高壓灌漿在漿砌石砌體防滲加固中的應(yīng)用

孫洪濱

（江蘇省灌溉總渠管理處 淮安 223200） 潘俊青 李淮東（江蘇省淮沭新河管理處 淮安 223005）

1 工程概況

柴米閘位于江蘇省沭陽縣淮沭河?xùn)|堤上，主要功能為排泄六塘河以下淮沭河灘地區(qū)間澇水以及新沂河偏泓閘以上直至總沭河流域的桃汛；設(shè)計(jì)流量300m3/s，校核流量352 m3/s。共9孔，每孔凈寬4m，岸墻為鋼筋混凝土和漿砌塊石組合的重力式結(jié)構(gòu)，前墻為1m厚的鋼筋混凝土直墻兼做邊墩，后墻為斜坡式扶壁，用漿砌石砌筑（見圖1）。建成于特殊歷史時(shí)期的1961年，由于當(dāng)時(shí)物質(zhì)資源匱乏，水泥用量少，代用材料多，加之對施工工藝的大膽“革新”，因此，在施工質(zhì)量上存在著先天不足的缺憾。竣工驗(yàn)收不久即發(fā)現(xiàn)，混凝土施工質(zhì)量差、冒水孔堵塞、消力池斜坡混凝土出現(xiàn)大片剝落、門槽不在直線上、側(cè)滾輪軌道不平、啟閉能力不足等一系列問題。

1991年分淮入沂行洪時(shí)，閘上水位9.83m時(shí)岸墻側(cè)墻（路堤一級擋土墻）下游面石縫出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，水位11.02m時(shí)滲漏加劇并多為壓力水，滲流量：左岸為30L/min，右岸為40 L/min；汛后采取岸墻后增做地下連續(xù)墻防滲、翼墻上游面水上部分用防水砂漿勾縫、水上部分伸縮縫化學(xué)灌漿、土堤灌漿等一系列措施，以期達(dá)到防滲截滲的目的。

1998年8月閘上又一次發(fā)生高水位，閘上水位9.83m，1991年滲水位置再次出現(xiàn)滲漏，水位降至9.58m時(shí)滲漏停止。2003年，淮沭河再次分洪，且長達(dá)25天之久，7月10日8時(shí)閘上水位9.9m，下游左側(cè)有7處滲水，右側(cè)有9處滲水；18日凌晨閘上水位12.07m，下游左側(cè)滲水32處，滲流量48.4L/min，右側(cè)滲水38處，滲流量達(dá)85.1L/min。

根據(jù)上述情況分析，滲水位置在岸墻側(cè)墻部位，且滲出為清水，即使大堤土質(zhì)較差，但1994年已增做了地下連續(xù)墻，不會有滲水通道，唯一通道可能來自于岸墻內(nèi)部，因漿砌塊石施工質(zhì)量差，內(nèi)部空穴形成滲水通道。特別是岸墻，每側(cè)砌體約600m3，為名副其實(shí)的“重力式”，且直墻澆筑在前，漿砌石砌筑在后，在垂直面上掛漿更是不容易密實(shí)。因此，滲水通道應(yīng)當(dāng)是來自這一龐大砌體內(nèi)部。

該次防滲加固指導(dǎo)思想是外封內(nèi)堵。封，是對上下游側(cè)所有伸縮縫止水填料進(jìn)行清理更新，剔除漿砌塊石表面勾縫砂漿，鉆孔錨筋，用φ12@20×20cm鋼筋網(wǎng)片連成整體，外澆15cmC25混凝土貼面，在混凝土分縫處，新做膨脹橡膠止水；堵，便是在上下游側(cè)墻頂部鉆孔，深度直至底板，用壓力灌注水泥凈漿，使水泥漿盡量填滿塊石的間隙，形成一道有效的防滲墻。

2 灌漿孔布置及施工工藝

2.1 注漿孔布置

根據(jù)現(xiàn)場情況，注漿孔布置在上下游側(cè)墻蓋頂上，孔底高程5m，孔距1m，邊孔距岸墻外緣不小于60cm（見圖2），使用127合金鉆頭，注漿孔直徑為127mm.

2.2 注漿設(shè)備

2.2.1 灌漿機(jī)械

2臺壓漿機(jī)，1臺為雙柱塞泥漿泵，功率7.5kW，壓力0.4～0.6MPa，在出漿口加三通閘閥控制壓力；1臺為柔輪式壓漿機(jī)，功率4.0kW，最大壓力亦可達(dá)0.6MPa，靠變速來調(diào)整壓力。

圖2 灌漿孔布置

2.2.2 制漿機(jī)械

容量0.3m3、0.15m3砂漿攪拌機(jī)各1臺及儲漿桶、水泵、儲水箱等。

2.2.3 注漿管

注漿管為現(xiàn)場新置的Dg25無縫鍍鋅鋼管，用束節(jié)三通絲接；底部1m為“花管”，是在注漿管圓周上分布3排孔眼，間距20cm，成梅花狀，孔眼直徑6mm；上部安裝控制閥，以調(diào)整進(jìn)漿量，閥上用25～40號異徑三通連接1.5英寸進(jìn)漿管，壓漿機(jī)出漿管亦為40mm，用50mm高壓軟管連接進(jìn)漿管，形成供漿總管，用卡口和鉛絲雙重緊固；灌漿機(jī)壓力表量程為0～0.25MPa，經(jīng)校驗(yàn)后，裝于供漿總管前部。

2.3 工藝流程

2.3.1 清孔

先在鉆孔中撈取沉渣，再用高壓水流沖洗孔壁，清除孔壁石粉，便于漿液的流通，清孔后停頓12h再灌漿，使鉆孔中水體有充分時(shí)間滲入地下，盡可能減少砌體縫隙內(nèi)積水。

2.3.2 注漿管安裝與密封

注漿管每組6孔，使用2臺壓漿機(jī)同時(shí)注漿，1號機(jī)灌注奇數(shù)孔，2號孔灌注偶數(shù)孔（見圖3），每孔進(jìn)漿管路均加閘閥控制。

為避免或減少灌漿過程中壓能的逸耗，保證漿液能夠得到充分的壓送，應(yīng)對灌砌體、注漿孔口密封。在岸、翼墻外側(cè)用鋼筋混凝土掛面進(jìn)行封閉；注漿孔四周φ400cm范圍內(nèi)用手持砂輪機(jī)磨平表面，孔周按鋼壓蓋螺孔位置精確定位，用電錘鉆孔埋入4根M10膨脹螺栓，下墊6mm橡膠密封墊圈，加10mm鋼壓板緊固；鋼壓板經(jīng)過精加工處理，外徑350mm，中間穿25mm注漿管，孔洞間隙不大于300μm，在R60以內(nèi)鉆一φ6氣孔，內(nèi)攻絲牙，以便閉孔增壓。鑒于柴米閘岸墻砌體空隙率較大，上下游側(cè)墻注漿孔已一步到位，為防止上下游孔洞竄通，在上游組壓漿之前對下游注漿孔同時(shí)用鋼壓板密封，以減少壓能的損耗。

圖3 注漿管安裝示意圖

2.3.3 漿液調(diào)制

a.漿液稠度的確定。灌漿的水泥摻入量低，流動(dòng)性好，易于填充細(xì)小縫隙，但對于較大縫隙甚至于空洞來說，則水分析出水泥硬化，將再次出現(xiàn)空隙。經(jīng)現(xiàn)場對比試驗(yàn)，選用水泥摻入量為50%的漿液灌注。

b.外加劑的使用。灌注水泥漿，每組連續(xù)工作時(shí)間不會少于8h，而水泥的初凝時(shí)間僅2h45min，為保證前后灌注的漿液相互流動(dòng)，摻入水泥用量0.50%的木素磺酸鈣緩凝劑。從兩岸上游組灌漿結(jié)果來看，連續(xù)工作時(shí)間都在8h左右，注漿管起拔以后，管壁漿液還具有相當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性。

c.漿液拌制。水泥凈漿用砂漿機(jī)進(jìn)行攪拌，緩凝劑及水泥攪拌時(shí)間不少于2min，通過濾網(wǎng)傾放到儲漿桶中待灌，桶內(nèi)漿液由專人攪動(dòng)，防止沉淀和離析。漿液必須隨配隨灌，在桶內(nèi)靜置時(shí)間不大于10min，每一臺班制漿水泥儲備必須大于消耗量，以確保不間斷施工。

2.3.4 壓力灌漿。

a.封閉出氣孔和持壓時(shí)間的控制。注漿孔分布在上下游左右岸側(cè)墻蓋頂上，按自然地形分配，為獨(dú)立的4組，每組6孔。采用2臺灌漿機(jī)同時(shí)灌注，每臺泵控制3孔，按先上游后下游的順序進(jìn)行。當(dāng)灌漿壓力達(dá)到0.06～0.08MPa時(shí)，個(gè)別孔氣孔開始排氣，并拌有清水及大量氣泡排出，待空氣排盡溢冒水泥漿時(shí)再封閉氣孔增壓；這時(shí)壓力會迅速上升，由于壓蓋膠墊與混凝土面不是絕對密閉的，漿液會從壓蓋下冒出；待同一臺機(jī)控制的注漿孔全部冒漿時(shí)，應(yīng)關(guān)機(jī)持壓一段時(shí)間，讓孔內(nèi)漿液充分滲透延伸，一般持壓15min左右再繼續(xù)加壓，如此反復(fù)停頓，直至持壓后一開機(jī)壓蓋下立即冒液，便停止灌注。由于柴米閘砌體縫隙太大，孔距只有1m，孔間有通道，則采取2臺機(jī)輪換停頓持壓、加壓。

b.在壓漿過程中，要注意現(xiàn)場情況的變化。從4組注漿孔實(shí)灌情況來看，上游右岸一組周邊密封最好，除孔周略有冒漿外，側(cè)墻四周均未發(fā)現(xiàn)漏溢，尤其是19號孔，孔口一直不冒漿，采用單孔加壓至0.2MPa壓漿機(jī)反應(yīng)已經(jīng)不吸漿，隨即停止灌注。經(jīng)拆除密封測量孔口（15.0m高程）至液面距離均在10～20cm。核查灌入水泥24t；下游右岸灌注壓力0.1MPa，經(jīng)停頓持壓輪灌后停機(jī)，灌入水泥10t。經(jīng)檢查，扶垛以外墻面均已封閉，漿液經(jīng)混凝土面層后側(cè)石縫中竄過伸縮縫填料至二級墻面中溢出，并在扶垛內(nèi)外石縫滲出清水；上游左岸側(cè)墻的質(zhì)量最差，灌注時(shí)跑冒漿現(xiàn)象嚴(yán)重。灌注壓力達(dá)0.07 MPa時(shí)，有10多處冒出壓力漿，經(jīng)反復(fù)停頓加壓到=0.09 MPa時(shí)，因冒漿停機(jī)不再續(xù)灌，該組共耗水泥27.65t。拆除密封檢查液面高度，發(fā)現(xiàn)有3孔液面距側(cè)墻頂部分別為146cm、370cm和155cm，為此，決定這3孔不先封孔，待下游灌注時(shí)進(jìn)行復(fù)灌；下游左岸灌漿一開始，出現(xiàn)異常，注漿不久，壓力突然上升到0.25 MPa，并造成供漿軟管爆裂。隨即停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，上游側(cè)灌漿時(shí)，下游孔底已經(jīng)竄入大量水泥漿，并封堵了“花管”孔眼，漿液無法流通，是造成壓力增大的主要原因。隨將“花管”上移1m重新安裝灌注，壓力達(dá)到0.08MPa時(shí)因多處冒漿無法封堵、停機(jī)。經(jīng)檢查液面距側(cè)墻頂部最大135cm、最小70cm。

c.復(fù)灌。對上游左側(cè)復(fù)灌時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)，有一孔在蓋頂?shù)撞坑幸蝗^大空洞，伸縮縫后及封頂砌石底部漏漿均系從此處溢出。復(fù)灌漿液0.28m3時(shí)，壓力達(dá)0.06MPa，側(cè)墻蓋頂四周再次冒漿，說明注漿孔壁已經(jīng)被灰漿封閉，停機(jī)撤管。對下游側(cè)進(jìn)行補(bǔ)灌時(shí)，發(fā)現(xiàn)液面已經(jīng)普遍下降，有2孔邊灌邊耗，經(jīng)檢查在二級擋墻扶垛以北的蓋頂下存在一漏漿通道。2.3.5 安全監(jiān)視

對于建筑物的壓力灌漿，尚無可供借鑒的資料，在施工期間墻前無水，岸墻后用2臺機(jī)具同時(shí)施工，等于在墻后人為加載，有可能影響到建筑物的安全。在灌漿過程中，密切注意壓力變化，底板部位有專人監(jiān)視，岸翼墻分縫頂部騎縫劃線監(jiān)視水平位移，并側(cè)重注意分縫處勾縫砂漿。若產(chǎn)生位移或外傾時(shí)嵌縫砂漿應(yīng)首先開裂。通過監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)多處歷史施工及后續(xù)施工的缺陷，主要是施工縫未處理好而導(dǎo)致在壓力作用下滲水。

右岸邊墩及上游翼墻與底板交接處開灌4h后，壓力達(dá)到0.1MPa時(shí)開始局部滲水，以檢修門槽下游側(cè)內(nèi)角較為明顯，可見微流；在底板以上第二排翼墻混凝土貼面螺栓孔滲水，均為清水；胸墻底部與邊墩交接處有16處滲水，最大點(diǎn)沿閘門止水預(yù)埋鐵下滴水，滴速3滴/s，該處滲出的液體微黃，可能是緩凝劑染色所致，8h以后瞬間壓力曾高達(dá)0.2MPa，上游翼墻于分縫上游側(cè)12.16m高程處該次施工的鋼筋混凝土貼面施工縫滲水，長度約80cm。

左岸在灌漿過程中僅在上游翼墻根部及8.5m高程左右檢修門槽及上游側(cè)墩墻出現(xiàn)滲水，以門槽側(cè)面為重，其他部位均未見異常。

從滲水由下而上的時(shí)間順序來看。符合漿液填充的順序規(guī)律，“花管”高程在5.5～6.7m之間，灌漿壓力經(jīng)“花管”輸出，始灌初期因空隙較大，壓力不足以壓出滲水，待底部空隙逐步充滿漿液，在重力作用下，水泥開始沉淀，部分水分在墻后被土壤吸收，墻前則從薄弱的施工縫微小縫隙中滲出；隨著漿液從下向上充填，水分分別由下而上泌滲。

3 滲流通道分析與灌漿效果評價(jià)

3.1 漿砌石砌體本身具有一定的透水性

經(jīng)鉆孔冷卻水檢驗(yàn)，上游翼墻墻面石縫普遍漏水，幾乎涵蓋9.0m高程以下全部墻面（見圖4），說明漿砌石具有明顯的透水性。通過加壓灌漿發(fā)現(xiàn)，壓力漿液的充填孔道與冷卻水滲透通道基本一致，漿液填充可以起到截?cái)酀B流通道的目的。

圖4 9.0m高程以下墻面漏水情形

3.2 岸墻砌體與混凝土直墻不是絕對的整體

組合式岸墻與上下游側(cè)墻置于同一塊底板上，設(shè)計(jì)圖（無竣工圖）反映三者為一整體，但施工中對直墻與砌體間進(jìn)行分縫，從現(xiàn)場可見僅為兩層油氈，砌體與油氈面接觸無法填充砂漿，先天性留下一條滲水通道；在下游組灌漿前檢查發(fā)現(xiàn)右岸3孔底部有沉漿，漿厚10～20cm，左岸4孔有沉漿，且沉漿厚度在60～80cm，上下游孔間距離約17m，說明在岸墻龐大的砌體內(nèi)部存在較大的通道；從灌漿量情況來看，右岸上游耗水泥24t，下游10t；左岸上游灌水泥27.65t，下游12t，因?yàn)樯嫌蜗裙啵蟛糠挚紫兑驯凰酀{充填，而灌漿的目的，就是要求從上游截?cái)酀B流孔道。

3.3 對岸、翼墻伸縮縫止水的疑問

原設(shè)計(jì)采用屬于低分子材料的“油毛氈松香柏油卷”止水，壽命周期要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于混凝土，經(jīng)40余年老化，早已失去止水作用，伸縮縫便成為滲流的最短路徑，直接進(jìn)入砌體，從下游墻面縫隙中滲出。本次加固中對所有垂直止水均更新為膨脹橡膠止水，經(jīng)壓力灌漿考驗(yàn)，未見有漏滲。但是漿液還是經(jīng)膨脹止水后方竄入翼墻砌體，新止水與混凝土貼面共同起到封閉作用，加上灌漿處理，達(dá)到了外封內(nèi)堵的目的。

3.4 從16～18號孔復(fù)灌看灌漿效果。

左岸上游16～18號孔，灌后測量液面，發(fā)現(xiàn)均低于其他漿孔，尤其是17號孔，深達(dá)370cm，準(zhǔn)備第2日進(jìn)行復(fù)灌，復(fù)灌前液面進(jìn)一步下降；經(jīng)加壓至0.06MPa已不再吸漿，在理論上講孔壁空隙已被漿液堵塞，但從3孔液面變化可以作如下結(jié)論：

a.16號孔液面經(jīng)24h由146 cm下降到195 cm，漿液已經(jīng)硬化，因鉆孔距墻前土層僅50cm，在停灌后孔壁縫隙漿液尚未固化，水分經(jīng)孔隙滲出被土壤吸收，但硬化的漿液面已經(jīng)達(dá)到13.05m高程。

b.17號及18號孔漿液的固化面雖然有50cm差異，但水面高程均在11.2m左右，說明在這高程以下不再有空隙，在起管時(shí)注漿管上部近孔口段殘留漿液稠度較大，在垂直狀態(tài)下，幾近靜止，而愈往漿管下部，殘留漿液流動(dòng)性愈大，因此在壓灌過程中，砌體內(nèi)部壓力不是均勻分布的，管底壓力大于上部，漿液經(jīng)空隙流通，部分漿液在上部墻后大體積的孔隙中阻滯，有提前沉淀的可能。

4 幾點(diǎn)體會

a.漿砌石砌體灌漿第一關(guān)鍵是密封，只有在封閉的條件下，壓力才能上升，否則難以取得灌漿效果。灌漿前對砌體表面和伸縮縫已經(jīng)進(jìn)行封閉，但對于細(xì)部縫隙的處理還存在不少問題：?砌體與混凝土蓋頂之間存在著較大的縫隙；?上下游側(cè)墻間距17m，一級擋土墻全部（6.7m）及二級擋土墻至扶垛2m處外墻均已封閉，始未料及的漿液會經(jīng)封閉層內(nèi)部縫隙向二級墻蓋頂以下墻面外溢。

b.嚴(yán)格掌握壓力和漿液稠度：?壓力控制在0.15MPa以內(nèi)，瞬時(shí)增加可以到0.2MPa，有利于漿液充分延伸，但時(shí)間不宜太長，可以采取持壓（0.15MP以內(nèi)）輪灌等；?漿砌石砌體壓力灌注水泥凈漿，水泥摻量不宜太少，有利于較大孔隙的充填；?如需對砌體進(jìn)行復(fù)灌時(shí)，應(yīng)待已灌漿液強(qiáng)度達(dá)到5MPa以上時(shí)，重新布鉆新孔壓灌。

c.通過灌漿以后，岸、翼墻垂直伸縮縫已填滿漿液，伸縮縫有可能失去作用。不過柴米閘已經(jīng)建成40余年，沉降已經(jīng)穩(wěn)定。■