濕陷性黃土地區(qū)土質(zhì)尾礦庫(kù)壩加固灌漿施工技術(shù)

羅 偉

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)探礦隊(duì)，河南 鄭州450001）

1 引言

中原黃金冶煉廠尾礦庫(kù)位于河南省三門峽市北郊黃土塬陳宋坡沖溝內(nèi)，加固場(chǎng)區(qū)位于黃河南岸Ⅲ級(jí)階地與青龍澗河Ⅲ級(jí)階地的復(fù)合部位，為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積及中更新統(tǒng)沖－洪積成因類型的黃土狀粉土和黃土狀粉質(zhì)粘土。地下水位埋深大于70m。依據(jù)勘察資料，加固場(chǎng)區(qū)地層為濕陷性黃土，地基土濕陷等級(jí)為自重Ⅱ－Ⅲ級(jí)，通過壩基巖土工程勘察報(bào)告可知，地基土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見下表。

該尾礦庫(kù)東西長(zhǎng)1100m，南北寬50～95m，溝深40～50m，設(shè)計(jì)總庫(kù)容約330萬立方米，運(yùn)行已12年。該庫(kù)通過三次增容，現(xiàn)已達(dá)240萬立方米，庫(kù)壩為碾壓式黃土均質(zhì)壩。第三期增容工程于2010年7月開始施工，10月施工結(jié)束，三期壩高10m，壩面寬10m，壩坡長(zhǎng)27m。于20011年元月初發(fā)現(xiàn)南北壩肩處出現(xiàn)5條縱向裂縫，裂縫貫通整個(gè)三期壩體，主縫寬5～23cm，沿主縫有數(shù)十條分支縫，縫寬0．5～3cm。根據(jù)裂縫現(xiàn)狀及施工設(shè)計(jì)圖判斷是由于壩基不均勻沉降引起的。通過與設(shè)計(jì)單位、甲方的共同協(xié)商，決定對(duì)尾礦庫(kù)壩裂縫采用灌漿法進(jìn)行處理。

表1 巖土勘察報(bào)告提供場(chǎng)區(qū)地層結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)指標(biāo)及地基土承載力

2 施工技術(shù)

2．1 灌漿目的及加固范圍

本次灌漿目的是堵塞壩體裂縫、防止?jié)B漏和消除兩側(cè)壩肩黃土的濕陷性，促進(jìn)壩體變形穩(wěn)定。灌漿范圍為幾條主縫和沿主縫擴(kuò)散的支裂縫縫體及壩肩。設(shè)計(jì)在裂縫縫體上不規(guī)則布設(shè)灌漿孔，南北壩肩裂縫和兩側(cè)壩肩原狀黃土共計(jì)布孔273個(gè)，孔徑75mm，孔距2．0m，孔深8～25．0m，充填裂縫體積經(jīng)估算約427m3。

2．2 成孔及灌漿設(shè)備

成孔設(shè)備視加固深度、地層及場(chǎng)區(qū)條件情況決定采用鉆機(jī)或人工洛陽鏟。采用GY－150型工程鉆機(jī)干鉆施工兩側(cè)壩肩原狀黃土及壩頂主裂縫，灌漿泵采用普通低壓、小流量泥漿泵或清水泵。推薦用BW－160型泥漿泵，灌注管采用1寸鍍鋅金屬花管。

2．3 裂縫灌漿施工工藝

2．3．1 成孔

深孔超過三期壩高10～15．0m，壩坡面淺孔采用人力洛陽鏟成孔。由于裂縫剖面不垂直，呈不規(guī)則擴(kuò)散。灌漿孔應(yīng)盡量布置在裂縫上。

2．3．2 漿液配制

考慮到漿液固結(jié)后與原壩土料變形的協(xié)調(diào)性，裂縫充填灌漿材料采用原筑壩用黃土狀粉質(zhì)粘土，經(jīng)采樣確定，土料各種粒徑含量為粘粒含量40%，粉質(zhì)含量55%，砂粒含量小于5%，符合制漿材料要求。

漿液配制采用濕法制漿，制漿前先將土料過篩經(jīng)立式攪拌機(jī)攪拌均勻，并用5×5mm2網(wǎng)篩除渣后方可灌漿使用。漿液主要參數(shù)為：密度控制在1．3～1．65g／mm3之間，粘度在25～90之間。為提高泥漿的穩(wěn)定性，可邊攪拌邊灌注或摻入0．5%的硅酸鈉溶液。

2．3．3 安放灌漿管

灌漿管采1寸鍍鋅管，長(zhǎng)度略小于孔深。將管直接放入孔底。在安放同時(shí)，沿裂縫開挖寬約20cm，深約20cm梯形槽（小裂縫可挖得小些），槽內(nèi)用水泥（加適量水玻璃）封閉。灌漿管與孔壁環(huán)間隙使用麻絮往下?lián)v實(shí)后，灌入水泥漿（摻少量膨脹劑和速凝劑）進(jìn)行封閉，待水泥凝固后即可灌漿。

2．3．4 灌漿

采用全孔間隔灌漿法，用BW－160型泥漿泵，將攪拌好的粘土漿泵至注漿管。由孔底翻向全孔。

（1）初灌時(shí)，壓力應(yīng)大，控制在1．5～2．0MPa，漿液密度宜為1．35g／cm3，當(dāng)漿液從相鄰注漿管或其它地方冒出時(shí)應(yīng)立即停灌，然后跳打間隔灌注。按同樣方法將所有孔灌注一遍。

（2）二次灌注，應(yīng)將漿液密度調(diào)整為1．4～1．50g／cm3之間，壓力控制在1．2MPa，重復(fù)初灌步驟進(jìn)行灌注2～3遍。

（3）根據(jù)估算填充體積對(duì)比已用土料量，加上其它影響因素，初步判定填充率。當(dāng)填充率達(dá)60%時(shí)，可進(jìn)行三次灌注，將漿液密度調(diào)整為1．65g／cm3，壓力在1．0MPa左右下灌注數(shù)遍。初灌、二、三次灌注間隔時(shí)間至少30min。以使泥漿充分失水固結(jié)，快速凝固，減少冒漿機(jī)會(huì)。

2．3．5 復(fù)灌

由于粘土漿有失水固結(jié)的過程，孔內(nèi)泥漿會(huì)發(fā)生體縮。按上述操作步驟，三次灌注填充率會(huì)達(dá)到90%以上，由于泥漿發(fā)生體縮，失水后填充率會(huì)降低。且泥漿固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，至少15天或更長(zhǎng)時(shí)間，因此要在初次施工完成后，將注漿管拔出重新安放至二分之一孔深處。待20天左右進(jìn)行復(fù)灌，復(fù)灌漿液密度應(yīng)在1．6g／cm3以上，壓力1．0MPa。

2．4 壩肩兩側(cè)原狀黃土單液硅化灌漿施工工藝

2．4．1 灌注孔的布置

灌注孔徑為50～70mm，單孔的加固半徑為0．25～0．40m，灌注孔宜按正三角形或梅花型布置，灌注孔之間距離為1．73r（r為土的加固半徑），排距為1．5r，局部地層可根據(jù)地基土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行微調(diào)。

2．4．2 溶液用量的計(jì)算

單液硅化加固每1m3黃土，需要的溶液用量可按下式計(jì)算：

Q＝vnd1a

式中：v——欲加固土的體積（m3）；

n——加固前土的平均孔隙率（%）；

a——溶液填充孔隙的系數(shù)，一般為0．6～0．8；

d1——硅酸鈉溶液稀釋后的比重，一般為1．13～1．15。

當(dāng)硅酸鈉溶液的濃度大于擬加固地基土要求的濃度時(shí)，應(yīng)將其加水稀釋，每1升硅酸鈉的加水量可按下式計(jì)算：

式中：d——硅酸鈉溶液稀釋前的比重，一般為1．45～1．53；

d1——硅酸鈉溶液稀釋后的比重；

N——硅酸鈉溶液稀釋前的數(shù)量（L）。

2．4．3 漿液配制

灌漿材料采用液體水玻璃（即硅酸鈉），其顏色多為透明或稍許混濁，不溶于水的雜質(zhì)含量不宜超2%，硅酸鈉的模數(shù)M值可按下式計(jì)算：

M值愈大，說明硅酸鈉中含SiO2的成分愈多，因?yàn)楣杌庸讨饕怯蒘iO2對(duì)土的膠結(jié)作用，所以硅酸鈉的模數(shù)值直接影響加固土的強(qiáng)度，試驗(yàn)研究證明，M值為1的純偏硅酸鈉加固土的強(qiáng)度很小，不宜用于加固地基；M值在2．6～3．3范圍內(nèi)，加固土的強(qiáng)度可達(dá)300～1000kPa，滿足工程要求；M 值大于3．3以上時(shí)，隨著M值增大，加固土的強(qiáng)度反而降低，說明SiO2含量過多對(duì)土的強(qiáng)度有不良影響。因此，采用硅化法加固地基，硅酸鈉的模數(shù)值宜為2．5～3．3。

配溶液時(shí)，先將擬稀釋的硅酸鈉溶液送入金屬或木制的容器內(nèi)，然后加入計(jì)算加水量及1．5～2．5%氯化鈉，攪拌均勻，漿液的攪拌時(shí)間，高速攪拌不少于30s，普通攪拌不少于5min，并用比重計(jì)測(cè)其濃度，稀釋后的硅酸鈉溶液比重一般為1．13～1．15，如果地基土含水量平均值大于22%，可適當(dāng)提高比重至1．18～1．25。符合要求后即可使用。

2．4．4 工藝流程

成孔及灌注溶液自上向下分層進(jìn)行，即先施工第一加固層，將帶孔的金屬灌注管送入第1加固層，隨即利用灌注設(shè)備將配好的溶液壓入該土層中。第二加固層待第一加固層施工完畢后重復(fù)上述步驟。

灌漿工藝流程為：設(shè)備安裝→灌漿孔定位→成孔→驗(yàn)孔→安裝灌漿管→安裝灌漿堵塞→漿液配制→灌漿→封孔

2．4．5 灌漿參數(shù)

施工中采用“信息法”：及時(shí)收集施工過程中的反饋信息，根據(jù)變化情況，及時(shí)調(diào)整灌漿壓力、速度、時(shí)間參數(shù)，以達(dá)到最優(yōu)效果。

由于濕陷性黃土滲透系數(shù)較小，一般為0．50～2．0m／天，漿液滲透較困難，如果壓力過大，加固土體易形成劈裂通道，不但造成漿液大量流失浪費(fèi)，而且漿液不能均勻滲透入被加固土體，不符合本法加固機(jī)理，更達(dá)不到單液硅化加固目的；壓力過小，漿液滲透緩慢且影響加固效果。因此灌漿壓力、速度等參數(shù)的調(diào)控是灌漿成敗的決定性因素。具體操作步驟方法如下：

初始灌注時(shí)采用30～50L／min泵量，泵壓調(diào)整到100kPa左右，當(dāng)孔壓瞬時(shí)達(dá)到250kPa以上時(shí)，立即停止灌注并關(guān)閉止回閥，通過孔內(nèi)壓力使?jié){液均勻滲透，當(dāng)壓力表顯示孔內(nèi)壓力降到20kPa以下時(shí)，開泵繼續(xù)灌注，如此循環(huán)當(dāng)達(dá)到理論計(jì)算吃漿量即可停止。局部出現(xiàn)竄漿和冒漿時(shí)應(yīng)立即停灌封堵，然后跳打間隔灌注。

2．5 冒漿及封孔處理

（1）在冒漿處填一定體積的砂或含砂量不小于40%的砂礫石作為反濾蓋重，有利于排水，阻止冒漿，提高灌漿質(zhì)量。

（2）在冒漿處開挖且回填一定厚度的粘性土，并夯實(shí)，作為阻漿蓋重。

（3）調(diào)整漿液參數(shù)和壓力，采用灌、停循環(huán)間歇性灌漿方法。

（4）復(fù)灌數(shù)遍后，當(dāng)啟動(dòng)灌漿泵，單孔即冒漿，則表明裂縫已充盈，待孔出漿面基本不再下降即可經(jīng)灌，灌漿管拔出后，用密度1．8g／cm3的稠漿注入孔內(nèi)封孔，直至液面不再下降為止，最后用粘性土搗實(shí)至孔口。

2．6 質(zhì)量檢查

灌漿結(jié)束10天后，在加固范圍內(nèi)采用動(dòng)力觸探和探井取樣方法，對(duì)加固效果進(jìn)行檢測(cè)，加固土承載力提高到220～280kPa，加固深度內(nèi)的黃土自重濕陷性全部消除。

3 結(jié)束語

（1）雖本次加固灌漿工程量不大，但針對(duì)性的選用了合適的加固工藝，簡(jiǎn)單實(shí)用，節(jié)約了大量材料和專用器具，降低工程造價(jià)約40%，受到甲方好評(píng)。

（2）本次灌漿工藝為如何提高裂縫充填效果，使裂縫最大限度地充盈提供了施工經(jīng)驗(yàn)。

（3）本次灌漿裂縫充填密實(shí)，防水效果好，壩肩兩側(cè)加固深度內(nèi)的黃土自重濕陷性全部消除，對(duì)阻止壩體不均勻沉降起到明顯作用。