注漿技術(shù)在河道防滲中的應(yīng)用探討

韓竹東，樂(lè) 應(yīng) ，汪 杰

流經(jīng)礦區(qū)河道若不經(jīng)過(guò)治理，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的滲漏易造成地面塌陷，對(duì)礦區(qū)周邊居民的人身安全及房屋造成危害，同時(shí)河道水潰入礦坑也易造成淹井事故。安徽銅陵新橋礦業(yè)圣沖河及新西河經(jīng)前期物探，發(fā)現(xiàn)基巖面附近存在過(guò)水通道，為防止產(chǎn)生地面塌陷，河道水潰入礦坑，新橋礦業(yè)最終決定采用注漿方案治理河道滲漏。

1 工程概況

新橋礦業(yè)位于安徽省銅陵市，該礦山是一座以硫礦為主的大型露天—地下聯(lián)合開(kāi)采的礦山。礦區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜,礦坑涌水量大，為典型的大水礦山。礦山東側(cè)采用露天開(kāi)采，截止2015 年礦坑開(kāi)采深度即將達(dá)到設(shè)計(jì)露天開(kāi)采最終標(biāo)高。為了防止井采過(guò)程中出現(xiàn)水害事故，設(shè)計(jì)采用露天坑邊坡外側(cè)地表近礦體帷幕注漿方案及新西河局部河床防滲注漿方案聯(lián)合治水。

2 滲漏問(wèn)題的原因

由于工程開(kāi)發(fā)的外部條件和內(nèi)部條件完善程度差異，造成工程建設(shè)后極有可能會(huì)出現(xiàn)滲漏問(wèn)題，對(duì)水利工程后續(xù)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用產(chǎn)生影響。筆者結(jié)合當(dāng)代水利工程建設(shè)的實(shí)際情況，將出現(xiàn)滲漏問(wèn)題的原因歸納為：

2.1 內(nèi)部原因

建設(shè)期間滲漏技術(shù)的應(yīng)用，多會(huì)按照水利工程建設(shè)的整體建設(shè)情況，將工程施工區(qū)域分為多個(gè)部分，而各個(gè)部分切割施工竣工后再重新組合起來(lái)，但施工時(shí)往往對(duì)水利工程建設(shè)的連接部分防護(hù)不到位，導(dǎo)致區(qū)域切割部分出現(xiàn)連接縫過(guò)大，連接區(qū)域破損等，這樣的水利防水結(jié)構(gòu)，自然也就造成了建設(shè)后滲水的問(wèn)題（詳見(jiàn)表1）。同時(shí)，防滲技術(shù)施工期間，施工人員只注重底部滲水防護(hù)，而忽視了水利建設(shè)周?chē)鷫w滲水問(wèn)題分析。水利工程建設(shè)后，工程周?chē)鷫w建設(shè)區(qū)域內(nèi)，也極有可能會(huì)出現(xiàn)表層滲水的問(wèn)題。

2.2 外部原因

建設(shè)過(guò)程中應(yīng)用的建設(shè)材料不合格，工程建設(shè)后，壩體邊緣、壩體防護(hù)區(qū)域，就會(huì)出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)脫落、局部墻體坍塌的問(wèn)題，防滲技術(shù)在水利工程中應(yīng)用的效果就會(huì)明顯下降。

同時(shí)，水利工程建設(shè)期間，由于施工人員對(duì)施工各個(gè)環(huán)節(jié)不夠了解，防滲技術(shù)施工要點(diǎn)把握不到位，在區(qū)域施工時(shí)也會(huì)遺留下技術(shù)殘缺，導(dǎo)致工程施工后滲水。

此外，由于水利大壩、橋梁等部分，長(zhǎng)期處于潮濕，水體強(qiáng)度沖擊的狀態(tài)，混凝土建設(shè)部分極易出現(xiàn)局域老化的情況，也會(huì)造成以混凝土為主的防護(hù)墻體區(qū)域老化。

3 河道防滲加固區(qū)工程量布置

河道防滲加固區(qū)范圍主要通過(guò)前期物探試驗(yàn)確定，經(jīng)物探試驗(yàn)確定的防滲加固區(qū)面積約25983m2。共分為8 個(gè)加固區(qū)，加固區(qū)平面上呈長(zhǎng)帶狀，其中圣沖河A 區(qū)加固體長(zhǎng)度約280m，加固體寬20-50m。新西河B-H 區(qū)長(zhǎng)度520m，加固體最寬處C 區(qū)60m，一般40-60m。

4 河道防滲加固區(qū)水文地質(zhì)條件

根據(jù)前期水文地質(zhì)勘探成果，河道防滲加固區(qū)自上而下含水層主要有2 大類(lèi)：第四系孔隙水及碳酸鹽巖巖溶裂隙水。

4.1 第四系孔隙水

防滲加固區(qū)內(nèi)第四系范圍主要分布于圣沖河、朱沖河河谷、河床地帶，主要分為全新統(tǒng)沖洪積()松散孔隙含水層及中更新統(tǒng)沖洪積()弱孔隙含水層。

（2）弱富水孔隙含水層

4.2 碳酸鹽巖類(lèi)巖溶裂隙水

強(qiáng)～中等富水碳酸鹽巖類(lèi)巖溶裂隙含水巖組

茅口組(P1m)：巖性為灰?guī)r，-150m 以上巖溶裂隙較發(fā)育，前期勘探時(shí)鉆孔見(jiàn)洞率為66.6%，平均巖溶率6.33%。富水性強(qiáng)，鉆孔遇此層時(shí)多處漏水，含水性極不均一，該層滲透系數(shù)為0.01 ～26.61m/d，為礦床間接充水頂板。

5 注漿防滲加固設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)注漿孔間距10m，設(shè)計(jì)注漿防滲底深度為進(jìn)入灰?guī)r10m，設(shè)計(jì)注漿加固體滲透系數(shù)為0.06m/d(近似于透水率5Lu)。

6 注漿施工工藝

6.1 注漿材料

河道防滲加固注漿以水泥粘土漿為主，漿液的配制集中在制漿站攪拌配制，自流至二次攪拌桶，再通過(guò)注漿泵向鉆孔內(nèi)灌注。漿液濃度由稀至濃，漿液配比主要有（水泥：粘土：水）1:3:4.8、1:3:4、1:2:3、1:1:2 四種供注漿選擇，添加劑為水玻璃，水玻璃占固體比重多在1%，對(duì)于注漿量較大區(qū)域，添加水玻璃2%。

注漿水泥：P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥。粘土：塑性指數(shù)≥15，小于0.005mm 粒徑含量不小于40%，0.005 ～0.05mm 粒徑含量一般不大于45%，含砂量（0.05 ～0.25mm）不大于5%。水玻璃：模數(shù)為2.8 ～3.4，濃度為38 ～45 波美度。

6.2 注漿方式

由于注漿鉆孔較淺，為了防止地面冒漿，便于控壓同時(shí)保證注漿質(zhì)量，本次注漿采用自上而下孔口封閉孔內(nèi)循環(huán)式注漿。

即孔內(nèi)下入套管，孔口使用孔口封閉器封閉，射漿管穿過(guò)孔口封閉器進(jìn)入鉆孔，注漿時(shí)漿液通過(guò)射漿管送至孔內(nèi)。注漿泵安裝回漿裝置，用以注漿時(shí)的壓力調(diào)節(jié)。

6.3 注漿段長(zhǎng)

主要分為兩段式注漿，第一段鉆進(jìn)至基巖面1～2m，封套管后進(jìn)行注漿，若在第四系土層遇空洞應(yīng)立即停鉆注漿。第二段直接鉆進(jìn)至灰?guī)r以下10m，然后進(jìn)行注漿。

6.4 注漿壓力

注漿過(guò)程中，將壓力計(jì)安裝在注漿孔口回漿管路上，并依據(jù)設(shè)計(jì)注漿終壓來(lái)確定不同孔段的注漿壓力。第四系注漿主要為了加固土層，填充土洞，設(shè)計(jì)終壓采用0.3MPa；基巖部分按正常注漿壓力控制，因鉆孔較淺（多為30～50m）設(shè)計(jì)注漿終壓為1.2 MPa，減去漿柱壓力，即孔口表壓為0.4 MPa。

由于鉆孔較淺，第四系注漿極易出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，對(duì)于冒漿嚴(yán)重鉆孔段，在遵照設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，注漿結(jié)束壓力可適當(dāng)降低。

6.5 漿液濃度的變換

單次注漿過(guò)程中當(dāng)某一配比的水泥粘土漿注入量已達(dá)25m3，并且注漿壓力無(wú)明顯上升時(shí)，則改用濃一級(jí)配比漿液；當(dāng)采用最濃配比的漿液灌注仍不起壓時(shí)，則增加水玻璃用量，從起注時(shí)的1%增加到2%。仍然沒(méi)有起壓的，則需間歇注漿，間歇注漿第四系注漿段一次注漿量約100m3，基巖注漿段一次注漿量約150 m3，間歇時(shí)長(zhǎng)一般為8 小時(shí)。

6.6 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

注漿過(guò)程中滿足以下兩點(diǎn)即可結(jié)束該段注漿：

①注漿壓力均勻持續(xù)上升達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓，同時(shí)鉆孔單位吸漿量小于10L/min 時(shí)，并且持續(xù)30 分鐘即可結(jié)束注漿。

②注漿完畢后，經(jīng)待凝、掃孔、鉆孔沖洗后，再進(jìn)行單段壓水試驗(yàn)，段次單位透水率小于3Lu 即可完成該段注漿。

6.7 注漿孔封孔

注漿孔最后一段達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，經(jīng)全孔壓水試驗(yàn)檢驗(yàn)合格即可進(jìn)行封孔，若壓水試驗(yàn)不合格應(yīng)進(jìn)行全孔注漿直到壓水試驗(yàn)合格。因鉆孔較淺，封孔采用“全孔灌漿封閉法”進(jìn)行封孔。直接將孔口封閉，進(jìn)行純壓式灌注封孔。封孔時(shí)漿液采用配比為1:1:1.6 的水泥粘土漿，壓力采用1-2 倍最大注漿壓力。封孔結(jié)束后，孔內(nèi)漿液凝結(jié)會(huì)產(chǎn)生空孔段，對(duì)空孔段用漿液配比為1:1:1.6 的粘土漿填滿。

7 注漿防滲效果評(píng)價(jià)

河道防滲注漿完成后施工了26 個(gè)檢查孔，檢查孔多處可見(jiàn)漿液結(jié)石體，表明注漿漿液擴(kuò)散較好。同時(shí)對(duì)檢查孔進(jìn)行了壓水試驗(yàn)，檢查孔透水率均小于3Lu，滿足設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明注漿漿液對(duì)周?chē)翆蛹皫r層充填較好。

河道防滲加固工程的處理地層很大一部分是第四系卵石土（碎石土），由于壓水試驗(yàn)時(shí)，流量較大，容易沖垮孔壁，遂同時(shí)采用注水試驗(yàn)獲取第四系土層的透水率。本工程注漿加固區(qū)域采用降水頭注水試驗(yàn)。

本工程對(duì)檢查孔J11、J12、J17、J19、J25、J26 做了注水試驗(yàn)，得出試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 部分檢查孔注水試驗(yàn)結(jié)果

由上表可知，注漿后第四系滲透系數(shù)極小，基本不透水。由此可見(jiàn)河道防滲加固工程對(duì)河道電阻異常區(qū)域注漿效果顯著，有效的加固了第四系碎石土層，充分的填充了灰?guī)r的裂隙、巖溶區(qū)域，達(dá)到了原設(shè)計(jì)方案的處理效果。

8 混凝土防滲技術(shù)施工設(shè)備

8.1 防滲墻施工設(shè)備

（1）鋼繩沖鉆機(jī)。在建設(shè)防滲墻時(shí)要使用的設(shè)備是鉆孔機(jī)械，在應(yīng)用鋼繩沖鉆機(jī)時(shí)要先對(duì)地層進(jìn)行破碎沖擊施工。在實(shí)際的工作中，這是必須要進(jìn)行的步驟。之后要有效清理地屑層，此時(shí)用到的工具是抽砂筒，但是這種方法其中存在一些缺陷，效率過(guò)低就是缺陷之一，不僅如此，還會(huì)消耗大量的電能。

（2）沖擊式循環(huán)鉆機(jī)。在當(dāng)前的發(fā)展階段中，沖擊式反循環(huán)鉆機(jī)也是一種常用的防滲墻施工設(shè)備。與鋼繩沖鉆機(jī)相比，具有消耗能量低的優(yōu)勢(shì)，而且施工效率也有所提升。正是因?yàn)樵撛O(shè)備優(yōu)勢(shì)較為明顯，所以在實(shí)際的施工工作中得到了廣泛的應(yīng)用。

8.2 防滲墻造孔設(shè)備

造孔工藝主要應(yīng)用于防滲墻槽孔筑造施工中，工藝方法有兩種，其中一種是鉆劈法，在砂卵石地層中這種方法比較適用。在具體的施工中，要?jiǎng)澐植煌牟鄱?，之后同時(shí)跟進(jìn)分槽孔和主槽孔工藝。當(dāng)槽孔達(dá)到一定深度后，要劈打副孔，并將石渣清理干凈。另外一種方法是鉆抓法，這種方法在緊密的地層造孔中比較適用，需要用到的工具是沖擊鉆。

9 防滲技術(shù)在建設(shè)中應(yīng)用要點(diǎn)探究

9.1 明確技術(shù)應(yīng)用一般流程

防滲技術(shù)，是指借助專(zhuān)業(yè)的技術(shù)手段，在水利工程建設(shè)過(guò)程中，針對(duì)大壩底部、橋梁基墩等部分，開(kāi)展專(zhuān)業(yè)的防護(hù)措施。一般來(lái)說(shuō)，防滲技術(shù)的應(yīng)用需經(jīng)過(guò)：灌漿、防滲墻建設(shè)、以及邊緣檢驗(yàn)三方面。

灌漿環(huán)節(jié)，是防滲技術(shù)實(shí)施的基礎(chǔ)，該環(huán)節(jié)主要通過(guò)鉆孔、沖洗、注水試驗(yàn)三個(gè)步驟，對(duì)水利工程建設(shè)的根基部分進(jìn)行建設(shè)。防滲墻建設(shè)，是通過(guò)鉆進(jìn)、固壁兩個(gè)步驟的工作，對(duì)防滲基層進(jìn)行防滲加固。即，防滲加固處理中的每一次墻體加固建設(shè)，都是對(duì)地下連體墻建設(shè)條件的外部固定;且防滲墻建設(shè)中應(yīng)用的鋼繩，具有堅(jiān)固和頑固力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，可直接對(duì)水利工程的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。注水試驗(yàn)，是指進(jìn)行水利工程施工建設(shè)時(shí)，要結(jié)合水利工程建設(shè)的以上兩個(gè)步驟，科學(xué)把握水利建設(shè)各個(gè)環(huán)節(jié)承受力、穩(wěn)固性的測(cè)驗(yàn)，三個(gè)步驟全部完成后，方可實(shí)現(xiàn)了防滲技術(shù)的完全應(yīng)用。

9.2 振動(dòng)沉模法

理論歸納。振動(dòng)沉模法，是指以振動(dòng)沖擊樁固定聯(lián)合模板加固的方法，對(duì)水利工程建設(shè)中的墻體進(jìn)行加固。該種方法主要是以振動(dòng)體系的振動(dòng)沖擊力在振動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的豎向振動(dòng)強(qiáng)度，將空腹鋼板模型沉入到地層建設(shè)當(dāng)中，使墻體在鋼板加固的狀態(tài)下，可在振膜與帷幕之間建立良好的防滲阻隔屏障。該技術(shù)的技術(shù)要點(diǎn)可歸納為：

（1）振動(dòng)墻體建設(shè)。施工人員按照水利工程建設(shè)的一般要求，建立水利工程建設(shè)模型，并用振動(dòng)沖擊樁對(duì)其進(jìn)行固定。

（2）振動(dòng)沉模板按照垂直與墻面擺放，且保持墻面平整、無(wú)縫。

（3）建立墻體抗?jié)B坡，并按照100 平方米為以個(gè)模塊的標(biāo)準(zhǔn)，在墻體邊緣修筑防滲坡。

（4）按照墻體振動(dòng)強(qiáng)度的大小，適當(dāng)調(diào)整防滲板周?chē)Z卵石的數(shù)量，但鵝卵石放置高度應(yīng)＞15m。

9.3 噴射灌漿調(diào)節(jié)法

噴射灌漿調(diào)節(jié)法，也稱(chēng)為往復(fù)式高壓灌漿法，是指水利工程建設(shè)期間，除了按照常規(guī)灌漿法進(jìn)行基層處理之外，還應(yīng)在后續(xù)防滲模板建設(shè)時(shí)，利用專(zhuān)業(yè)的高壓噴射設(shè)備，進(jìn)行防滲層的高壓噴射。一般來(lái)說(shuō)，噴射灌漿發(fā)調(diào)節(jié)法，需在防滲墻建設(shè)后，集中進(jìn)行水泥漿、水體、以及氣體的噴射，以避免防滲墻在后期水體沖擊時(shí)，出現(xiàn)開(kāi)裂、滲水的問(wèn)題。

9.4 復(fù)合土防滲法

復(fù)合土防滲法，是指利用水利工程壩的土壩結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)水利工程的防滲能力。一方面，復(fù)合土應(yīng)用時(shí)，必須是黏度、密度相似的素土作基層。另一方面，復(fù)合土防滲工膜部分，需按照現(xiàn)澆混凝土、混凝土預(yù)制板、干砌塊石順序逐層放置的方法進(jìn)行固定。

9.5 托底防滲策略

拖底灌漿防滲技術(shù)，是一項(xiàng)大規(guī)模區(qū)域空間填充防滲措施，或者也可以將該種防滲策略，看作是水利工程建設(shè)中的一種懸掛式保護(hù)屏障。該技術(shù)實(shí)施步驟可歸納為：

（1）基層灌漿環(huán)節(jié)進(jìn)行初步加固。即，水利工程中的防滲墻體建設(shè)時(shí)，需尤為注意基層灌漿部分底部灌漿的穩(wěn)固情況，一般基層灌漿時(shí)，采用稠漿和砂礫為灌漿的主要材料。

（2）基層灌漿后，外部加壓強(qiáng)度要在底部預(yù)留出2-5cm 的大孔隙。該環(huán)節(jié)中預(yù)留出來(lái)的底部孔隙，是為后續(xù)帷幕建設(shè)期間上層加壓處理時(shí)發(fā)生下沉提供空間。

（3）將底部大孔隙徹底固定密封。

9.6 防滲墻槽孔技術(shù)

防滲墻槽孔技術(shù)，是指在水利工程防滲墻體建設(shè)過(guò)程中，可通過(guò)預(yù)留水體流動(dòng)空間的方法，減少防滲墻周?chē)臎_擊力度。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，防滲墻孔槽技術(shù)，就是在防滲墻體下側(cè)留置一個(gè)水流孔。當(dāng)水流區(qū)域受到巨大的沖擊時(shí)，水流可通過(guò)小孔流向?qū)?cè)，而不會(huì)增加水體對(duì)防滲墻的沖擊。②案例探究。舉例來(lái)說(shuō)，G 地區(qū)水利工程建設(shè)期間，施工人員為了避免區(qū)域水流漲潮、落潮造成的沖擊，在進(jìn)行防滲墻建設(shè)時(shí)，按照500m 一個(gè)防滲槽孔的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水流強(qiáng)度調(diào)節(jié)。同時(shí)，在小孔建設(shè)期間，內(nèi)部采用巖石層層搭建的方式，設(shè)計(jì)一個(gè)水流調(diào)節(jié)小孔。而小孔轉(zhuǎn)折區(qū)域采用沿岸管道引流法進(jìn)行排水。該工程建設(shè)過(guò)程中所應(yīng)用的水體引流調(diào)節(jié)方法，不僅可以減少水利工程水利防滲墻體所受的沖擊，也可以調(diào)節(jié)漲潮、落潮時(shí)的水流沖擊力度，降低水利工程建設(shè)區(qū)域坍塌的問(wèn)題發(fā)生。

10 結(jié)論

通過(guò)采用合理的設(shè)計(jì)參數(shù)、施工工藝及漿液材料對(duì)河道防滲加固區(qū)進(jìn)行注漿處理，取得了良好的防滲效果。說(shuō)明注漿技術(shù)適用于河道防滲加固處理，對(duì)類(lèi)似河道防滲加固處理具有參考借鑒價(jià)值。