水泥粘土漿灌漿技術在渠道采空區地質處理中的應用

劉國棟

（中國水利水電第二工程局有限公司，北京 100120）

南水北調鶴壁段第Ⅰ標段人工采空區分布于樁號Ⅳ148+850—Ⅳ154+000段，該段發現人工掏砂豎井口60余處，人工采空區洞徑一般為1.5～2.0 m，局部達4 m，砂洞長度可達百余米，人工采空區延伸方向多為西北東南向，且分布有支洞。

經過調查采空區為2000年左右當地村民掏砂形成，采空區埋深及直徑與砂層分布有關，采空區走向一般沿砂層分布方向延伸、規律不明顯，人為因數較強；為保證渠道的正常施工及后續運行安全主工程質量，在采空區灌漿處理正式施工前，進行采空區水泥粘土漿灌漿試驗，通過試驗的成果來指導采空區全段灌漿施工。

1 灌漿施工

1.1 材料要求

1）水泥：考慮到采空區及含砂層的可灌性和回填體的密實性，選用細度為通過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 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度及流體性能。

4）水：地下水，水質符合水工混凝土拌制的要求。

1.2 漿液配合比設計及試驗

1.2.1 漿液配合比設計

施工前水泥∶粘土∶水的不同比例組合設計出了5種配合比，水泥粘土漿參考配合比見表1。

表1 水泥粘土漿參考配合比

1.2.2 灌漿試驗

采空區水泥粘土漿灌漿施工在已開挖到位的武莊溝倒虹吸已探明的采空區武0-024—武0+128段進行，分成A，B，C，D，E等5個單元區域。為確保工程施工質量，結合現場實際情況，決定在A單元和D單元進行灌漿試驗，以確定滿足工程施工的最優配合比方案。

A單元和D單元灌漿結束28 d后，采用開挖檢查法檢查灌漿固結情況，同時對結石體取樣進行室內抗壓強度檢測。試驗結果見表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，開挖后發現漿材與采空區洞壁結合良好，無脫空現象，現場取漿材結石體，經對結石體抗壓強度檢測，28 d抗壓強度值為0.47 MPa，不滿足設計漿液結石體強度要達到1～2 MPa的要求。

2）D單元采空區灌注漿材配合比為1∶2∶3，固化劑摻量為10%，水泥含量33%，漿液可灌性較好，開挖發現漿材與采空區洞體結合良好，無脫空情況，現場取漿材結石體，于工地試驗室進行結石體抗壓強度檢測，28 d抗壓強度值為1.3～1.6 MPa，滿足設計漿液結石體強度為1～2 MPa的要求。

表2 水泥粘土漿取樣試塊抗壓強度檢測值

經灌漿試驗和對試驗數據分析及現場結合體完整情況檢查，確定出適合該工程的最優施工配合比，用于全段工程灌漿處理施工。具體配合比參數見表3。

表3 采空區水泥粘土漿灌漿及灌漿探查最優施工配合比

1.3 主要施工方法

根據試驗確定的最優配合比，對A，B，C，D，E共5個單元進行全段灌漿處理施工。除E單元跨距為24 m外，其它4個單元跨距均為32 m，灌漿孔分兩序進行，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序孔之間進行Ⅱ序孔施工，以確保采空區充填密實。

1.3.1 施工工藝流程

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

1.3.2 施工步驟

1）測量定位。沿采空區走向中心線位置進行Ⅰ序孔布設，孔距按8 m進行控制，Ⅰ序孔施工完成后；在揭露有采空區部位或灌漿量大的部位再布設Ⅱ序孔，孔距按4 m進行控制，布設于兩個Ⅰ序孔之間。

2）鉆孔。采用HGY-100Q液壓潛孔鉆機跟管鉆進，孔徑不小于110 mm，采空區處理鉆孔深度以洞底高程為界，直接貫穿整個采空區；不能鉆到采空區的，按照地質資料，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，立即進行PVC灌漿管的下管安裝，安裝過程中，注意土料等雜物掉入其中，注漿管口要求高出地面100～200 mm并進行土工布封口保護。

4）注漿采用JZ-400水泥制漿機和NTJ-I型泥漿制漿機組合制漿，低速攪拌機儲漿后輸往。注漿點。注漿施工時，灌漿壓力不小于0.5 MPa，采用分序注漿方式，先灌注鉆到采空區的鉆孔，再灌注沒有鉆到采空區的鉆孔；注漿時先兩端后中部，多層采空區時先下層后上層，灌漿生產性試驗采用自下而上，靜壓注漿法施工。

注漿結束標準為：已探明采空區灌漿在規定壓力下，當注入率小于10 L/min時，繼續10 min后結束灌漿，或地面冒漿但不回落時結束灌漿。

鉆孔未探明的采空區灌漿在規定壓力下，當注入率小于10 L/min時，繼續10 min后結束灌漿。

5）壓力灌漿封孔。鉆孔注漿完畢后，采用較高強度的漿液將鉆孔時擾動的部位進行壓密、注漿封孔處理。

2 數據分析

灌漿處理施工分5個施工單元，Ⅰ序孔共施工鉆孔76個，其中16個孔鉆到采空區，占I序孔孔數的21%，I序孔灌漿時，發現有9個沒鉆到采空區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）的疑似采空區的鉆孔，即以疑似采空區鉆孔和已經鉆到采空區的鉆孔為中心，在其周圍按1～4 m間距“十”字型布孔，進一步探明該部位采空區的具體走向和大致輪廓，共在I序孔灌入量較大的9個鉆孔周邊布孔，其中探測到采空區的有7個，占77.8%，Ⅱ序孔共施工鉆孔208個；具體采空區分布情況見表4，采空區灌漿工程量見表5。

表4 武莊溝底板采空區分布情況表

根據現場試驗確定的最優配合比進行全段灌漿施工，經過現場局部開挖檢查，灌漿密實度和灌漿結石體強度均滿足設計要求，灌漿處理效果好，達到了預期目的。

3 結語

1）通過試驗施工確定滿足現場地質條件的最優施工配合比，是保證工程施工質量和地質缺陷處理的先決條件。通過現場開挖檢查灌漿效果及漿材結石體抗壓強度檢測結果表明，采空區水泥粘土漿灌漿施工工藝滿足南水北調工程及設計技術要求。

表5 采空區灌漿工程量

2）采用水泥粘土漿進行采空區灌漿處理施工工藝，其具有安全可靠、操作簡單、方便的有效辦法，其結石率高、收縮率小、處理效果好。灌漿材料與采空區洞壁結合良好并能充填密實，無脫空現象，有效提高采空區基礎的力學強度和承載力。

3）水泥粘土漿可就地取材，塑性強度及結石率很高，與水泥漿相比更具有節約成本，降低工程成本的優勢，值得在類似處理不良地質條件工程中廣泛應用。

[1]河南省水利勘測設計研究有限公司.南水北調中線一期工程總干渠施工階段鶴壁Ⅰ標采空區處理設計變更報告[R].