壓密灌漿技術(shù)在川氣東送穿越長(zhǎng)江堤防加固工程中的應(yīng)用

李 進(jìn),葛國(guó)昌,殷 琦,張莉萍

(1.南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,江蘇 南京 210006;2.浙江水利河口研究院,浙江 杭州 310020;3.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020)

1 工程概況

川氣東送南京支線穿越長(zhǎng)江工程位于三江口入江口下游約300m處,其中主河道穿越南岸位于南京棲霞區(qū)三江口永安州,北岸穿越長(zhǎng)江位于烏魚州。在南岸穿越長(zhǎng)江主大堤,鋼管直徑為80 cm,穿越過(guò)程中管壁與土體間將形成20～30 cm的空隙,對(duì)大堤防洪形成一定的隱患,為消除管道穿越對(duì)長(zhǎng)江堤防堤基和堤身產(chǎn)生的不利影響,保證長(zhǎng)江大堤的防洪安全,有必要對(duì)堤防進(jìn)行加固,本工程采用灌漿對(duì)管壁周圍空隙和大堤進(jìn)行加固。

工程范圍:①主江堤堤腳線以外15 m范圍及管道兩側(cè)15 m范圍內(nèi)進(jìn)行灌漿;②子堤在迎水側(cè)堤腳至背水側(cè)堤腳及管道兩側(cè)15 m范圍內(nèi)灌漿。

灌漿工藝:在緊鄰管道兩側(cè)的灌漿孔采用袖閥管法灌漿,其它為鉆孔灌漿。

灌漿深度:在2根管道之間及外側(cè)2排孔按灌至管道下方2m控制,其它鉆孔按距管道距離進(jìn)行遞減。

灌漿布孔:鉆孔采用梅花狀布置,沿管道方向及垂直管道向間距均為2.5 m,具體布置見(jiàn)圖1、2。

圖1 灌漿鉆孔平面位置圖

1.1 地質(zhì)概況

本次灌漿加固區(qū)深度范圍內(nèi)的土層主要為:堤身填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂夾粉土、粉細(xì)砂等。

圖2 灌漿鉆孔剖面位置圖

1.2 灌漿設(shè)計(jì)方案

袖閥管灌漿:應(yīng)采取先稀后濃、少灌多復(fù)的原則,1序灌漿結(jié)束后,進(jìn)行2序施工。復(fù)灌次數(shù)及吃漿量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整,一般要求復(fù)灌2～3次,每孔每次平均灌漿量約0.30m3/m,灌漿材料為42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,漿液濃度水灰比為2∶1。在灌漿過(guò)程中根據(jù)如出現(xiàn)壓力變小,灌漿量較大時(shí)需摻入適量的水玻璃,以加速漿液凝固。灌漿壓力控制在0.1～0.3 MPa,最大0.5 MPa。停灌標(biāo)準(zhǔn)為:①每米水泥耗灰量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),即可結(jié)束灌漿;②每次灌漿過(guò)程中,當(dāng)出現(xiàn)裂縫冒漿時(shí)停灌,2次復(fù)灌均達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn),即可結(jié)束灌漿。

2 灌漿施工原理及施工工藝

2.1 袖閥管法灌漿的主要原理

袖閥管法灌漿是一種重復(fù)灌漿系統(tǒng),不象其它的灌注法,在灌注完成后灌漿孔即被封死,袖閥管法因?yàn)橐呀?jīng)把袖閥管埋入鉆孔,在袖閥管內(nèi)進(jìn)行灌漿作業(yè),只要在灌漿后用壓力水將管內(nèi)沖冼干凈,以后還可將灌漿頭放入袖閥管重復(fù)進(jìn)行灌漿。袖閥管是在直徑約50 mm的塑料管或無(wú)縫鋼管上每隔一段距離(33 cm)鉆一些射漿孔,在有射漿孔的管外包橡皮套,當(dāng)管內(nèi)漿液達(dá)到一定壓力時(shí),漿液頂開橡皮套,通過(guò)射漿孔將漿液注入或滲入土層,達(dá)到土層灌漿的目的。該橡皮套即相當(dāng)于“閥門”,并且像套在管外的 “袖子”,故被稱為袖閥管[1]。

2.2 袖閥管法灌漿工藝流程

袖閥管法灌漿的工藝包括以下步驟:

(1)在需灌范圍鉆孔至比所需灌漿深度稍深的深度;

(2)在鉆孔全段插入袖閥管;

(3)在袖閥管與鉆孔孔壁之間灌入一定配合比的套殼料;

(4)待套殼料達(dá)到一定強(qiáng)度后在袖閥管內(nèi)放入灌漿頭進(jìn)行分段灌漿;

(5)每次灌漿停灌后清水沖洗袖閥管,以待下一次灌漿。

袖閥管法灌漿示意圖見(jiàn)圖3,施工流程圖見(jiàn)圖4。

圖3 袖閥管法灌漿示意圖

圖4 袖閥管法灌漿施工流程圖

3 施工過(guò)程

3.1 灌漿試驗(yàn)

正式開工前應(yīng)進(jìn)行灌漿試驗(yàn)。通過(guò)灌漿試驗(yàn),對(duì)設(shè)計(jì)的孔距、排距、孔深、漿液密度、灌漿壓力等施工工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整與確定,灌漿試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 灌漿試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

3.2 平整場(chǎng)地

對(duì)平面施工場(chǎng)地內(nèi)清除各類雜物,對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整。在大堤斜坡迎水面混凝土護(hù)坡先破除后整坡,整成臺(tái)階狀,寬度需滿足鉆機(jī)施工作業(yè)面要求。背水面同樣需整成臺(tái)階狀平臺(tái)。

3.3 布 孔

本著以管道為中心向兩側(cè)分布的原則,按設(shè)計(jì)要求在工程區(qū)內(nèi)布置鉆孔,孔位采用鋼尺量距,白灰定點(diǎn)。

3.4 鉆 孔

施工按先施工迎水面第1排,后第2排順序施工,各排分2序,跳孔鉆孔,1序孔施工完畢48 h后,方可開始2序孔的施工。鉆孔采用孔徑為91～110 mm的GXY-150型鉆機(jī)干法造孔,并配備150型地質(zhì)鉆機(jī)造孔,將鉆機(jī)移至設(shè)計(jì)孔位上,使鉆桿頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心,墊實(shí)、校正水平,使鉆桿與孔位基本成一鉛垂線,孔斜＜1%。

如土質(zhì)條件較差出現(xiàn)成孔困難時(shí),采用泥漿護(hù)壁。

3.5 灌注套殼料

袖閥管安裝完畢,即可開始套殼料的灌注施工。套殼料為水泥粘土漿,其作用是封閉袖閥管外的孔壁,確保漿液只在一個(gè)灌漿范圍內(nèi)開環(huán)灌入地層。套殼料配比水泥∶土∶水為1∶1.7∶2(重量比)。套殼料注漿從底部開始緩慢灌注,要求均勻密實(shí)充滿整個(gè)孔內(nèi)空間。施工完畢,待凝3～

6 d,即可開環(huán)灌漿。

3.6 制 漿

灌漿材料為42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥,設(shè)計(jì)灌漿水灰比為2∶1,實(shí)際操作中,以攪拌桶為單位,放50 kg水泥、100 kg水(以攪拌桶相應(yīng)水位線控制),漿液拌勻過(guò)濾后既可用作灌漿,在灌漿過(guò)程中采用人工不斷攪拌濾后漿液,以防止?jié){液沉淀分層。水泥需經(jīng)過(guò)檢測(cè),滿足規(guī)范要求合格后方可使用。

3.7 灌 漿

袖閥管法灌漿采用φ 25 mm鋼管制成的花管,插入袖閥管內(nèi)注漿,止?jié){塞為雙塞系統(tǒng),以保證有足夠的壓力開環(huán)進(jìn)漿。每次灌完后用清水洗孔,防止灌漿管堵塞,影響復(fù)灌施工。

(1)應(yīng)保證孔口壓力表顯示正常。一般選用量程1 MPa、直徑12 cm的壓力表,容易識(shí)讀。若量程大或直徑小,則不容易識(shí)讀。

(2)鉆孔灌漿應(yīng)分排單獨(dú)注漿,先注上游排孔,后注下游排孔,不得同時(shí)注2排?？卓趹?yīng)設(shè)置不小于1.0 m深的阻漿塞。

(3)灌漿機(jī)選用ZBB-2g型三缸泵。該泵具有較大的工作壓力和泵量,能在較大范圍內(nèi)滿足灌漿要求,且泵壓穩(wěn)定,易通過(guò)壓力表控制壓力。

(4)灌漿過(guò)程發(fā)現(xiàn)串漿冒漿、漏漿等現(xiàn)象可采取封堵、低壓、濃漿、限流、間歇灌漿等方法處理。

(5)終灌標(biāo)準(zhǔn):①每米水泥耗灰量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),即可結(jié)束灌漿。②每次灌漿過(guò)程中,當(dāng)出現(xiàn)裂縫冒漿時(shí)停灌,2次復(fù)灌均達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn),即可結(jié)束灌漿。

3.8 封 孔

灌漿結(jié)束并通過(guò)驗(yàn)收以后,對(duì)于采用袖閥管法灌漿的鉆孔利用密度＞1.6 g/cm3的水泥稠漿封孔。

3.9 施工中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法

(1)袖閥灌漿接近地面時(shí),容易出現(xiàn)漿液沿管壁上冒的現(xiàn)象,漿液無(wú)法滲入土體,一般采用挖除管壁周圍套殼料,回填土并夯實(shí)。

(2)施工中常見(jiàn)的冒漿部位有堤坡冒漿、堤頂冒漿、孔口冒漿等。①堤坡冒漿:產(chǎn)生的原因主要是堤身存在裂縫洞穴,一般采取在原灌漿孔內(nèi)用濃漿灌停間歇的方法進(jìn)行處理。②堤頂冒漿:對(duì)灌漿初期出現(xiàn)的堤頂冒漿,可采取降低灌漿壓力和輸漿量或在冒漿處做阻漿蓋阻止冒漿;對(duì)灌漿后期出現(xiàn)的冒漿,表明灌漿已接近結(jié)束.可不處理。③孔口冒漿:原因一般為孔口阻漿設(shè)施做得不好,可采用橡皮塞等阻漿設(shè)備纏繞管口位置,同時(shí)將孔口土體置換成黏土并夯實(shí)。

(3)對(duì)于堤防前后側(cè)冒漿、串漿一般通過(guò)空洞串漿引起,一旦發(fā)現(xiàn)冒漿情況出現(xiàn),立即停灌,采取停灌間歇的辦法或在冒漿處開挖加阻漿蓋,或在冒漿處堆沙袋做反濾等措施處理。

(4)封孔時(shí)不作反復(fù)補(bǔ)灌,因用的泥漿太稠,易形成孔口封堵、孔內(nèi)空洞的現(xiàn)象,造成人為的堤防隱患。

3.10 施工效果評(píng)價(jià)

在施工中確保穿堤管線周圍的土體的得到充分加固,在施工中,對(duì)于管線周圍的袖閥灌漿孔進(jìn)行3次復(fù)灌,確保每個(gè)孔的吃漿量。

由于壓力漿液具有穿透、充填等作用,灌漿漿液充填堤防隱患、洞穴,擠壓了松散土層、軟弱帶,提高了堤身整體質(zhì)量。在灌漿施工的過(guò)程中,堤身臨、背水坡多處發(fā)生漏漿、冒漿現(xiàn)象,說(shuō)明漿液有效地封堵了堤內(nèi)孔洞,凡在漿液影響范圍內(nèi)的土體都能被擠壓密實(shí),內(nèi)部應(yīng)力得到調(diào)整,解決了漿體兩側(cè)土區(qū)的變形穩(wěn)定問(wèn)題和滲漏問(wèn)題。

4 灌漿效果檢驗(yàn)

灌漿質(zhì)量檢驗(yàn)的內(nèi)容主要包括堤身內(nèi)部(密度連續(xù)性等)質(zhì)量檢驗(yàn),堤身滲透系數(shù)的檢驗(yàn)等。

根據(jù)本工程的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求,在全部灌漿工程結(jié)束28 d后,采用現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)和取土做室內(nèi)變水頭滲透試驗(yàn)發(fā)來(lái)確定經(jīng)灌漿加固后土堤的滲透系數(shù)的變化。

工程結(jié)束后委托第三方進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果表明:土層的水平滲透系數(shù)由原來(lái)的10-3～10-5cm3/s降低至10-6cm3/s,密度由原來(lái)的1.80～1.95 g/cm3增加至2.08～2.21 g/cm3,土體的防滲性能得到明顯的改善。

5 結(jié) 論

采用灌漿技術(shù)對(duì)川氣東送南京穿越堤防防滲工程加固,防滲設(shè)計(jì)效果是明顯的,灌漿深度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,通過(guò)灌漿加固消除了定向穿越給大堤防洪所帶來(lái)的隱患,大堤加固后的滲透系數(shù)降低了1～2個(gè)數(shù)量級(jí),土體密度增加了0.3 g/cm3。

[1]樊夢(mèng)菲.袖閥灌漿在堤防滲流控制方面的應(yīng)用 [J].江西水利科技,2001(3):186-191.

[2]歐陽(yáng)力釗.灌漿技術(shù)在良塘堤加固工程中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2008(11):261-262.

[3]土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范 (SD 266—88)[S].北京:中國(guó)水利水電出版社,1989.