堤防工程粗粒土控制灌漿修復(fù)加固施工探討

劉成峰，湯傳波

(江蘇天源建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇 淮安 211700)

0 引 言

滑坡是我國水利工程中較為常見的地質(zhì)災(zāi)害之一，為提升滑坡災(zāi)害識別能力加強(qiáng)風(fēng)險防控，國內(nèi)學(xué)者先后展開大量研究，并取得較為豐碩的成果，但是在膨脹土岸坡以及堤壩滲透滑坡等方面仍缺乏系統(tǒng)性研究。為此，本研究對堤防粗粒體控制灌漿修復(fù)加固技術(shù)進(jìn)行專項(xiàng)研究，旨在形成堤防控制灌漿柔性防護(hù)加固技術(shù)施工工藝體系，為堤防工程砂卵礫石滲漏及滑坡預(yù)防提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程區(qū)概況

維橋河流域盱眙段右岸堤防工程屬于堤壩粗立體控制灌漿修復(fù)加固施工示范點(diǎn)，河段落差258m，比降均值3.84‰，為流域洪泛區(qū)。示范點(diǎn)距離河床較近，河谷谷底較為平坦，平均寬度565m，堤防工程堤身填土材料主要為夾砂卵礫石的粉質(zhì)壤土，堤基則直接位于厚度5-14m的砂卵礫石層之上，下伏紅紫色白堊系上統(tǒng)灌口組粉砂質(zhì)泥巖。堤身和堤基礎(chǔ)均屬于粗粒土料，并存在局部性滲漏穩(wěn)定問題。

2 粗粒土控制灌漿修復(fù)加固施工

2.1 鉆孔

本堤防工程粗粒土控制灌漿采用直徑鉆孔直徑145mm的HM-90型風(fēng)動潛孔鉆機(jī)鉆孔，并按照上下游排到中間排的次序施工。在鉆孔時應(yīng)嚴(yán)格控制風(fēng)動潛孔鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)速度、角度及鉆壓，以保證砂卵礫石中鉆進(jìn)施工質(zhì)量。通過雙管單動鉆具鉆孔取芯，以保證芯樣的采取率與完整率。

2.2 灌漿試驗(yàn)

本工程以鈣基膨潤土和P.O42.5R普通硅酸鹽水泥為主要灌漿材料。套殼料強(qiáng)度控制應(yīng)為灌漿施工重點(diǎn)控制方面，本項(xiàng)目主要將套殼料3d強(qiáng)度控制在0.3MPa，共進(jìn)行十組套殼料配比試驗(yàn)，進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選后選擇(0.8-1.0):1的水膠比，并將漿液結(jié)石3d抗壓強(qiáng)度控制在0.3-0.4MPa。

結(jié)合對可灌注性、粒徑<0.1mm顆粒含量及透水性等方面的分析進(jìn)行地層可灌注性判斷，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，水泥砂漿完全適用，試灌選用普通水泥漿液和膏狀漿液[1]。普通水泥漿液水灰比按照2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1及0.4∶1等情況確定，其中最后一級對應(yīng)膏狀漿液。

2.3 套閥管下設(shè)及套殼料注入

終孔后進(jìn)行鉆孔質(zhì)量驗(yàn)收，合格后下設(shè)直徑89mm鋼管所加工成的套閥管，其上花孔直徑15mm，每環(huán)設(shè)置四個花孔，且任意兩環(huán)距離為33cm，并應(yīng)結(jié)合孔深進(jìn)行套閥管長度的調(diào)整。通過注漿器從內(nèi)套閥孔開始以泵送方式向套閥管外側(cè)灌注套殼料，注料量控制在15.8L/m，且待孔口出漿后停止灌注套殼料，完成后凝結(jié)3d，再進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

2.4 灌漿施工

類似工程堤身和地基砂卵礫石層可通過套閥管法、孔口封閉法、套管灌漿法等進(jìn)行灌漿施工，考慮到套閥管法漿液消耗量少、成孔率高、施工過程可控，故本堤防工程擬采用套閥管法從下至上分段注漿，并采用純壓式注漿工藝?；鶐r段則進(jìn)行由上至下的純壓式注漿。三排注漿孔均按照上游排→下游排→中間排的次序施工，排間再加密施灌。處于灌漿施工效率考慮，主要采用壓力穩(wěn)定、運(yùn)行良好、額定注漿壓力10MPa、最大排量207L/min的3-SNS型三缸往復(fù)式柱塞注漿泵，配套設(shè)備包括容積6200L、攪拌葉旋轉(zhuǎn)速率高的強(qiáng)制高速制漿機(jī)以及設(shè)計容積600L、攪拌軸設(shè)計轉(zhuǎn)速50r/min的集漿桶等。為保證漿液質(zhì)量，同時還使用GJY-V11型多路注漿記錄儀，采集灌漿數(shù)據(jù)并加強(qiáng)對注漿過程的全過程監(jiān)控；選擇包括上下兩個高壓膨脹塞所組成的直徑75.12mm高壓循環(huán)膨脹式注漿器，其中間為注漿花管，且長度可調(diào)，具有全管段密封良好、膨脹率高等技術(shù)優(yōu)勢。

2.4.1 灌漿段長及灌漿壓力

為進(jìn)行灌漿參數(shù)確定，在正式施工前選擇砂卵礫石地層進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，水泥漿液通過套閥管注入，確保注漿量的基礎(chǔ)上將灌漿段長確定為2.0m；基巖段灌漿段長分別采用2.0m和3.0m兩種情況，當(dāng)壓水透水率不超過10Lu的情況下，可將兩段灌漿段合并。

結(jié)合堤防工程高度及砂卵礫石地層實(shí)際深度，將試驗(yàn)段水頭壓力最大值確定為0.2MPa，并按照水頭壓力最大值的1.5倍進(jìn)行安全系數(shù)的確定；按照0.3MPa的注漿壓力起灌，注漿壓力始終控制在1.0MPa以內(nèi)，具體取值情況詳見表1。

表1 灌漿壓力控制情況

2.4.2 漿液變化

在注漿施工過程中，為確保防滲帷幕厚度、節(jié)省水泥漿液、嚴(yán)控注漿漿液擴(kuò)散范圍，必須保證漿液變化過程的合理性：在注漿壓力即定且漿液灌注率減小時，或在漿液灌注率不變且注漿壓力持續(xù)升高時，水固比應(yīng)保持不變；若特定比級漿液灌注量超出600L或持續(xù)注漿時間超出1/2h以上，且灌漿壓力和水泥漿液灌注率均保持不變時，應(yīng)將水泥漿液濃度升高一級；漿液灌注速率應(yīng)控制在30L/min以內(nèi)，持續(xù)灌注時間應(yīng)控制在1/2h以內(nèi)，如果達(dá)不到，則應(yīng)改為間歇灌注，且間歇注漿時間應(yīng)不短于1/2h；注漿施工過程中若累計干料注入量超出1.0t/m，則應(yīng)盡快采取間歇灌注及限流措施[2]。

灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)依所使用的漿液類型而不同：在采用普通水泥漿液的情況下，若漿液灌注速率降至1.0L/min以下，則應(yīng)在持續(xù)澆筑1/2h后結(jié)束該段注漿；在采用膏狀漿液的情況下，基本達(dá)到不吸漿狀態(tài)時便可結(jié)束注漿。由于本堤防工程注漿試驗(yàn)過程中并未使用膏狀漿液，故只需按照普通水泥漿液灌注進(jìn)行灌漿結(jié)束情況的判斷。

3 灌漿效果檢查

3.1 檢查孔布置

結(jié)束灌漿后進(jìn)行為期14d的待凝檢查，并對檢查孔進(jìn)行鉆孔取芯及注水試驗(yàn)，檢查孔必須設(shè)置在帷幕中心地質(zhì)條件復(fù)雜且對注漿施工質(zhì)量影響較大的區(qū)域。檢查孔主要通過地質(zhì)鉆機(jī)清水鉆進(jìn)，待凝結(jié)48h后進(jìn)行后續(xù)施工。檢查孔鉆孔過程中，孔口管必須欠入原注漿孔注漿頂1.0m深，并待檢查孔實(shí)際深度<原注漿孔終孔深度1.0m后結(jié)束，并按設(shè)計要求逐次段進(jìn)行施工及注水試驗(yàn)。

3.2 注水及壓水試驗(yàn)

采用常水頭注水試驗(yàn)方式進(jìn)行檢查孔滲透試驗(yàn)。開始注水前按照5min時間間隔觀測地下水情況，并待連續(xù)兩次觀測數(shù)據(jù)的差額不超出10cm時結(jié)束觀測，地下水位結(jié)果以最后的觀測值為準(zhǔn)。檢查孔注水試驗(yàn)從上至下分段展開，且結(jié)合該堤防工程地質(zhì)條件，將試驗(yàn)段長確定為3-8m。

為確定該堤防工程注漿加固后地層所實(shí)際承受的水力破壞壓力極限值，應(yīng)對地層復(fù)雜處展開破壞性壓水試驗(yàn)，并結(jié)合具體試驗(yàn)過程和結(jié)果確定水力滲透極限與壓水壓力之間的關(guān)系，以便為施工過程提供指導(dǎo)。

3.3 灌漿效果

結(jié)合壓水試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行該堤防工程示范點(diǎn)注漿前后地層透水率變動趨勢分析，并據(jù)此進(jìn)行注漿效果評價。根據(jù)各序次注漿孔注漿前透水率頻次曲線、注漿前透水率均值及透水段數(shù)統(tǒng)計情況(圖1)可以看出，隨著注漿孔序的增加，透水率呈明顯的遞減趨勢，Ⅱ序孔透水率均值比Ⅰ序孔透水率均值小25.9%，Ⅲ序孔透水率均值比Ⅱ序孔透水率均值小38.1%，這種各序孔注漿透水率遞減趨勢符合注漿施工質(zhì)量控制實(shí)際[3]。

圖1 各序次注漿孔注漿前透水率頻次曲線

根據(jù)所進(jìn)行的注入量、檢查孔注水壓水試驗(yàn)、透水率等試驗(yàn)成果，該堤防工程示范點(diǎn)粗粒土控制灌漿施工效果良好，且透水率和水泥漿液灌注量均表現(xiàn)為明顯的遞減趨勢；各段次檢查孔滲透系數(shù)也均不超出1.0×10-5-9.0×10-5cm/s的范圍。

4 結(jié) 論

通過文章對具體堤防工程粗粒土控制灌漿施工過程的分析表明，套閥管注漿施工技術(shù)對于砂卵礫石地層控制灌漿較為適用，由下至上的純壓式分段注漿施工能保證水泥漿液順利灌進(jìn)粗粒土土層結(jié)構(gòu)內(nèi)，取得較好的滲透式控制注漿施工效果。堤防工程堤壩粗粒土中砂卵礫石土體粒徑較大，故其注漿孔應(yīng)當(dāng)按照三排設(shè)置，且排距和注漿孔間距均應(yīng)按照1.0m控制，并嚴(yán)格按照設(shè)計要求控制注漿壓力，注漿施工效果良好。