袖閥管注漿在生態堤基礎加固]處理施工中的應用

郭文超，羅 梟

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

0 引言

袖閥管注漿作為國內外一種較成熟的注漿工藝，被廣泛應用在工程基坑帷幕、地基加固處理及壩基礎加固等工程中。其配套技術主要是利用鉆孔設備(或頂管技術)將袖閥式注漿管置入地層，利用配套的注漿設備，采取洞內袖閥管注漿技術、地表垂直袖閥管注漿技術，將超細水泥水玻璃雙液漿注入飽和、動態的含水砂層。通過注漿，較均勻地固結了砂層，從而實現了“加固砂層、注漿堵水”的目的。

1 工程概況

鐵崗-石巖水庫水質保障工程(四期)生態堤壩址位于原寶達石場的上游，大壩為黏土心墻堆渣壩，壩頂長度約236 m，壩頂高程49.80 m，壩頂寬20 m，壩頂上游設防浪墻，頂高程50.80 m，采用鋼筋混凝土結構。最大壩高約26 m，上、下游壩坡坡比均1:3，上、下游壩坡在43.50 m，高程均設置4 m寬馬道。上游坡采用預制混凝土六角塊護坡，下游坡采用植草護坡，坡腳設置貼坡排水和排水棱，棱體頂高程32.32 m，頂寬2.2 m。

生態堤壩基設防滲齒槽，并在齒槽底部設置防滲帷幕。為防止齒槽與基巖接觸面集中滲漏和接觸沖刷，保證齒槽地基的帷幕灌漿效果，在齒槽底部地基表面澆筑1 m厚混凝土墊層。帷幕為單排，孔距2 m，帷幕上、下游各設1排固結灌漿，孔深5 m，孔、排距3 m。帷幕深入相對隔水層(q≤5 Lu)不小于5 m，壩肩帷幕向岸內延伸長度約30 m。生態堤灌漿平面布置如圖1所示。

圖1 生態堤施工布置圖

2 生態堤基礎工程地質

生態庫堤壩址位于原寶達石場南側約300 m，壩址區地形呈“U”型，較開闊，兩岸坡度20°左右，溝底高程30～33 m，與坡頂高程差約20 m，壩址區主要地層包括第四系人工堆積層、沖洪積層、殘坡積層和白堊系燕山四期侵入巖風化巖層。其中沖洪積層位于沖溝底部，主要土層包括粉質黏土、礫砂。

人工填土層厚度0.5～4.5 m，呈高壓縮性、低強度，宜挖除；粉質黏土層厚1.0～2.9 m，呈可塑狀，天然地基承載力120 kPa，可根據設計承載力要求確定是否進行地基處理；礫砂層厚度2.0～2.1 m，其承載力值較高，均質土壩可不處理，堆石壩對地基承載力要求稍高，可進行夯密處理，但該層滲透系數較大，須進行防滲處理。

壩肩兩岸邊坡坡度較緩，地層以殘積土礫質黏性土層為主，其C、φ值較大，不良地質現象不發育，因此壩基穩定性好；因邊坡地層為殘坡積礫質黏性土，滲透系數小，為相對不透水層，因此不易發生繞壩滲漏問題。

經現場查勘，并結合勘探資料表明：生態堤壩址區基本處于沖積溝區域，主要地層包括堆積土層和白堊系燕山四期侵入巖風化巖層，飄石層(或砂層)2.5～5 m，地下水量豐富。

生態堤防滲齒槽開挖最大深度約8.5 m，由于齒槽基坑處于松散和裂隙分布的巖層中，孔隙潛水和基巖裂隙水分布在生態堤防滲基坑兩岸堆積層中，基坑底部土質較差，地下水滲透量較大，基礎灌漿處理的效果較差，不易達到灌漿處理的設計標準，對生態堤防滲深基坑的穩定極為不利。

3 方案優化

3.1 原設計方案

1)固結灌漿。自壩0+000～壩0+226.264在寬為6.0 m的壓漿板布置2排固結灌漿孔，排距3.0 m，單孔灌漿深度5 m，平均鉆孔深度6 m，固結灌漿孔均為垂直孔。灌漿孔平面布置圖如圖2所示。

2)帷幕灌漿。帷幕灌漿孔在壩0-035.000～壩0+271.264沿帷幕軸線單排布置，孔距為3.0 m，帷幕灌漿孔均為垂直孔。

圖2 灌漿孔平面布置圖

3)防滲帷幕底線。生態堤堤頂高程49.8 m，河床部位建基面高程24.25 m，河床部位防滲帷幕底線高程為13.71 m；左岸高程46.2 m以上，右岸高程42.76 m以上的岸坡段，只設帷幕灌漿孔?？咨钜话銥?0～20 m，灌漿孔最大深度約26 m。

3.2 優化調整后的設計方案

施工前選取生態堤防滲齒槽壩0+040～壩0+020為試驗段，按常規鉆孔灌漿的方式進行固結灌漿試驗。灌漿試驗完成后，對固結灌漿試驗孔進行壓水試驗，試驗結果透水率大于等于15Lu，不滿足設計要求。

通過對地質勘察資料結合現場實際灌注情況分析，由于加固范圍內土體結構為人工填土、粉質黏土、礫砂二元或三元結構。由于加固土體巖性的不同，決定了土體中空隙裂縫發育的各向異性，同時也決定了在注漿過程中漿液的擴散半徑往往各向差異很大。根據生態堤基底土層加固體，須采用定深、分層、分段及不同壓力的施工工藝，因此建議選用袖閥管注漿法對生態堤防滲齒槽基礎進行土體加固灌漿后，再按原設計方案進行壩基固結、帷幕灌漿。袖閥管法的主要優點是可根據需要灌注任何一個灌漿段，還可進行重復灌漿，同時可使用較高的灌漿壓力。袖閥管注漿工藝特點如下。

1)袖閥管結構主要由中108 mm PVC外管、6分鍍鋅注漿內管、橡皮套、密封圈等組成。

2)袖閥管是一種只能向管外出漿，不能向管內返漿的單向閉合裝置。注漿時，壓力將小孔外的橡皮套沖開，漿液進入地層，如管外壓力大于管內時，小孔外的橡皮套自動閉合。

3)每個注漿長度固定為60 cm，還可以根據地層情況調整注漿長度，實現定量定尺可控注漿。

4)可根據需要灌注任何一個注漿段，還可重復注漿。

5)使用較高的注漿壓力，注漿時冒漿和串漿的可能性較小。

6)鉆孔和注漿分開，提高了鉆孔、注漿設備的利用率。

7)可在一個孔內灌注多種漿液材料。

8)由于在被加固的地層中進行了多點、定量、均衡的注漿，注漿體在地層中均勻分布、均勻連接，因此大大提高了被加固地層段的整體穩定性。超細水泥+水玻璃壓力注漿加固地基，是將具有一定壓力的超細水泥+水玻璃漿液，通過土層顆粒間的孔隙強行注入土層中，起到擠密和充填作用，迫使土層孔隙內的部分或大部分水和空氣排去，從而加快土層的固結穩定，阻止或控制生態堤壩基不均勻沉陷。

3.3 生態堤基礎袖閥管注漿加固設計參數的確定

1)注漿半徑的確定 。袖閥管注漿時漿液在基巖裂隙中作紊流運動，漿液的擴散半徑 r按照式(1)計算：

(1)

式中：t—灌漿時間，s；k—砂土的滲透系數，cm/s；v—漿液的粘滯系數，cm/s；h1—灌漿壓力，MPa；r0—灌漿管半徑，cm；de—被灌土體的有效粒徑，cm；n—砂土的孔隙率。

2)漿液配合比的確定。根據現場生態堤防滲齒槽基坑的地質特性 ，袖閥管注漿采用Po42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為2：1～1：1，外加水玻璃2%。

3)注漿壓力。袖閥管的注漿壓力與生態堤防滲基坑覆蓋層的蓋重、漿液黏度、注漿速度等因素相關 ，注漿過程中壓力會不斷發生變化。袖閥管注漿取初始壓力0.3～0.5 MPa，正常注漿壓力0.5～1.0 MPa，最大壓力1.2 MPa。

4)注漿孔布置。袖閥管注漿孔間距為1.6 m，梅花形布置，共計布置50個袖閥管注漿孔，注漿擴散半徑為0.8 m。

5)注漿量。注漿量按照式(2)推算：

Q=1 000×V×n×β×α

(2)

式中：Q—漿液總用量，I；V—土的體積，m3；n—土的孔隙率；β—漿液填充系數；α—漿液損耗系數，一般取1.15～1.3。

3.4 生態堤基礎袖閥管注漿加固設計布置

袖閥管注漿范圍：樁號壩0+040～壩0+200，長度160 m。袖閥管注漿寬度：壩軸中心線兩側各1.6 m。袖閥管平面布置：1.6 m×1.6 m梅花形布置。袖閥管注漿加固深度：8 m。優化后的袖閥管注漿主要施工參數如表1所示。

表1 袖閥管注漿加固參數表

4 生態堤基礎袖閥管注漿加固施工

4.1 主要施工機械設備配置

1)鉆孔配套施工設備。采用杭鉆300型工程地質鉆機2臺，套管護壁，并采用GXY-2型跟管鉆機開孔。

2)注漿站設備。雙液注漿泵組1臺、注漿泵機組1臺、灌注記錄儀1臺、JD090灌漿流量傳感器2臺等，配備高壓注漿管路系統和制漿設備注漿。

4.2 施工程序

測量放線—鉆機成孔—注套殼料—插入袖閥管(底部接封堵器，上部接管蓋)—待凝—清洗袖閥管腔插入注漿管芯—配制水泥漿—分點注漿—清洗袖閥管腔—待凝結。袖閥管注漿施工工藝流程如圖3所示。

圖3 袖閥管注漿施工工藝流程圖

4.3 施工方法

1)鉆孔。注漿孔鉆機安裝穩固可靠，使用經緯儀校正鉆機的安裝位置。鉆孔護壁采用膨潤土和水泥配置的泥漿護壁，當生態堤基礎砂礫石層較厚容易塌孔時，袖閥管外采用φ 108 mm PVC套管護孔，待孔內注入封閉材料并插入袖閥管后將φ 108 mm套管提出孔外。

2)安裝袖閥管、澆筑封閉材料及固灌止水。袖閥管壁與鉆孔孔壁之間存在的環狀空隙要采用泥漿封閉措施(也叫“套殼料”)處理，防止在注漿操作時發生串漿問題。泥漿是由膨潤土粉與膨脹水泥等摻合性材料聯合制備，在膨脹橡膠套料和混凝土上下料雙向封閉塞料的配合作用下，使得混凝土漿液可在混凝土灌漿段范圍內有效突破封閉塞材料而進入孔壁周圍土體，施工時要注意避免封閉材料進入袖閥管中。

鉆機造孔并灌入封閉泥漿，插入單向封閉的袖閥管。封閉泥漿凝固后將雙向密封的芯管插入鍍鋅袖閥花管至注漿孔底部，在孔口上部2 m孔段壓入固灌止水材料，保證生態堤基礎的基巖裂隙達到止水效果，直至孔口返回濃漿。

3)注漿。沖開孔壁封閉環：注漿開始使用稀漿加壓沖開孔壁環形封閉材料，加壓過程中出現注漿壓力突降或進漿量劇增時，表示注漿孔的孔壁環形封閉材料已經被沖開，隨后即可正式注漿。

注漿管材及分段：按照袖閥管的工藝參數特征，從花孔底起自下而上分別進行隔段分序次注漿，以每個袖閥管或每兩排花孔為其中一個注漿段，每組注漿的分段間隔長度至少為50 cm。

注漿材料：采用“Po42.5普通硅酸鹽水泥+35Be′水玻璃”漿液，水泥漿液的配比采用2:1～1:1，水玻璃漿比1:1，摻量為2%。漿液配比開始采用2:1，再由稀釋變濃逐步調整漿液的水灰比。開灌壓力為0.2～0.5 MPa，正常注漿壓力為0.5～1.0 MPa，最大注漿壓力控制小于等于1.5 MPa。

注漿施工順序：基坑底部注漿加固順序要求由外向內跳孔施工，以防止注漿孔發生竄漿現象。

注漿結束標準：注漿壓力大于等于0.5 MPa，分段注漿量大于等于0.35 m3。

安全監測：注漿過程中需要監測生態堤防滲齒槽基坑底部的沉降和隆起情況，如果發現基坑底部有抬動變形、底部隆起、竄孔或注漿量猛增等不正?，F象時必須立即停止注漿，分析原因再進行下一步工作。

4.4 施工注意事項

1)注漿順序采用間隔法和先外排、后內側的注漿方式。當生態堤防滲齒槽地下水流動性較大時，必須從地下水位較高的位置開始注漿。

2)注漿管采用φ 108 mm PVC袖閥管注漿，通過現場試驗取得單管注漿量和注漿擴散參數，注漿材料采用“水泥+水玻璃”雙液，注漿壓力的選用須根據防滲齒槽的地質特性及其埋深確定，對于非砂土等土質基礎，注漿壓力采用0.5～1.0 MPa，水泥用量不低于設計要求。

3)注漿期間若發現生態堤防滲齒槽基坑發生抬動變形時應停止注漿，處理完畢再繼續注漿。

4.5 注漿效果及評價

本次生態堤防滲齒槽袖閥管注漿加固共耗用水泥240 t，水玻璃 4.8 t，注漿加固結束后再進行固結灌漿和帷幕灌漿，最終生態堤防滲齒槽的基礎灌漿壓水試驗達到設計標準為5Lu，滿足設計要求。

5 結語

生態堤基礎土體結構復雜，常規灌漿手段難以滿足設計防滲標準，優化調整采用袖閥管注漿對生態堤防滲齒槽土地加固的施工工藝，充分利用袖閥管能夠多點、均勻、連續注漿的特點，大幅提高了被加固基礎的整體強度。工程實踐證明，在有裂隙存在且滲水量較大的基巖先進行袖閥管注漿加固的施工方法可行，為類似工程的基礎處理提供了借鑒，具有推廣應用的價值。