充填灌漿在沉陷裂縫治理中的應(yīng)用

劉佩璽（濟寧市泗河管理處，山東 兗州 272100）

充填灌漿在沉陷裂縫治理中的應(yīng)用

劉佩璽
（濟寧市泗河管理處，山東 兗州 272100）

【摘要】結(jié)合泗河塌陷段堤防的實際情況，利用充填式灌漿這一傳統(tǒng)工藝對堤防裂縫進行了加固處理，根據(jù)泗河砂質(zhì)堤的現(xiàn)狀，采用水泥黏土灌漿，提高了堤防的整體穩(wěn)定性，形成了密實的防滲體，同時降低了工程造價，實現(xiàn)了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

【關(guān)鍵詞】泗河；河下采煤；沉陷裂縫；充填灌漿

泗河作為濟寧市最大的一條山洪河道，流經(jīng)7個縣（市、區(qū)），全長159km，流域面積2357km2，流域內(nèi)有鮑店、橫河、太平等14座煤礦，礦井產(chǎn)量占濟寧市煤炭產(chǎn)量的69%，煤炭生產(chǎn)對濟寧市經(jīng)濟發(fā)展起著舉足輕重的作用。

泗河下采煤自1993年開始，至今有20余年的時間，泗河下采煤共涉及鄒城、兗州、高新區(qū)、曲阜、任城等5個縣（市、區(qū)）8個煤礦40余個作業(yè)面，采煤造成河道及堤防下沉，河勢改變。據(jù)統(tǒng)計，泗河塌陷河堤影響長度共31.05km，其中右岸17.28km，左岸13.77km，對泗河河道的影響較大。治理的主要內(nèi)容包括堤防、灘地和外護堤地的治理修復(fù)以及裂縫處理，治理后河道斷面得到恢復(fù)，但大部分未進行綜合治理，未經(jīng)洪水考驗，為泗河的防洪安全帶來了較大隱患。

1　　采煤塌陷對堤防的影響分析

地下煤層開采后，由于沉陷的不均勻，在垂直堤防方向拉伸產(chǎn)生斷層，形成較大的貫通裂縫，最大裂縫寬度可達20cm以上。這些裂縫是由于河下局部煤炭開采后，在巖體內(nèi)部形成一個空間，其周圍原有的應(yīng)力平衡條件受到破壞，引起應(yīng)力的重新分布，直到達到新的平衡，這是一個復(fù)雜的物理力學(xué)變化過程，也是巖層與地表移動和破壞的過程。當(dāng)采空區(qū)面積擴大到一定范圍后，巖層移動就可能發(fā)展到地表，使地表產(chǎn)生位移和變形，導(dǎo)致上部地表產(chǎn)生裂縫。

如不及時處理，在洪水來臨時，可能沿裂縫產(chǎn)生集中滲流通道，形成管涌或流土險情，在短時間內(nèi)發(fā)生潰堤的風(fēng)險。

2　　充填式灌漿的適用性分析

對于地表形成的較大裂縫，一般采用開挖后重新回填壓實的方法處理。對埋深較大，寬度較小的裂縫，需要采用灌漿進行處理。

2.1充填式灌漿的特點

充填式灌漿是利用泥漿的自重注入壩體隱患處，以堵塞洞穴和裂縫，適用于處理性質(zhì)和范圍都已確定的局部隱患，主要用于處理碾壓不實、密實度較差的堤段，以及由于不均勻沉陷而產(chǎn)生的細小裂縫。為了使裂縫充填密實，避免微細裂縫充填不到，亦可減少灌漿壓力。由于充填灌漿壓力小，所以要求泥漿流動性好，充填能力強，泥漿的含砂量低（不超過10%），黏粒含量高，泥漿稀，比重小，為了彌補壓力的不足和泥漿的體縮率高，避免灌后壩體再重新出現(xiàn)裂縫，所需灌漿歷時長，復(fù)灌次數(shù)多。

充填灌漿的優(yōu)點是能較小地加寬已有裂縫，較少地劈開新裂縫，對原有堤體擾動小。缺點是由于壓力小或無壓力，在灌漿施工中壩體的應(yīng)變位能得不到充分釋放，同時由于灌漿壓力小，壩體的回彈量也小，所形成的漿體強度低，固結(jié)慢。

2.2適用性分析

泗河上游為山區(qū)丘陵，中游為山前平原，下游為濱湖洼地，作為一條古老河道，泗河內(nèi)河砂資源豐富，上游以中粗砂為主，中下游以粉細砂為主，決定了泗河堤防填筑材料多以砂性土為主，基本結(jié)構(gòu)為土包砂，堤身、堤基以及灘地以砂性土為主。

1）如果采用防滲墻或攪拌樁等剛性防滲體，一是造價比較高，二是與水庫大壩相比河道堤防斷面非常單薄，剛性防滲體將單薄的堤防人為地分成兩部分，易形成接觸沖刷，對堤防的整體穩(wěn)定性也不利。

2）采用充填式灌漿，只利用漿液自重，對原堤防的擾動較小，砂質(zhì)填筑材料可以更好地與漿液結(jié)合，形成密實完整的防滲體。該施工方法具有工藝簡單、工效高、投資少、加固整體性效果好等優(yōu)點。因而充填式灌漿更適用于泗河堤防塌陷裂縫的處理。

3　　工程實例

太平煤礦9603工作面開采后，影響堤防長度800m，最大沉陷0.9m，對該段堤防表層較大的裂縫采用開挖后重新回填，對深層較細的裂縫采用充填灌漿處理。

3.1對泥漿性質(zhì)的要求

在充填式灌漿中，土料的選擇和配制是很重要的一環(huán)，直接影響灌漿質(zhì)量的好壞。為了充填較細的裂縫，可在黏土漿液中摻加水玻璃或水泥，以提高泥漿的流動性和漿體強度。

1）土料選擇。漿液具有較好的析水性，固結(jié)后能夠滿足滲透性的要求。一般采用黏土或壤土含有一這成份的黏粒、粉粒、砂粒，既能制成漿液，又能析水固結(jié)，固結(jié)后的漿體滲透系數(shù)都可小于10－4cm/s。根據(jù)灌漿經(jīng)驗和工程現(xiàn)場實際情況，采用粉質(zhì)黏土或粉質(zhì)壤土，具體指標(biāo)如下：塑性指數(shù)＞17，黏料（料徑小于0.005mm）含量不小于40%～50%，粉料（粒徑0.005～0.05mm）含量不多于45%～50%，含砂量（0.05～0.25mm）不大于5%。

2）漿液性能的要求。堤體裂縫處理以泥漿為充填料，利用泥漿的黏度與靜切力加入足量的土料，形成黏度較低的濃漿。其指標(biāo)要求如下：漿液具有適宜的穩(wěn)定性，以免發(fā)生沉淀或離析而影響質(zhì)量。泥漿的控制指標(biāo)為：膠體率＞80%，穩(wěn)定性＜0.1g/cm3。漿液具有適宜的濃度和黏度，以便能順利地灌入裂縫。根據(jù)經(jīng)驗，對張縫寬＜5mm的，黏土漿的水土比宜用1∶0.8～1∶1，對縫寬＞5mm的，水土比宜用1∶1.5以上，具體需要通過現(xiàn)場試驗來確定最濃漿液的水土比。泥漿的黏度要求在滿足漿體均勻穩(wěn)定的條件下，力求降低，根據(jù)灌漿機具能力黏度要求小于60s即可。

漿液具有較好的失水性能，以便在裂縫中能較快地固結(jié)。漿液的穩(wěn)定性與析水性往往是矛盾的，不能過分的強調(diào)某一方面，要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整不同顆粒含量的成分，以達到漿液具有一定的穩(wěn)定性，而又有較大的失水性要求。根據(jù)失水量試驗，失水量指標(biāo)宜為20～60cm3/h，濃漿的指標(biāo)用小值，稀漿的指標(biāo)用大值。

3）水泥附加劑的摻加。在黏（壤）土泥漿中加入一定比例的水泥后，一般稱為水泥黏（壤）土混合漿，這種混合漿的特點是在開始時，其黏度較未加水泥前的泥漿黏度要小些，比重要大些，凝固時間要快些，固結(jié)后的強度要高些。水泥的摻量越多，混合漿液的凝固時間越快，漿體強度越高。

泗河堤防填筑材料多以砂性土為主，基本結(jié)構(gòu)為土包砂，堤身、堤基以及灘地以砂性土為主。為更好地與砂質(zhì)填筑材料結(jié)合，漿液使用水泥黏土（水泥∶黏土=1∶6.06）進行灌入。

3.2灌漿布置

灌漿孔沿大堤走向布設(shè)4排孔，呈梅花形布置，排距1.5m，孔距1.5m，采用二序孔施工。造孔、制漿、灌漿、封孔等均按土壩壩體灌漿規(guī)范執(zhí)行。

工程實施后，漿液與砂質(zhì)填筑材料結(jié)合良好，堵塞了裂縫，特別是摻加水泥后，與砂質(zhì)堤體形成了強度較高的防滲體，達到了工程的預(yù)期效果。

4　結(jié)語

充填式灌漿作為處理土壩壩體防滲的傳統(tǒng)工藝，在水利工程中應(yīng)用越來越少，逐步被許多更為先進的新工藝所代替。結(jié)合泗河采煤塌陷工程的實際情況，利用充填灌漿工藝，取得了較好的治理效果和經(jīng)濟效益，這種方法和思路值得推廣和借鑒。

（責(zé)任編輯崔春梅）

【中圖分類號】TV543

【文獻標(biāo)識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-04-0033-02

收稿日期：2015-01-21

作者簡介：劉佩璽（1978—），男，工程師