單液硅化灌漿法加固灰場(chǎng)壩肩濕陷性黃土工程分析

胡新剛

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

山西大唐國(guó)際臨汾熱電2×300 MW 機(jī)組工程的灰場(chǎng)，位于臨汾市北偏西方向的溝北村西側(cè)的沖溝內(nèi)，屬于山谷型灰場(chǎng)。儲(chǔ)灰場(chǎng)堆灰完成后，上覆1.0 m耕植土，進(jìn)行覆土還田。

2 工程地質(zhì)

灰場(chǎng)范圍流域地貌屬于土山區(qū)，多年來(lái)溝內(nèi)干枯無(wú)水，雨季來(lái)臨溝內(nèi)洪水暴漲陡落，屬于一條典型的小區(qū)域干溝。貯灰場(chǎng)位于黃土丘陵區(qū)，山高谷深，地形起伏較大，呈西高東低，地面標(biāo)高660～760 m。溝里常年無(wú)水流出，溝主體走向?yàn)闁|西向，溝谷橫斷面主要為“U”字型，高差30 m 左右，坡谷陡立。

貯灰場(chǎng)的壩肩地層下部為第四系中更新統(tǒng)黃土，厚度大于6.0 m，上部為第四系上更新統(tǒng)黃土，厚度大于12 m。溝底地層下部為石炭系泥、頁(yè)巖地層，上部為第四系全新統(tǒng)黃土狀粉土。

在實(shí)際鉆探后，根據(jù)土工試驗(yàn)以及鉆探描述的記錄結(jié)果可以看出，一層黃土和二層黃土具有濕陷性。初期壩兩壩肩濕陷性黃土厚度為10.8～11.5 m，自重濕陷量90.5～156.5 mm，總濕陷量為825.8～1 251.5 mm，屬Ⅲ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地。副壩兩壩肩上半部分為濕陷性黃土，厚度約為4.5 m，自重濕陷量96.8～97.5 mm，總濕陷量為301.0～303.8 mm，屬Ⅱ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地。

3 單液硅化灌漿法技術(shù)分析

單液硅化灌漿法，是利用注漿原理，通過(guò)對(duì)土體不同巖性地層，采用定深、分層、分段和不同壓力，由下往上進(jìn)行注漿，結(jié)合布孔間距，使?jié){液在土層中相對(duì)均勻擴(kuò)散，固結(jié)后達(dá)到加固土體的方法。

注漿原則是注漿量與壓力雙控制，施工順序?yàn)橄韧夂髢?nèi)、由下往上，隔孔隔排施工，內(nèi)排采取飽和注漿的方式，外排采取定量注漿的方式來(lái)進(jìn)行。

灰場(chǎng)單液硅化灌漿工程，沿壩體兩側(cè)布置，初期壩肩灌漿面積920 m2，布灌漿孔695 個(gè)。副壩肩灌漿面積730 m2，布灌漿孔553 個(gè)。

3.1 主要技術(shù)指標(biāo)

本工程施工技術(shù)參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。單液硅化灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 單液硅化灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 灌漿材料及質(zhì)量要求

單液硅化灌漿的漿液，主要材料為套殼料、液體水玻璃（即硅酸鈉）、水。

（1）套殼料：質(zhì)量配比及用料為1∶1.6∶2（水泥∶土∶水），主要的功能為，析水率為9%，穩(wěn)定性為7‰，粘度為26 S，7 d 齡期的抗壓強(qiáng)度為0.3～0.8 MPa。在套殼料中，可以加入一定量的粉煤灰增加其脆性。

（2）水玻璃：硅酸鈉采用模數(shù)M 值為2.5～3.3，波美度為30～45。水玻璃應(yīng)妥善保存，注意防潮并縮短存放時(shí)間，每200 t 水玻璃做一次檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后用于實(shí)際施工。

（3）符合拌制混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)的水，均可作為制漿用水。

3.3 單液硅化灌漿施工

單液硅化灌漿，根據(jù)施工內(nèi)容可分為造孔工序和注漿工序。主要工藝流程如下：

（1）放線(xiàn)定位：由專(zhuān)業(yè)測(cè)量人員在施工軸線(xiàn)用全站儀測(cè)放控制點(diǎn)，然后用白灰畫(huà)出軸線(xiàn)，施工前用鋼卷尺定出孔位。

（2）設(shè)備調(diào)校、定孔：把鉆機(jī)安放在已經(jīng)測(cè)量好的放線(xiàn)孔位上，將鉆桿的頭部對(duì)準(zhǔn)孔位的中心處。鉆機(jī)就位后，需進(jìn)行水平校正，將鉆桿的軸線(xiàn)垂直對(duì)準(zhǔn)鉆孔的中心部位，傾斜度不得大于0.5%，以此來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度。

（3）鉆孔：本工程采用100 型潛孔鉆機(jī)，干法造孔。在設(shè)計(jì)樁位的中心位置先用鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)要求深度，鉆孔的位置偏差不大于5 cm，鉆孔的孔深要達(dá)到設(shè)計(jì)深度。與前期巖土工程勘察不相符的每個(gè)鉆孔的孔位、孔深以及地下障礙物等情況，必須進(jìn)行詳細(xì)記錄。成孔至設(shè)計(jì)孔深后停鉆，安裝連接管路灌注套殼料，待套殼料完全由孔底溢到孔口時(shí)停止灌注，下入袖閥管。

（4）灌注套殼料：套殼料的配比必須按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，因?yàn)樘讱ち系呐渲瀑|(zhì)量是下一步注漿的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、同條件下養(yǎng)護(hù)，發(fā)現(xiàn)參數(shù)誤差應(yīng)及時(shí)調(diào)整，確保7 d 的強(qiáng)度在壓力1.0 MPa以下能夠順利開(kāi)環(huán)。

（5）袖閥管的安裝：貫入注漿管（插管），是將袖閥管插入地層預(yù)定的深度。根據(jù)成孔的深度、花管與實(shí)管的分配長(zhǎng)度來(lái)安裝袖閥管，將袖閥管安放于鉆孔的中間位置，安裝時(shí)必須檢查膠圈是否完好，嚴(yán)禁破損、不牢固的膠圈下入到孔內(nèi)，同時(shí)使用專(zhuān)用的管冒來(lái)封閉管底。下管后及時(shí)將孔口封閉，防止移機(jī)時(shí)損壞及異物的掉入。

（6）材料配置、制漿、泵送：先將硅酸鈉溶液送入拌制的容器里，再加入1.5%～2.5%的氯化鈉及計(jì)算的加水量進(jìn)行均勻攪拌，普通漿液攪拌時(shí)間≤5 min，高速攪拌時(shí)間≤30 s，濃度采用密度計(jì)量測(cè)算。進(jìn)行稀釋的硅酸鈉溶液，一般密度為1.13～1.15 kg/L，根據(jù)地基土的含水量，如果平均值大于22%時(shí)，可適當(dāng)來(lái)調(diào)整密度，提高到1.18～1.25 kg/L。達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，通過(guò)泥漿泵的壓力進(jìn)行注漿。

（7）注漿雙塞鋼管的提升：將注漿雙塞鋼管垂直緩慢插至孔底，插入的同時(shí)要檢查雙塞碗的完好性。進(jìn)行第一段注漿，當(dāng)有大量的漿液從袖閥管內(nèi)泛出時(shí)必須停止注漿，說(shuō)明雙塞有破裂，需拔出進(jìn)行更換。注漿時(shí)每次的提升高度應(yīng)控制在100 cm，交錯(cuò)提升相鄰的兩孔，使?jié){液能均勻注入到每一層位?？蓪⒆{段每隔50～100 cm 提一次，以此來(lái)達(dá)到反復(fù)注漿，二次注漿時(shí)，采取交錯(cuò)隔米的方法進(jìn)行施注。

4 特殊情況處理措施

4.1 特殊情況處理措施

開(kāi)鉆前操作手和機(jī)組班長(zhǎng)要將鉆機(jī)的穩(wěn)固及調(diào)平作為重要程序做好，因?yàn)殂@機(jī)的平穩(wěn)直接影響孔的斜度大小，質(zhì)量檢測(cè)人員需及時(shí)進(jìn)行抽查，對(duì)不合格的孔必須重新開(kāi)孔。

對(duì)地層、孔深和孔位等變化，出現(xiàn)返渣、鉆進(jìn)的速度驟變、漏漿等鉆孔過(guò)程中的特殊情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取處理措施，必須做好詳細(xì)記錄。嚴(yán)格執(zhí)行三檢制，鉆孔必須驗(yàn)收合格，再灌漿，對(duì)鉆孔記錄中的特殊部位，灌漿時(shí)需細(xì)心認(rèn)真對(duì)待，防止質(zhì)量事故的出現(xiàn)。

在套殼料開(kāi)環(huán)時(shí)，壓力將達(dá)到1.0 MPa 以上，而套殼料劈裂后，壓力應(yīng)當(dāng)顯著下降至0.1～0.2 MPa 之間，當(dāng)壓力達(dá)到0.2 MPa 以上時(shí)，立即停止該段的注漿，將注漿內(nèi)管提至上一段，防止壓力過(guò)大對(duì)有效加固土體形成劈裂，造成大的次生隱患。

壓力在0.1～0.2 MPa 之間可按量正常注漿，當(dāng)壓力遇突然增高時(shí)，及時(shí)停泵檢查管路，有可能是管路堵塞，當(dāng)壓力在范圍內(nèi)突然下降時(shí)，可能是有滲漏通道出現(xiàn)，應(yīng)停注觀(guān)察。

4.2 工程質(zhì)量檢查

在灌漿工程施工完成10 d 后，采用探井取樣和動(dòng)力觸探的方法，在灌漿范圍內(nèi)檢測(cè)灌漿質(zhì)量，當(dāng)黃土的濕陷系數(shù)小于0.015，表明黃土的濕陷性全部消除，工程質(zhì)量完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

單液硅化灌漿法的優(yōu)點(diǎn)是能使土的強(qiáng)度得到很大提高，其原材料主要為工業(yè)水玻璃，缺點(diǎn)是成本較高。