錐探灌漿在堤防加固工程中的應(yīng)用實(shí)踐探討

張文擴(kuò)

一、工程概況

洪汝河流域北毗沙潁河，南臨淮河干流，西接長(zhǎng)江流域唐白河水系，發(fā)源于河南省伏牛山區(qū)，是淮河北岸跨豫、皖兩省的主要骨干排水河道。大洪河下游河道中段是洪汝河下游大洪河河道的一部分，位于阜南境內(nèi)。現(xiàn)有堤防堤身主要由低液限粘土夾低液限粉土組成，堤防填筑土干密度均值為1.47～1.57g/cm3。由于部分堤段土料混雜、填筑均勻性差、碾壓不實(shí)及存有動(dòng)物洞穴、清基不徹底等原因，堤身滲透系數(shù)較大，局部堤段汛期堤后曾出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，需對(duì)其采取灌漿等加固處理措施。根據(jù)設(shè)計(jì)文件采用充填灌漿防滲加固處理方案，灌漿孔的孔距為1.7m，灌漿孔沿堤線方向呈梅花形布置4排，排距為1.5m，孔深5.6～6m，孔徑一般為30～50mm，制漿土料用粉質(zhì)粘土或重粉質(zhì)壤土，孔底高程按入堤基0.5m。

二、灌漿試驗(yàn)

試驗(yàn)的目的是通過灌漿試驗(yàn)驗(yàn)證和調(diào)整灌漿參數(shù)：檢驗(yàn)灌漿的土料和漿液的性能，確定灌漿壓力，確定每米孔深每次灌漿量，確定復(fù)灌次數(shù)和復(fù)灌間隔時(shí)間等參數(shù)，進(jìn)一步完善和熟練灌漿施工工藝，從而為堤防全面灌漿施工提供合理的依據(jù)。

1.灌漿土料

灌漿土料選用成漿率較高、體縮率較小、穩(wěn)定性較好的粘土或粉土。土料試驗(yàn)包括顆粒分析、有機(jī)質(zhì)含量、可溶鹽含量等。其性能指標(biāo)：塑性指數(shù)10～25，粘粒含量20%～45%，粉粒含量40%～70%，砂粒含量小于10%，有機(jī)質(zhì)含量小于2%，可溶鹽含量小于8%。

灌漿漿液試驗(yàn)內(nèi)容包括：密度、粘度、穩(wěn)定性、膠體率及失水量等。漿液物理力學(xué)性能：密度1.3～1.6t/m3，粘度（S）30～100，穩(wěn)定性小于0.1g/cm3，膠體率大于80%，失水量10～30mL/30min。

灌漿施工前，對(duì)灌漿所用的土料和漿液進(jìn)行試驗(yàn)，土料性能指標(biāo)和漿液物理力學(xué)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，料場(chǎng)的土料能滿足灌漿的要求，可以作為灌漿料源。

2.生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和施工安排，灌漿施工前，選擇代表性的堤段進(jìn)行生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)。試驗(yàn)孔為12孔，分為二組，每組各6孔，按設(shè)計(jì)的孔距3.4m(一序孔)、孔深6m鉆孔。灌漿采用全孔一次灌漿法，漿液密度在1.30～1.5g/cm3之間,按兩次灌漿間隔時(shí)間5天和間隔3天的兩種方案進(jìn)行試驗(yàn)。灌漿試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

通過灌漿試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，隨著灌漿次數(shù)的增加，堤身吃漿量逐漸減少。初灌時(shí)間為40～42min，一復(fù)為12～13min，二復(fù)為2～3min，三復(fù)不到1min。復(fù)灌間隔時(shí)間5天平均純灌時(shí)間為57.6min，每米灌漿量為0.317m3；復(fù)灌間隔時(shí)間3天平均純灌時(shí)間為56.4min，每米灌漿量為0.31m3，兩種方案的吃漿量變化不大。

根據(jù)工程施工處于春季，大堤干燥、堤身含水率較低，以及大堤土質(zhì)等情況綜合分析確定灌漿參數(shù)如下：兩次灌漿間隔時(shí)間不少于3天，灌漿次數(shù)3～4次，灌漿壓力控制40～50kPa，漿液密度在1.3～1.5g/cm3之間，正常灌漿時(shí)在1.45g/cm3左右,用密度大于1.5g/cm3的濃漿封孔。

三、灌漿施工

1.布孔

布孔以堤軸線為基準(zhǔn)，按設(shè)計(jì)的孔距、排距布孔，孔位呈梅花型布置。排距1.5m，孔距1.7m，先疏后密分二序布孔。

表1 灌漿試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

2.鉆孔

鉆孔按設(shè)計(jì)序次，分序進(jìn)行，分二序作業(yè)。一序孔孔距3.4m，二序孔孔距為1.7m。采用干法造孔，不得用清水循環(huán)鉆孔。鉆孔孔位偏差不大于10cm，鉆孔偏斜率不大于2%，孔徑為40mm，孔深按設(shè)計(jì)要求，深度超過隱患深度不小于1m。造孔時(shí)詳細(xì)記錄造孔的過程，做好鉆孔記錄。待第一序孔灌漿完成后，再進(jìn)行第二序孔的造孔。

3.制漿

采用專用機(jī)械WJ80型聯(lián)合攪拌機(jī)制漿。根據(jù)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)確定泥漿容重1.3～1.5g/cm3和“先稀后濃”的用漿要求，將水、土料按試驗(yàn)確定的比例勻速添加，攪拌應(yīng)均勻, 控制漿液指標(biāo)和泥漿比重在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。成漿后第一次過濾篩清除大顆粒和雜物，灌漿前通過36孔/cm2過濾篩過濾。儲(chǔ)漿筒設(shè)自動(dòng)攪拌裝置，應(yīng)確保漿液無沉淀，保障漿液連續(xù)均勻供應(yīng)。漿液各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求控制，灌漿過程中漿液密度每小時(shí)檢測(cè)一次，并作記錄。漿液的穩(wěn)定性和膠體率每10天檢測(cè)一次，如漿料發(fā)生變化，應(yīng)隨時(shí)加測(cè)。

4.灌漿

采用孔底注漿，全孔一次灌漿法。灌漿施工按分序加密的原則進(jìn)行，分二序施工，先灌迎水側(cè)排孔，再灌背水側(cè)排孔，最后灌中間排孔。采用“先稀后濃”“少灌多復(fù)”的方法，灌漿開始先用稀漿（密度1.3g/cm3），后用濃漿（密度1.45g/cm3）進(jìn)行灌注，根據(jù)灌漿過程的需要隨時(shí)調(diào)整漿液比重，并作好詳細(xì)記錄。每孔每次最大灌漿量應(yīng)按設(shè)計(jì)要求控制，灌漿時(shí)必須一次灌滿，每孔灌漿次數(shù)3～4次，兩次灌漿間隔時(shí)間不少于3天，灌漿時(shí)孔口壓力控制在40～50kPa左右。灌漿量采用泥漿泵流量表進(jìn)行控制，每孔每米每次吃漿可為0.3m3/m左右，若已有洞穴很大，可適當(dāng)增加灌漿量和提高漿液稠度。每孔灌漿時(shí)間、壓力、漿液密度、每孔每次吃漿量及總灌漿量要準(zhǔn)確記錄。錐孔應(yīng)當(dāng)天錐、當(dāng)天灌，防止孔眼擱置時(shí)間長(zhǎng)，孔隙堵塞，影響灌漿效果。

5.終灌標(biāo)準(zhǔn)及封孔

當(dāng)漿液升至孔口，經(jīng)連續(xù)復(fù)灌3次不再吃漿時(shí)，或達(dá)到設(shè)計(jì)壓力不吃漿，即可終止灌漿。每孔灌完后待孔周圍泥漿不再流動(dòng)時(shí)，向孔內(nèi)注入密度大于1.5g/cm3的濃漿封孔或用含水量適中的粘土搗實(shí)。

6.特殊情況處理

裂縫處理。當(dāng)?shù)添斆嫔铣霈F(xiàn)縱向裂縫時(shí)，要分析原因；如果是濕陷縫，可以繼續(xù)灌漿；出現(xiàn)劈裂縫時(shí)應(yīng)停止灌漿，待裂縫閉合后再灌，當(dāng)出現(xiàn)橫向裂縫時(shí)立即停灌。如果裂縫深度較淺，可在開縫部位開挖，用粘土分層回填夯實(shí)后繼續(xù)灌漿；如果裂縫較深，可用稠漿灌注裂縫。

冒漿處理。堤頂和堤坡冒漿，應(yīng)立即停灌，挖開冒漿出口，用粘性土料回填夯實(shí)。對(duì)洞穴冒漿，可先在冒漿口壓砂堵塞洞口，再繼續(xù)灌漿。

串漿處理。相鄰孔串漿，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)、分析，確認(rèn)對(duì)土堤安全無影響后，灌漿孔和串漿孔可同時(shí)灌注；如不宜同時(shí)灌注，可用木塞堵住串漿孔，然后繼續(xù)灌漿。

塌坑處理。挖除塌坑部位的泥漿和稀泥，回填粘性土料,分層夯實(shí)。

四、灌漿質(zhì)量檢查和效果

灌漿工程是隱蔽施工生產(chǎn)的過程，做好施工全過程質(zhì)量控制和檢查，是保證灌漿施工質(zhì)量最好方法。灌漿效果要通過分析灌漿過程資料和施工監(jiān)測(cè)成果，灌漿后堤身內(nèi)部隱患是否消除，堤身密實(shí)性是否改善，滲流量是否減少，防滲能力是否提高等情況綜合判斷堤身灌漿質(zhì)量。堤身灌漿質(zhì)量檢查方法以分析灌漿過程資料（孔位、孔深，灌漿漿液性能，灌漿過程控制情況，灌漿結(jié)束條件等）和灌漿量的變化，結(jié)合開挖鉆探取樣、注水試驗(yàn)、物探、洪水檢驗(yàn)等方法，檢查灌漿前后堤身質(zhì)量的變化，綜合評(píng)價(jià)灌漿的效果。

1.灌漿的變化

通過灌漿過程資料統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，一序孔平均每米灌漿量：初灌0.22 m3,一復(fù)0.07 m3減少約為初灌1/3, 二復(fù)0.02 m3減少約為一復(fù)1/3，表明隨著復(fù)灌次數(shù)增加吃漿量逐漸減少。一序孔平均每米灌漿量0.31m3，二序孔平均每米灌漿量0.06m3，灌入量二序孔注漿量比一序孔注漿量顯著減少。復(fù)灌吃漿逐漸減少和二序孔比一序孔注漿量減少，說明堤防空隙已被充填，兩序施工滿足加固的要求，灌漿達(dá)到一定的效果。

2.注水試驗(yàn)

對(duì)比灌漿前后堤身的滲透系數(shù)；灌漿前堤身 滲 透 系 數(shù)K1=1.9×10-4cm/s， K2=8.5×10-4cm/s，K3=1.6×10-4cm/s，K4灌漿前注水不穩(wěn)定滲透系數(shù)無法測(cè)定。灌漿后堤身滲透系數(shù)K1為1.96×10-5cm/s，K2為4.60×10-5cm/s，K3為7.2×10-6cm/s，K4為2.8×10-5cm/s。通過對(duì)堤身灌漿前后滲透系數(shù)的比較分析，滲透系數(shù)大為降低，堤身防滲能力得到提高。

3.開挖探坑檢查

選取代表性的堤段開挖探坑，了解灌漿情況，并取土樣測(cè)定干容重檢查灌漿效果。通過灌后開挖探坑觀察，漿體充滿原土體的裂隙，漿體與原土體結(jié)合緊密。對(duì)比灌漿前后干容重變化，平均干容重提高約5%，堤身土體密實(shí)度有較大提高，堤身密實(shí)性得到改善。

4.洪水檢驗(yàn)

灌漿工程實(shí)施后，經(jīng)受住汛期高水位洪水考驗(yàn)，大堤底部滲水現(xiàn)象已消除，滲漏通道得到封堵，堤身隱患得以消除，達(dá)到了堤防防滲加固的目的■