)檢查施工使用的壓力表、流量表等計(jì)量設(shè)備的靈敏度，防止因儀表失靈而導(dǎo)致涌、突水事件的發(fā)生。

3.2 孔斜的控制

當(dāng)鉆孔鉆至（5～10）m時(shí)，對(duì)鉆機(jī)平臺(tái)和立軸鉆桿進(jìn)行觀測(cè)，若發(fā)現(xiàn)異樣時(shí)，及時(shí)進(jìn)行孔斜測(cè)量，偏斜率不能滿足要求時(shí)，及時(shí)采取糾斜措施，直至滿足要求為止。終孔時(shí)，逐段進(jìn)行量測(cè)孔斜，凡自檢時(shí)發(fā)現(xiàn)綜合鉆孔斜率超過1%時(shí)，一律重新造孔，自檢測(cè)定合格后，請(qǐng)監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收確認(rèn)。保證施工形成連續(xù)一體的有效防滲帷幕，避免帷幕線不連續(xù)或開褲叉的現(xiàn)象。全線施工的帷幕孔由于嚴(yán)格的質(zhì)量控制，偏斜率均控制在設(shè)計(jì)要求允許范圍以內(nèi)。

3.3 特殊部位的施工質(zhì)量控制

根據(jù)堤基漂卵石的情況，主要集中在漂卵石層較厚的部位，漂卵石分布狀態(tài)及含泥量不均，礫徑大小不一，帷幕灌漿過程中出現(xiàn)了大量吸漿、串漿、沿鉆孔返漿、吸水不吸漿漿液回濃等諸多特殊灌漿問題，施工時(shí)控制灌注質(zhì)量則成為帷幕是否形成的主要控制手段，基本做法如下：

（1）從鉆孔入手，掌握鉆孔內(nèi)實(shí)際的地質(zhì)資料。

鉆孔時(shí)，密切注視鉆探感應(yīng)，對(duì)鉆進(jìn)速度、回水顏色、狀況進(jìn)行真實(shí)記錄，通過簡(jiǎn)易注水試驗(yàn)，了解地層的滲透特性，從而用以指導(dǎo)灌漿施工。

（2）嚴(yán)格操作程序，按照技術(shù)要求進(jìn)行操作。

灌漿過程中，要求灌漿管到位，漿液的制定、變比、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格遵循技術(shù)要求，保證各施工孔段得到有效灌注，形成有效的防滲帷幕。

（3）大量吸漿段的處理。

大量吸漿段主要為漂卵石層較厚的灌段。灌漿時(shí)，出現(xiàn)大量吸漿后，早期按要求進(jìn)行水灰比變濃，同時(shí)對(duì)地表相應(yīng)部位進(jìn)行觀察，是否從地表漏漿或與其它鉆孔串通，若出現(xiàn)上述情況，采取封閉漏漿點(diǎn)等相應(yīng)措施。若單位灌入量大，無法起壓時(shí)則采取限流、間歇灌漿，加大水玻璃的摻合比例。

（4）孔口返漿的處理。

孔口返漿的主要途徑多為孔內(nèi)灌漿管封堵不密實(shí)。灌漿過程中，若出現(xiàn)此現(xiàn)象，則須將灌漿管拔起后重新下入，并重新封孔，至止?jié){后再灌至正常結(jié)束。帷幕灌漿過程中，所出現(xiàn)的孔口返漿情況，均按上述方法處理，達(dá)到了較為理想的處理效果。

（5）相鄰孔串漿的處理。

相鄰孔串漿主要通過漂卵石層發(fā)生。本工程系漂卵石層灌漿，在漂卵石厚度相對(duì)較小時(shí)串漿出現(xiàn)的概率較高。當(dāng)孔距在4 m左右時(shí)，常出現(xiàn)串漿現(xiàn)象。當(dāng)兩孔均具備灌漿條件時(shí)，下入灌漿管，同時(shí)進(jìn)行灌漿至正常結(jié)束；被串孔不具備灌漿條件時(shí)（正在鉆進(jìn)或灌漿設(shè)備不足），立即停止鉆進(jìn)，或用泥球?qū)︺@孔進(jìn)行回填，當(dāng)灌漿孔結(jié)束后，被串孔鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深，再進(jìn)行灌漿至正常結(jié)束。

（6）冒漿段的處理。

帷幕灌漿時(shí)，極少數(shù)孔從堤前出現(xiàn)冒水冒漿，多為堤體填土個(gè)別部位在河水滲漏條件下形成滲流破壞，而為漿體冒出堤面提供了良好條件。出現(xiàn)冒漿時(shí)，采取降壓、限流、加大水玻璃的摻合量、間歇待凝等措施進(jìn)行處理。如采取降壓，限流灌注一定量后仍不能結(jié)束者，采取灌注待凝，再掃孔復(fù)灌至正常結(jié)束。

4 幾點(diǎn)體會(huì)

（1）在灌漿過程中，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件采取相應(yīng)的措施，才能從根本上保證灌注效果。本工程針對(duì)地基的地質(zhì)條件，采取了濃泥漿護(hù)壁造孔，及時(shí)調(diào)整漿液濃度、水玻璃摻和量和一次性預(yù)埋射漿管等多種施工工藝，從根本上保證了帷幕灌漿的正常施工和施工質(zhì)量。

（2）選擇適宜的施工設(shè)備和有效的施工方法是工期、質(zhì)量和安全保證的首要條件。

（3）工程技術(shù)人員的施工經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)素質(zhì)是工程質(zhì)量的根本保證。本工程施工中配備了相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員，從而能及時(shí)對(duì)工程鉆孔和灌漿過程中揭露的地質(zhì)條件，出現(xiàn)的各種特殊信息進(jìn)行分析，解決施工過程中的各個(gè)難題，及時(shí)采取了針對(duì)性的有效處理措施，保證了施工質(zhì)量。

（4）灌漿工程施工過程中，安全隱患無處不在。因此，施工管理人員應(yīng)高度重視，并應(yīng)采取強(qiáng)有力安全保證措施，確保施工無人身、設(shè)備安全事故出現(xiàn)。

（5）加強(qiáng)施工隊(duì)伍的素質(zhì)、責(zé)任意識(shí)的管理是保證工程順利完成的關(guān)鍵。本工程從施工進(jìn)場(chǎng)開始，自始至終對(duì)全員進(jìn)行思想、業(yè)務(wù)技術(shù)、安全質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)等多方位的培訓(xùn)，全員目的明確，思想統(tǒng)一。同時(shí)輔以相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)罰也是工程管理的相應(yīng)手段。施工中做到了獎(jiǎng)優(yōu)罰劣、獎(jiǎng)勤罰懶，激發(fā)工程施工、技術(shù)、管理人員的工作積極性，從而保證了工程的按期優(yōu)質(zhì)完成。