履帶式多排鉆孔機成孔低壓力充填式灌漿施工工法

(湖北華夏水利水電股份有限公司，湖北 荊州 434000)

1 前 言

近些年，江河堤防除險加固項目增多，主要是由于堤防經過多年的運行，堤身存在內部裂縫、蟻穴、枯朽的樹根等，在防洪擋水過程中，堤壩迎水側水位上漲，滲水通過堤身縫、蟻穴等強透水部位，滲透壓力損失小，滲流量增大，易形成滲漏通道，發生管涌、漏洞等險情。采用低壓力充填式錐探灌漿技術對堤防進行加固，可防止此類險情的發生。

低壓力充填式錐探灌漿采用打錐機錐孔，泥漿泵連接輸漿管壓漿。由于錐探灌漿處理的部位通常在迎水面堤坡及堤頂處，采用傳統的輪胎式錐孔機在堤身斜坡部位施工時，鉆機不易穩定安置。在鉆孔施工過程中，機械的振動會導致設備發生偏移或者鉆桿傾斜，成孔的孔斜率不能滿足設計要求。且傳統的錐孔機移動一次只能鉆一個孔，施工效益低，移機和固定需占用大量時間。通過荊江大堤除險加固項目和漢江堤防除險加固項目等多項工程的實踐，研制出一種實用的履帶式多排鉆孔機施工設備，成功解決了傳統輪胎式鉆孔設備在斜坡處施工不易固定、效益低、孔斜率無法保證等技術難題。經過兩年來在多項工程中的應用，取得了良好的社會和經濟效益。

2 工法特點及適用范圍

本工法施工使用的履帶式多排鉆孔設備，與普通的錐孔機械設備相比，具有以下優點：

a.多排同時成孔，施工效益高。設備移動固定一次后能同時鉆孔4個。與普通的錐孔機械設備移動固定一次只能鉆1個孔相比，成孔速度快、效益高，能縮短施工工期。

b.設備行走及固定方便。施工過程中設備沿著堤軸線方向在堤頂平坦道路行走，無需移動至堤身斜坡處，不受場地限制，避免了斜坡處輪胎式設備不易固定等難題。

c.成孔質量高。鉆孔的孔距按設計要求設置固定，且施工過程中不會因為機械振動造成鉆桿傾斜，有效地保證了成孔的孔距及孔斜率等質量標準。

d.鉆孔設備加工及改造簡單，制作時間較短，設備改造的成本低，非常經濟適用。

e.設備操作簡單，施工作業前只需對操作人員進行簡單的培訓和指導，便可以進行鉆孔施工。

本工法適用于各種存在鼠蟻洞穴、人為洞穴、暗溝虛縫、自然空洞等隱患的堤防壩體加固工程。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 施工準備

a.施工供水。制漿用水根據現場情況以“就近”原則，從工作面附近就近引水使用。

b.施工供電。施工過程用電設備及施工照明，可就近獲取電源，并設置移動配電箱，一般堤防工程施工線路較長，可采用移動式柴油發電機作為供電電源。

c.掛好安全警示牌，準備好消防設施，按施工人員配備工具、設備，做好勞動安全設施和交通安全工作。同時對參與施工的所有員工進行安全知識培訓，確保施工安全。

d.工程開工前，組織所有參加施工的技術人員學習領會設計意圖、處理方法及技術要求，并向施工人員詳細交底，使所有參加施工的人員掌握技術及質量控制重點、難點，確保施工質量。

3.2.2 布孔

堤身錐探灌漿孔呈梅花形分布，布孔的間排距取決于工程的重要程度、隱患性質等，一般每孔之間的間距和排距控制在1m。布孔形式見圖2、圖3。灌漿孔以原外堤肩為軸線進行布置，采用50m鋼卷尺沿外堤肩每隔1m進行放樣，斜坡上可采用GPS放樣。放樣要求孔位偏差不大于10cm。

圖2 梅花形布孔平面圖

圖3 布孔斷面圖

3.2.3 造孔

采用履帶式多排鉆孔機鉆孔，將鉆桿、錐頭、鉆機與操作平臺連接牢固。通過鉆機履帶行走和大臂伸縮將錐頭對準放樣標識的孔位處，檢查確認4根鉆桿連接的錐頭與放樣孔位點完全吻合后開始鉆孔施工，見圖4。鉆孔過程中保證鉆桿豎直，鉆孔的傾斜度不大于2%，孔位偏差不大于10cm，孔徑在25～35mm。鉆孔時應干鉆，不能加循環水，以免水分滲入土體，影響灌漿質量和泥漿的固結。造孔的深度控制在內堤腳高程以下1m。成孔后用木塞塞孔，以保護灌漿孔不至堵塞，經檢驗合格，立即進行灌漿。

圖4 履帶式多排鉆孔機鉆孔

3.2.4 漿液制備

a.泥漿土料。泥漿所用土料選用成漿較高、收縮率較小、穩定性較好的粉質黏土或重粉質壤土，施工前應取樣對灌漿土料進行顆粒分析試驗：其黏粒含量為20%～45%、粉粒含量為30%～70%、砂粒含量小于10%。在隱患嚴重或裂縫較寬、吸漿量大的部位可適當選用粉質壤土或少量砂壤土。

b.制漿。制漿采用LNA泥漿攪拌機。如灌漿量少時，也可采用人工制漿，但土料應先在泥漿池內浸泡數小時，攪拌成漿，通過過濾篩清除大顆粒和雜物，灌漿前再通過35孔/cm2的過濾篩。

泥漿的濃度及黏度分別采用比重計(或比重瓶)和黏度計測定，泥漿的濃度用容重和水土比(重量比)表示，一般容重控制在1.4～1.6g/m3，水土比控制在1∶0.8～1∶1.6。泥漿的黏度用秒表示，一般控制在21～100s。

3.2.5 灌漿

低壓充填式錐探灌漿宜采用BW250/50型泥漿泵壓漿，輸漿管選用長500m左右、直徑為2.5～3.0cm的高壓支管或者鋼管，輸漿管前端通過第一部分叉支管接出2～4支直徑為1.5cm左右的輸漿支管，輸漿支管通過二分叉支管分別接出6～8支直徑為1.0cm左右的小管，小管末端接配有閥門及壓力表裝置的灌漿管嘴，管嘴可采用薄鋼板加工成長0.7～1.0m、上口大下口小的管道。通過觀測泥漿泵上的總壓力表和灌漿管上的孔口壓力表，及時調整泥漿泵輸出壓力。并做好泥漿壓力記錄。孔口壓力應控制在0.06～0.08MPa，最大不超過0.1MPa。

灌漿時采用“先稀后稠、少灌多復”的方式，分序灌注。灌漿嘴插入錐孔深度不小于0.5m，灌漿先采用流動性較大的漿體灌注，然后逐漸增加漿體濃度。多排孔時先灌迎水側第一排，然后再灌背水側第一排，最后灌中間排孔。灌漿先對第一序孔進行灌漿，而后依次對第二序孔、第三序孔進行灌漿，詳見圖5。

圖5 分序灌漿示意

錐孔應當天錐、當天灌，防止孔眼擱置時間長，孔隙堵塞，影響灌漿效果。每孔灌漿時，必須一次連續灌滿。每孔每次平均灌漿量，以孔深計，每米孔深控制在0.5～1.0m3。

3.2.6 復灌及封孔

a.復灌。灌漿后，由于泥漿在土體的空隙中析水凝固，產生體積收縮，因此需要復灌。復灌次數一般為2～3次，復灌的時間間隔不少于5天，應等前次灌漿基本穩定后再復灌。復灌時采用濃度較大的泥漿，以吸漿量明顯降低，直至漿液在孔口不再吃漿不發生明顯沉陷為結束標準。具體復灌次數根據前次復灌的吃漿量確定。

b.封孔。灌漿孔灌漿幾分鐘或更長一段時間后，如表面冒漿或灌漿孔回漿，認為該孔本次灌漿結束。一般堤段再復灌2～3次，重點堤段3～4次，以下次不再進漿且孔口漿液面不再有較大的沉落作為終孔標準。

封孔可采用直徑2～3cm、含水量適中的黏土球分層回填搗實，也可采用灌注濃泥漿或含水量適中的制漿土料搗實，完成封孔。

3.2.7 灌漿中出現的問題及處理方法

a.串灌問題。即一孔灌漿，它孔冒漿的現象。如灌漿孔和串漿孔之間堤面無裂縫產生，可用木塞塞住串漿孔孔口，繼續灌漿，如灌漿孔和串漿孔之間堤面產生了裂縫，而裂縫不嚴重的，先夯實裂縫和用木塞塞住串漿孔繼續灌漿。

b.冒漿、溢漿問題。初始灌漿時堤身表面冒漿、溢漿，多因壩內縫隙小、灌漿量大、泥漿較濃或壓力偏大造成，可采取減少輸漿量、降低漿液濃度和壓力的辦法處理，也可暫停灌漿，待泥漿沉落后再繼續灌注。灌漿孔冒漿，一般是將錐桿與孔壁擠緊或將該縫糊死，也可用清水或稀漿沖孔后再行灌注。

c.堤身土塌陷或隆起問題。塌陷多由土體內的較大孔穴因灌入的泥漿析水引起土體濕陷所致。可改用濃漿繼續灌注，已形成塌坑的，可用黏性土料分層夯實回填。

表土隆起則應仔細分析隆起的原因，檢查泥漿濃度、壓力控制是否正常，如未發現堤身有大的裂縫或土體滑動面產生，可采用減小灌漿壓力、時灌時停的方法處理。隆起面積較大、問題嚴重的堤段應慎重對待，必要時應進行徹底翻筑。

d.裂縫問題。縱向裂縫(平行堤軸線方向)的產生多由灌漿壓力劈裂(亦稱水力劈裂)或施工質量不好造成，如果縫寬不大(一般小于8～10mm)且縫口又無相對沉陷的，可采用夯實裂縫、減小灌漿壓力、用“少灌多復”的辦法處理。如縫口較寬且有相對沉陷的，可能局部土體有活動面產生，則應沿裂縫范圍全面檢查，發現有滑動面的必須徹底翻筑。

橫向裂縫由地基不均勻沉降造成，此種裂縫貫穿內外，在臨水側除對裂縫進行部分翻筑再回填黏性土形成防滲隔層外，還要將裂縫全部封閉，然后在縫口布置灌漿孔進行灌漿處理。

4 效益分析

本工法通過對錐探灌漿錐孔設備的研制，采用履帶式多排鉆孔設備成孔，較之傳統的錐孔機械設備鉆孔工藝相比具有以下優勢：設備行走及固定方便，施工人員減少，設備操作簡單方便；成孔速度快、效益高，能縮短工期；成孔質量高，能有效控制孔位偏差及孔斜率；不受場地限制，可在堤身斜坡處等特殊場地施工。

4.1 經濟效益

采用履帶式多排鉆孔機成孔低壓力充填式灌漿工藝施工，可節約施工設備及人工的投入。通過湖北省漢江下游堤防除險加固一期工程2017年度第一批項目第七標段的運用，共計節約成本44萬元。

4.2 社會效益

本工法的成功應用不僅得到了業主、設計、監理單位的一致好評，也提高了企業的施工技術水平，縮短了工期，降低了成本，確保了度汛安全，具有顯著的社會效益。

5 結 語

多排鉆孔機成孔低壓力充填式灌漿積極采用“四新”工藝，提高機械化施工水平，提高生產效率，解決了堤防灌漿施工中，由于度汛需要、工期短、施工強度大而導致的成本升高問題。工程實踐證明該工法有較好的推廣價值，此工法已于2018年被評為水利行業工法(SDGF1014-2018)，可為類似工程施工提供參考。

編者按

為更規范地開展質量管理小組活動，弘揚精益求精的工匠精神，協助各參與單位在改進質量、保障安全、節能降耗、改善環境、提高素質、創新增效等方面取得明顯效果， 中國水利工程協會(以下簡稱“協會”)制定發布了《水利工程質量管理小組活動導則》(T00/CWEA2—2017)(以下簡稱《導則》)團體標準，編寫出版了《水利工程質量管理小組活動指南》(以下簡稱《指南》)。《導則》的發布和《指南》的出版，將對水利行業質量管理小組活動產生深遠影響。

為了更好地實施《導則》團體標準，本刊在“質量管理QC小組活動專題”欄目陸續刊載《導則》解讀文章，供讀者學習。

本期刊登解讀(十)。