南水北調邯邢段高填方渠段錐探灌漿試驗施工

武孟元

(河北省水利工程局，河北石家莊 050021)

南水北調邯邢段高填方渠段錐探灌漿試驗施工

武孟元

(河北省水利工程局，河北石家莊 050021)

錐探灌漿施工首先用造孔機具鉆孔，然后在鉆孔內進行微壓灌漿，對土質壩體、堤防防滲加固具有良好的效果。本文從灌漿材料、機具的選擇、施工方法和質量檢查等多個方面詳細闡述了錐探灌漿試驗的整個過程，為類似工程施工提供了一定的借鑒經驗。

高填方渠道;錐探灌漿;試驗;施工;南水北調

1 工程概況

1.1 工程簡介

南水北調中線一期工程為自流式輸水工程。由于沿線地形起伏較大，總干渠許多渠段為高填方渠道。高填方渠道內設計水位遠高于周圍地面，一旦失事，大量渠水會宣泄而出，勢必對附近的人民生命和財產安全造成重大損失。為了預防高填方渠道發生失事破壞，根據南水北調中線一期工程總干渠邯邢段高填方渠段渠道堤身回填土的特性，需采用錐探灌漿施工措施，對渠道樁號61+167.616～61+963、62+313～62+983、64+147～65+022、65+455～66+003、66+894～69+ 913、74+692～74+820渠道堤身進行加強處理。

1.2 地質情況

1.2.1 渠道堤身回填土特性

渠道堤身一般為回填土。回填土料指標為:?黏粒含量10%～30%，塑性指數7～20，且不含有植物根莖、磚瓦垃圾等雜物;?有機質含量(按質量計)不大于5%;?水溶鹽含量(按質量計)不大于3%;?滲透

系數不大于1×10－4cm/s;?有較好的塑性和滲透穩定性;?填筑土料的含水量控制在最優含水率附近，其上、下限偏離最優含水率不超過-3%～+3%;?填筑土料來源為選定土料場土料或開挖可用土料;?渠基為黃土狀壤土;?回填土壓實度不小于0.98。

1.2.2 素土擠密樁處理渠段

樁號74+692～74+820渠段屬于Ⅰ(輕微)～Ⅱ(中等)級濕陷性地段，灌漿試驗前已采用素土擠密樁對渠堤內外坡腳地面以上3m高區域至堤身外坡腳外側5m范圍的渠基進行了處理。

2 灌漿試驗目的和依據

2.1 試驗目的

a.確定最佳施工參數(泥漿比重、泥漿黏度、最優孔口灌漿壓力)。b.確定適宜的造孔及灌漿機具，有效地指導施工。c.確定合理的灌漿孔排距和孔距，從而完善優化設計。

2.2 試驗依據

a.《南水北調中線一期工程總干渠河北省邯邢段主體工程施工技術要求》(河北省水利水電第二勘測設計研究院)(2010年4月)。

b.《關于調整筑堤土料指標的通知》［設字(2010-0-1)］。

c.《關于“SG3標74+245～75+905段渠道濕陷性黃土進行地基處理”的通知》［設字(2012-0-1)］。

d.《關于南水北調中線一期工程高填方渠段加強安全措施專題設計技術方案的批復》［中線局技(2013)17號］。

e.《南水北調中線一期工程總干渠邯邢段高填方渠段錐探灌漿試驗大綱》(河北省水利水電第二勘測設計研究院)(2013年7月)。

f.《渠道灌漿加固段試驗方案》。

3 試驗場地和試驗孔布置

3.1 試驗場地布置

依據高填方渠道安全加強措施中錐探灌漿渠段的分布和范圍，選取代表性填筑土料的渠段進行錐探灌漿試驗。根據工程施工現場的實際情況，本次將試驗場地布置在樁號74+728～74+820處。

3.2 試驗孔布置

試驗孔分三種方案進行布置，分三個灌漿區域進行試驗。每個試驗區域布置三排灌漿孔，中間排灌漿孔中心軸線為渠道堤頂中心線，迎水側、背水側各布置1排灌漿孔，排距分別為1.3m、1.4m、1.4m。沿大堤方向每排布置20個灌漿孔，孔距分別為1.3m、1.5m、1.8m。按梅花形布孔，灌漿試驗孔平面布置見圖1～圖3。

圖1 灌漿試驗孔平面布置(間距1.8m)

圖2 灌漿試驗孔平面布置(間距1.5m)

圖3 灌漿試驗孔平面布置(間距1.3m)

4 試驗材料

4.1 黏性土

選用成漿率較高、體縮率較小、穩定性較好的黏性土。灌漿土料物理力學性能指標見表1。

表1 灌漿土料物理力學性能指標

4.2 水

灌漿用水為不含雜質的淡水，水的質量滿足《水工混凝土施工規范》(DL/T 5144—2001)有關條款的規定。

4.3 泥漿漿液

泥漿漿液的物理力學性能指標見表2。

表2 泥漿漿液的物理力學性能指標

5 灌漿試驗設備選擇

本次錐探灌漿試驗選擇的主要施工設備和儀器見表3。

表3 主要施工設備和儀器

6 灌漿試驗施工

6.1 施工工藝

測量布孔→造孔→下設灌漿管→制漿→灌漿→封孔。

6.2 測量布孔

從附近測量控制點引測灌漿試驗孔測量控制點，確定灌漿試驗孔的孔口高程和位置。

6.3 造孔

a.采用液壓錐探機、地質鉆機、潛孔鉆三種設備造孔，干法成孔，成孔孔徑分別為32mm、32mm、90mm，孔深為堤頂以下10m。

b.造孔保證鉛直，用水平尺控制機臺平整度，鉆孔偏斜度不大于2%。孔位偏差不大于5cm。

c.所有試驗孔進行統一編號，孔深、孔序按設計圖紙、文件或監理單位指示執行。

d.做好鉆孔施工的各項記錄。

6.4 下設灌漿管

在鉆孔中下入直徑比鉆孔孔徑略小的灌漿管，下管深度為距離堤頂2m處，灌漿管與鉆孔孔壁在距堤頂1.5m處用泥漿密封。

6.5 制漿

a.制漿采用WJG80型攪拌機，攪拌成漿后先篩除大粒徑雜物，灌漿前再通過36孔/cm2篩網過濾。

b.灌漿過程中每1h用泥漿比重計檢測一次漿液比重;每隔1h采用1006型漏斗黏度計測定一次漿液黏度。

6.6 灌漿

6.6.1 灌漿壓力的確定

在大油村北橋上游右岸馬道改移位置進行鉆孔灌漿試驗。鉆孔位于馬道改移中間位置，間距1.5m，孔深8m。當灌漿壓力達到0.04MPa時，馬道改移部分的填筑體出現劈裂現象，漿液在灌漿孔附近2m處路面冒出。因此確定灌漿試驗時，控制堤身灌漿壓力不大于0.03MPa。

6.6.2 灌漿順序

先灌中間排，再灌迎水面的上游排，后灌背水面的下游排。每排灌漿孔分二序施工，一序孔灌漿結束后再施工二序孔。

6.6.3 灌漿方法

a.采用純壓式灌漿方法連接灌漿管路，進行灌漿。

b.泥漿從泥漿泵出口經高壓膠管輸送，在輸漿管上設回漿管。觀測泥漿泵上的總壓力表和灌漿管上的孔口壓力表，根據灌漿試驗孔孔口壓力，及時調整泥漿泵輸出壓力。

6.6.4 堤身灌漿

在樁號74+780～74+810之間隨機鉆設兩個4m深的灌漿試驗孔，進行灌漿試驗。試驗結果為兩個試驗孔均不吃漿。

6.7 灌漿結束標準及封孔

a.當漿液升至孔口，連續三次復灌不吃漿即可終止灌漿，其中三次復灌間隔時間不小于24h。

b.灌漿完畢，應及時進行封孔。封孔方法為:將灌漿管拔出，向孔內注滿密度大于1.5g/cm3的稠漿。如果漿液面下降，則應繼續灌注稠漿，直至漿液升至孔口不再下降為止。

6.8 灌漿觀測

為了保證高填方渠段堤身的安全和灌漿質量，灌漿施工過程中設專職人員負責觀測工作，全面控制灌漿質量，及時發現問題并加以解決。

a.堤身變形觀測。橫向位移樁沿堤身軸線方向每隔10～20m設一組，在渠道堤頂的內外側各設一組;豎向位移樁與橫向位移樁相結合進行布設。橫向位移樁和豎向位移樁同時進行觀測，灌漿施工前觀測2次，灌漿施工過程中每天觀測2次。

b.灌漿壓力觀測。在灌漿管的上端安裝壓力表，灌漿過程中及時觀測灌漿壓力的變化，并注意記錄瞬時最大灌漿壓力，控制灌漿壓力不大于0.03MPa。

c.總干渠襯砌面板觀測。在灌漿施工過程中，利用提前在襯砌面板上標定的觀測點對總干渠襯砌面板的變形等異常情況進行觀測。

d.冒漿觀測。在灌漿施工過程中設專人不間斷地巡視堤頂、堤坡。若發現冒漿現象則及時進行處理，并進行詳細的記錄和描述。

7 特殊情況處理

一序孔灌漿時，若發生相鄰孔串漿的形象，通過觀測、分析，如確認對渠道堤身安全無影響，灌漿孔和串漿孔可同時進行灌注;如不宜同時進行灌注，用木塞堵住串漿孔，然后對灌漿孔繼續灌漿直至結束。串漿孔必須重新進行掃孔和灌漿。

8 質量檢查的方法和成果

8.1 質量檢查的方法

采用檢查孔注水試驗法測定地層灌漿前后的滲透系數。在每個試驗區域布置三個檢查孔。注水采用常水頭方式，試驗水位與孔口齊平。注入流量的穩定標準為:在保持水頭不變的情況下，開始每5min測讀一

次注入流量，連續測讀4次;以后每10min測讀一次并至少連續測讀4次，當連續2次測得的注入量之差不大于最后一次注入量的10%時，流量觀測即可結束。取最后一次注入流量作為計算值。

此次需進行錐探灌漿的高填方渠段的灌漿孔底部均位于地下水位以上，并且試驗水頭小于試段長度，因此滲透系數K值采用下式計算:

式中 Q——注入穩定流量，L/min;

L——試段長度，cm;

r——鉆孔半徑，cm;

H——試驗水頭，等于試驗水位至試段中點的高度，cm。

8.2 試驗成果

a.潛孔鉆機很難用高壓風將含水量較高的土吹至孔外，因此在土體含水量較高時不宜成孔。地質鉆機雖然能夠解決潛孔鉆機的這一缺點，但是成孔速度慢、效率低、成本高。液壓錐探機可以有效地避免以上兩種鉆機的缺點，成孔速度快、效率高、成本低，又可以很好地保證造孔質量。

b.當灌漿壓力達到0.04MPa時，填筑體出現劈裂現象，漿液在灌漿孔附近2m處冒出。

c.灌漿壓力控制在不大于0.03MPa時，既沒有劈裂、冒漿現象的發生，也未發生渠道堤身橫向、豎向位移和總干渠襯砌面板變形等現象。

d.孔深小于渠道堤身填筑高度的灌漿孔不吃漿，孔深為深入原基面以下3m的灌漿孔吃漿。說明原地基吃漿，可灌性較好。

e.本次灌漿試驗三個試驗區域灌漿前后滲透系數見表4。

表4 三個試驗區域灌漿前后滲透系數

由表4可以看出:通過錐探灌漿處理后的地層，其滲透系數明顯提高了很多，地層的抗滲透性能得到了很大的加強。

9 灌漿試驗結論

通過三個試驗區域錐探灌漿試驗可以得出如下結論:

a.灌漿材料:錐探灌漿試驗所選用的黏性土土料和泥漿性能是合理的。

b.施工設備:造孔設備建議采用液壓錐探機。其他灌漿設備和機具是合理的，能夠滿足工程施工需要。

c.施工工藝:錐探灌漿試驗的施工工藝、灌漿順序、灌漿方法是可行的。

d.灌漿孔布置:灌漿孔應布置三排，中間排灌漿孔中心軸線為渠道堤頂中心線，迎水側、背水側各布置1排灌漿孔，排距可為1.3m或1.4m，孔距可為1.5m，按梅花形布置。

e.鉆孔深度:鉆孔深度宜伸入原基面以下3m。f.灌漿壓力:灌漿壓力不大于0.03MPa。

g.采用錐探灌漿的施工措施加固高填方渠段是可行的，并且是很有必要的，灌漿處理后地層的滲透系數K值可以達到10－5cm/s。

［1］DL/T 5238—2010土壩灌漿技術規范［S］．北京:中國電力出版社，2010．

［2］SL 60—94土石壩安全監測技術規范［S］．北京:中國水利水電出版社，1995．

［3］SL 260—98堤防工程施工規范［S］．北京:中國水利水電出版社，1970．

［4］SL 239—1999堤防工程施工質量評定與驗收規程［S］．北京:北京教育出版社，2005．

［5］SL 237—1999土工試驗規程［S］．北京:中國水利水電出版社，1999．

［6］SL 345—2007水利水電工程注水試驗規程［S］．北京:中國水利水電出版社，2008．

Construction of cone penetration grouting test in Hanxing high filling canal of South-to-North Water Diversion Project

WU Mengyuan
(Hebei Water Conservancy Bureau，Shijiazhuang 050021，China)

Cone penetration grouting construction is shown as follows:firstly，holes are drilled with hole making machine，and then micro pressure grouting is implemented in the holes，and the construction has excellent effect on soil dam，embankment anti-seepage reinforcement．In the paper，the whole process of cone penetration grouting test is described in detail from many aspects of grouting materials，machinery selection，construction method，quality inspection，etc.，thereby providing certain reference experience for similar project construction．

high filling canal;cone penetration grouting;test;construction;South-to-North Water Diversion Project

TV543+.15

B

1005-4774(2015)06-0010-05