粘土水泥膏漿在松散堆填土防滲固結(jié)工程中的應(yīng)用

趙鐵軍 楊東升 陳冠軍

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司 長沙市 410001）

粘土水泥膏漿在松散堆填土防滲固結(jié)工程中的應(yīng)用

趙鐵軍 楊東升 陳冠軍

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司 長沙市 410001）

文章以廣西百色水庫汪甸防護(hù)堤潰決修復(fù)為例， 介紹粘土水泥膏漿在松散堆填土工程中防滲的應(yīng)用方法和效果，包括堆填體防滲固結(jié)灌漿的設(shè)計(jì)，并對灌漿效果進(jìn)行了分析，可供類似工程借鑒。

粘土水泥膏漿 松散堆填土 防滲加固 可控灌漿

引言

在蓋重較小或無蓋重條件下， 完成防滲固結(jié)灌漿，常會出現(xiàn)大量的串漿、冒漿、難以起壓、地層劈裂、漿液擴(kuò)散距離難以控制[1～3]等一系列問題，嚴(yán)重影響灌漿工程質(zhì)量。 粘土水泥膏漿粘度大，漿材顆粒不易分離，凝結(jié)速度可控[4]，采用較大灌漿壓力將膏狀漿液擠入地層，對于松軟地層，可很好地將松散堆填土體擠壓密實(shí)，28 d結(jié)石強(qiáng)度達(dá)2 MPa以上，使之滿足防滲固結(jié)要求[5]。 粘土水泥膏漿廣西百色水庫汪甸防護(hù)堤決口段修復(fù)工程的封堵體防滲帷幕灌漿工程中取得了良好的效果， 本文以該工程為例介紹粘土水泥膏漿在松散堆填土防滲固結(jié)灌漿工程中的應(yīng)用。

1 場地地質(zhì)條件

廣西百色水庫汪甸防護(hù)堤位于百色市樂里河黃蘭村段，堤壩全長1 182.9 m，堤頂寬約3.5 m，堤頂高程229.5 m（地面高程220 m～231 m）。河水位長期居于224 m左右，最高水位達(dá)228 m。其中在（樁號）2+478～2+428之間有部分壩段因洪水原因決堤，決堤段后重新填筑，采用填筑材料為底部主要大塊石，上部填筑土夾石（強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r以及粘土）堆填而成。原壩體填筑材料為上部黏土，下部為原始砂卵石，塊石。結(jié)構(gòu)松散，但無架空現(xiàn)象，局部泥質(zhì)膠結(jié)，底部漂卵石含泥量較少，漂石分布不均一。對決口段以及延伸部分進(jìn)行先導(dǎo)孔注水試驗(yàn)。結(jié)果顯示，其巖芯較為松散，透水量均大于泵量（最大泵量為30 L/min），滲透系數(shù)大于1.0×10-4cm/s。

決堤段填筑后的壩體需要進(jìn)行防滲加固處理，并向決口兩端延伸各10 m進(jìn)行灌漿處理。

2 堆填體防滲固結(jié)灌漿設(shè)計(jì)

2.1 鉆孔布置

根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 對決堤段堆填體進(jìn)行防滲固結(jié)處理，防滲固結(jié)灌漿孔沿堤頂軸線縱向布置，共布置三排孔，內(nèi)側(cè)排、外側(cè)排、中間排，排距1.0 m，孔間距1.5 m，呈梅花形布置。 如圖1所示。

圖1 孔位布置圖

2.2 灌漿材料

內(nèi)側(cè)排和外側(cè)排采用黏土水泥膏漿灌注，中間排采用雙液灌注。（本文僅討論內(nèi)側(cè)排和外側(cè)排采用黏土水泥膏漿）

水泥采用復(fù)合硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級為32.5。膨潤土采用馬山榮興牌。

HY-1：采用本公司專有的一種添加劑，添加少量的HY-1外加劑，以提高水泥粘土膏漿的性能，實(shí)現(xiàn)漿材基本不發(fā)生析水；在動水條件下，漿液具有不分散、不易被水沖釋的性能。

水玻璃：在本材料中水玻璃作為速凝劑使用。

經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)研究以及結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)，本工程黏土水泥膏漿的配比以及性能如表1所示。

表1 漿材配比性能表

2.3 灌漿主要技術(shù)要求

2.3.1 施工分序

為了達(dá)到較好的施工質(zhì)量，本工程進(jìn)行分排施工；先外側(cè)排，再內(nèi)側(cè)排，最后中間排；各排進(jìn)行分序進(jìn)行施工，每排孔分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔，先施工Ⅰ序孔,后施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。

2.3.2 鉆孔方法

鉆孔開孔直徑為Φ91、110或Φ130 mm，終孔孔徑不小于Φ91 mm，采用200型地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、金剛石鉆頭，泥漿護(hù)壁、跟管鉆進(jìn)。

2.3.3 帷幕深度與灌漿方法

帷幕頂?shù)母叱?29.5 m，帷幕底深入基巖1.0 m。

在鉆孔鉆進(jìn)至基巖1 m后，將灌漿管下至離鉆孔底部進(jìn)行灌漿管與鉆孔周圍的封堵，封堵材料采用粉砂或者粉質(zhì)黏土，分層壓實(shí)，封孔后將灌漿管提升0.5 m左右，以防止灌漿管出漿口堵塞。

2.3.4 灌漿壓力與灌漿量的控制標(biāo)準(zhǔn)

（1）本工程內(nèi)排側(cè)和外排側(cè)灌注漿液為粘土水泥膏漿，漿液稠度較大，流動度相對較低，灌漿質(zhì)量在很大程度上取決于灌漿壓力與灌漿量的控制，灌入壓力太大，會造成漿液的無效擴(kuò)散以及不必要的能量損失；灌漿壓力太小，灌漿漿液達(dá)不到擠壓的作用，會造成灌漿漿液擴(kuò)散距離以及周圍巖土體空隙不能得到充分填充。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)性灌漿施工確定灌漿壓力與灌漿量的控制標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 灌漿壓力與灌漿量的控制標(biāo)準(zhǔn)

（2）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)壓力表達(dá)到設(shè)定壓力下限時，單位注入量達(dá)最大注入量時，可以結(jié)束本段注漿；

當(dāng)壓力表達(dá)到設(shè)定壓力上限時，單位注入量達(dá)到最小注入量時，可以結(jié)束本段注漿。

當(dāng)單位注入量達(dá)1 500 L／m，而灌漿壓力達(dá)不到設(shè)定壓力的下限值時，應(yīng)增加速凝劑添加量，同時查明原因，直至達(dá)到下限壓力。

2.3.5 特殊情況處理

本次防護(hù)堤施工堤頂較窄，堤坡面較陡，當(dāng)注漿管上提到距離地表在5 m以內(nèi)時，適當(dāng)減少每段注漿量和降低灌漿壓力。

灌漿開始時，常常會因?yàn)楣酀{管壁與孔壁之間的孔隙為完全填充密實(shí)，會出現(xiàn)孔口冒漿的現(xiàn)象。此時采用低壓力，將膏漿采用緩緩壓入孔內(nèi)，并直至孔口冒漿，待凝30 min后開始灌漿。這時孔壁與灌漿管之間充滿了膏漿漿液，待凝使之強(qiáng)度升高，可以形成很好的封閉體，可以成功實(shí)現(xiàn)自下而上分段灌漿。

在灌漿過程中，如果在孔周及地面出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，采取待凝（10～30）min后復(fù)灌，或加濃配比，直到孔周不再冒漿和不出現(xiàn)新的冒漿點(diǎn)后恢復(fù)正常灌漿。

灌漿過程中如孔周出現(xiàn)輕微抬動或地面開裂跡象，但孔周邊未出現(xiàn)冒漿。出現(xiàn)抬動后，采取減少流量，降低壓力或采取待凝（20～30）min后復(fù)灌，地表變形不再變化后恢復(fù)正常灌漿。

因?yàn)榇嬖谒^差，在河水位以下存在動水。在灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)堤后農(nóng)田中有冒漿、涌水變渾現(xiàn)象，采取增加漿液稠度，增加注漿量，直至不冒漿或涌水變清。

3 防滲固結(jié)灌漿效果分析

以內(nèi)側(cè)排為例進(jìn)行分析，根據(jù)灌漿資料顯示，內(nèi)排側(cè)I序灌漿孔平均灌漿量大于900 L/m；II序孔灌漿量均量約為 750 L/m；III序孔灌漿量均量約為500 L/m。從上述數(shù)據(jù)可以看出，II序孔的單位耗漿量小于I序孔，II序孔的單耗為I序孔的83%；III序孔單位耗漿量相對I序孔大大減少，III序孔單位耗漿量約為I序孔的53%。可以知道，粘土水泥膏漿可以較大程度地?cái)D壓松散地層，從而大幅度而提高地基密度。

檢查孔注水試驗(yàn)結(jié)果顯示：在未決口段，黏土層透水率較小，其滲透系數(shù)均小于3.0×10-5cm/s，透水率較??；在砂卵石以及塊石分布段，透水率稍大，最大達(dá)到4.9×10-5cm/s。在決口段，填筑土夾石部分，透水率與未決口段黏土部分類似；底層砂卵石與塊石部分其滲透系數(shù)在砂卵石部分相對較大，最大處其滲透系數(shù)均小于4.73×10-5cm/s；但均小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)5.0×10-5cm/s。

4 總結(jié)與建議

（1）黏土水泥膏漿造價便宜，環(huán)保可靠，強(qiáng)度可以滿足一般防滲要求。在松軟巖土體中，粘土水泥膏漿在松軟地層中的擠密作用明顯，可以大幅度地提高地基的密實(shí)性。

（2）黏土水泥膏漿粘度大，流動度較小，漿材顆粒不易分散，凝結(jié)時間可控，在松散填土層充填空隙以及在有動水的條件下使用可快速形成有效的擋水帷幕。

（3）黏土水泥膏漿粘度大，漿液不易分散，難以進(jìn)入細(xì)小的孔隙，在高灌漿壓力作用可能會抬動地層。建議在松軟地層中灌漿施工時，使用黏土水泥膏漿在外圍形成包圍圈，再內(nèi)部使用粘度較低，顆粒較小的漿材進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，兩種漿材相互作用，共同形成擋水帷幕。

[1]任臻，劉萬興.灌漿的機(jī)理與分類[J].工程勘察，1992，（2）：11-14.

[2]程鑒基.灌漿技術(shù)在軟土地基處理中的綜合應(yīng)用［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，1994，5（9）：89-93.

[3]鄭成波，張利生.水巖作用在軟土地基及防滲加固處理中的應(yīng)用與展望[J].巖土工程界，2005，8（8）：35-37.

[4]張貴金，楊松林，陳安重，張群.適應(yīng)深厚復(fù)雜巖土層防滲灌漿的可控性黏土水泥穩(wěn)定漿材及快速配制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2012，31（增1）：3428-3436.

[5]張貴金，楊東升，梁經(jīng)緯，等.粘土水泥復(fù)合漿材強(qiáng)度研究[J].水利水電技術(shù)，2015，46（1）：20-24.

2016-12-26）

趙鐵軍（1967-），男，湖南衡陽人，工程師，從事巖土工程基礎(chǔ)處理施工。