雙液控制灌漿技術在漂卵石層防滲帷幕中的應用

趙鐵軍

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司長沙市410007）

1 工程概況

百色水利樞紐水庫淹沒區汪甸防護工程位于右江樂里河支流上，堤防工程主要建筑物有防護堤、自排涵、排澇站、排滲井等，防護堤全長1 182.9 m，地面高程（220～231）m，堤頂高程229.5 m。

2006年8月底～9月初，當庫水位達到222 m高程時，發現東區防護堤基土滲水濕潤嚴重，部分堤段（樁號1+715～2+155m）排滲井已出現涌水涌砂現象，在原水文站東面地形較低的地方（地面高程221 m以下）浸水嚴重，地面逐步產生沼澤化。當庫水位進一步增加至正常庫水位時，局部可能會出現管涌，嚴重危及到堤防安全，必須進行有效的防滲處理。

根據勘探，堤基地層自上而下為：

（1）堤防填土（QS）：紅褐色、黃褐色粉質粘土及含碎石粉質粘土等，來源于階地上的沖積層和附近的山坡上殘坡積層。

（2）粉質粘土（Qpal-2）:厚度（2～5）m，較密實。可硬塑狀態。滲透系數K=（5.84×10-6～6.45×10-5）cm/s。

（3）含泥漂卵石層（Qpal-1）:厚（3.5～12.2）m。結構松散，但無架空現象，局部泥質膠結，底部漂卵石含泥量較少，漂石分布不均一。滲透系數K=（1.68×10－3～1.12）cm/s。

（4）基巖為T2L中厚層灰色砂巖夾淺灰色泥巖或與砂巖互層，隔水性能良好。

2 防滲處理設計與施工

按照設計要求，結合堤基的水文、工程地質條件，采取雙液（水泥、水玻璃）灌漿方法，對漂卵石層進行防滲灌漿處理（以下簡稱“雙液帷幕灌漿”），灌漿自下而上分段進行。

帷幕灌漿沿堤頂縱向設置，按2排2序施工，孔距2.0 m，排距1.2 m，呈梅花形布置，孔深進入基巖（0.5～1.0）m。

2.1 灌漿材料的配合比

針對本工程是在漂卵石層中進行帷幕灌漿，且當樂里河水位上漲時屬于動水條件注漿。在這種情況下，為控制漿液不致流失太遠，必須使漿液在合適的時間內凝固。

漿材配比試驗選擇1∶1和0.8∶1兩組水灰比，分別摻加3%、5%、7%、10%的水玻璃進行了漿液初、終凝時間、流動性、析水率的測定，其成果見附表。

施工時，根據本工程的實際情況，采用4%的水玻璃摻量為基數，適時根據鉆孔灌漿情況進行調整。

2.2 灌漿設備與機具

漿液攪拌桶采用0.6 m3立式攪拌桶。

輸漿管采用軟鋼絲加固管和鋼管，并保證能承受1.5倍的最大壓力。

灌漿設備：采用專用雙液灌漿泵并結合采用SGB-10型灌漿泵。

附表可使用的雙液漿的配比和性能表

2.3 制漿

原漿制備主要采用宏禹巖土公司自行研制的ZJ-2000全自動集中制漿站、原漿經分送到儲漿桶后，采用低速制漿機根據需要配比配漿后輸往各施工點。

制漿材料必須稱量，稱量誤差不大于5%。水泥等固相材料宜采用重量稱量法。混合漿嚴格按配比配置。各類漿液必須攪拌均勻。

制漿使用與集中制漿站配套的高速攪拌機，攪拌時間不少于30 s。漿液在使用前應經二次過篩，從制漿到用完的時間不超過4 h。

2.4 造孔

（1）放線布孔。

首先根據設計圖紙標明的孔位，采用皮圈尺和鋼尺進行鉆孔整體放樣。確定施工軸線后，并逐孔定好孔位，用油漆在防浪墻上標記好，并每隔20 m設置控制性樁號。施工時，再用鋼卷尺重新校測，逐孔復核孔位（防止施工過程時標記樁被移動），孔位與設計位置偏差不大于10cm。

（2）造孔。

●鉆機就位。孔位確定無誤后，將鉆機移至核定的孔位上，按照要求進行機架、機座校正，確認導桿或立軸與鉆孔傾角一致，并在同一軸線上，配備良好鉆具，保證鉆孔鉛直開孔。

●鉆進。開孔采用沖擊鉆，穿過覆蓋層進入漂卵石層后，采用地質鉆機鉆進。為防止施工中過多的鉆進水滲入堤身內，影響堤身穩定，堤身鉆進均采用套管對土層進行有效防護隔離。鉆孔結束后，再將套管拔起。

（3）鉆孔記錄與鉆孔保護。

鉆進過程中，各孔要求詳細記錄孔位、孔深、地層變化、換層情況和水位下降、掉鉆，尤其注意分層的位置所在，遇到的特殊情況（大漂石、含泥夾層、掉鉆、卡鉆等）。導孔、試驗孔、檢查孔等均作詳細地質編錄，記錄巖土層分層厚度、性狀和觀測地下水位等地質情況。

鉆進至設計孔深后，待灌或灌漿結束時待鉆，孔口均進行加蓋處理，防止異物進入。

2.5 灌漿

（1）灌漿方法。

本工程帷幕雙液灌漿采用依次加密法分二序施工，自下而上分段灌漿法，段長0.5 m。

鉆孔達到要求深度后，下入灌漿管至孔底（若垮孔，采用打桿法至孔底），然后用碎礫石回填孔內至含泥漂卵石層頂部，上部采用粘土填滿灌漿管與孔壁之空隙，試壓漿，當止漿效果較差時，再適度送入雙液漿至孔口返漿為止，待凝（30～60）min，開始灌注。如果在上提灌漿管后，出現從灌漿管和土層間隙處出現冒漿，采取再次注漿后孔口返漿后待凝10 min左右的方法，使漏漿得到有效止漿。

（2）漿液水灰比：灌漿漿液濃度按先稀后濃、逐級變換的原則進行。

漿液水灰比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1。一般情況下開灌水灰比采用1∶1，漿液配制要稱量準確，保證誤差小于5%。漿液變換按以下條件控制，即：

當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時或當注入率不變，壓力持續升高時，不得改變水灰比。當某一級漿液的注入量達300 L以上或灌注時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不明顯時，應改濃一級水灰比或通過控制水玻璃的加入量來控制漿液灌入量。當注入率大于30 L/min，可根據具體情況，降低壓力，調整漿液膠凝時間來控制灌漿。

灌漿過程中，水玻璃最大摻量為5%，若灌漿段吸漿量太少，則適量降低水玻璃的摻量至1%～3%；若灌入量過大，降低壓力，減少注入率，適當延長灌漿時間，待注入漿液逐步凝固后，在緩慢升壓至結束。

（3）灌漿壓力。

灌段灌漿壓力最大值不得超過0.6 MPa。壓力表安裝于孔口進漿管路上。灌漿時，應盡快達到設計壓力。但當注入率較大，可考慮分級升壓。

（4）結束標準。

采用雙液控制灌漿自下而上灌漿法，達到設計規定最大壓力0.6 MPa，累計注入量達到750 kg/m后,上提灌漿或終孔結束。

（5）封孔。

每個雙液灌漿孔全孔灌漿結束后，經監理工程師驗收合格后，土層中倒入粘土球，用鉆桿擊實封孔，每次擊實回填厚度不超過30 cm。

3 幾種情況下的處理措施

3.1 內外水位發生變化時的施工措施

庫水位低于堤內被保護耕地地面高程2 m以下時，堤基帷幕雙液灌漿依據前述的施工工藝進行；當庫水位急劇上漲，高于被保護耕地地面高程時，堤基帷幕雙液灌漿需采取以下針對性措施：

（1）由于庫水位升高，堤基及耕地地區地下水位將會抬升，灌注漿液在地下水流作用下，將會向耕地內側反流，形成動水條件下施工。因此，灌漿必須嚴格控制其擴散半徑，適當加大速凝劑摻量（5%～7%），以防漿液擴散太遠，影響灌漿效果。

（2）加強對堤內被保護區的觀測力度，嚴格控制灌漿灌入量，防止因灌漿而引起堤內抬動、擊穿而出現涌、突水事件。

（3）適時檢查施工使用的壓力表、流量表等計量設備的靈敏度，防止因儀表失靈而導致涌、突水事件的發生。

3.2 孔斜的控制

當鉆孔鉆至（5～10）m時，對鉆機平臺和立軸鉆桿進行觀測，若發現異樣時，及時進行孔斜測量，偏斜率不能滿足要求時，及時采取糾斜措施，直至滿足要求為止。終孔時，逐段進行量測孔斜，凡自檢時發現綜合鉆孔斜率超過1%時，一律重新造孔，自檢測定合格后，請監理工程師現場驗收確認。保證施工形成連續一體的有效防滲帷幕，避免帷幕線不連續或開褲叉的現象。全線施工的帷幕孔由于嚴格的質量控制，偏斜率均控制在設計要求允許范圍以內。

3.3 特殊部位的施工質量控制

根據堤基漂卵石的情況，主要集中在漂卵石層較厚的部位，漂卵石分布狀態及含泥量不均，礫徑大小不一，帷幕灌漿過程中出現了大量吸漿、串漿、沿鉆孔返漿、吸水不吸漿漿液回濃等諸多特殊灌漿問題，施工時控制灌注質量則成為帷幕是否形成的主要控制手段，基本做法如下：

（1）從鉆孔入手，掌握鉆孔內實際的地質資料。

鉆孔時，密切注視鉆探感應，對鉆進速度、回水顏色、狀況進行真實記錄，通過簡易注水試驗，了解地層的滲透特性，從而用以指導灌漿施工。

（2）嚴格操作程序，按照技術要求進行操作。

灌漿過程中，要求灌漿管到位，漿液的制定、變比、結束標準嚴格遵循技術要求，保證各施工孔段得到有效灌注，形成有效的防滲帷幕。

（3）大量吸漿段的處理。

大量吸漿段主要為漂卵石層較厚的灌段。灌漿時，出現大量吸漿后，早期按要求進行水灰比變濃，同時對地表相應部位進行觀察，是否從地表漏漿或與其它鉆孔串通，若出現上述情況，采取封閉漏漿點等相應措施。若單位灌入量大，無法起壓時則采取限流、間歇灌漿，加大水玻璃的摻合比例。

（4）孔口返漿的處理。

孔口返漿的主要途徑多為孔內灌漿管封堵不密實。灌漿過程中，若出現此現象，則須將灌漿管拔起后重新下入，并重新封孔，至止漿后再灌至正常結束。帷幕灌漿過程中，所出現的孔口返漿情況，均按上述方法處理，達到了較為理想的處理效果。

（5）相鄰孔串漿的處理。

相鄰孔串漿主要通過漂卵石層發生。本工程系漂卵石層灌漿，在漂卵石厚度相對較小時串漿出現的概率較高。當孔距在4 m左右時，常出現串漿現象。當兩孔均具備灌漿條件時，下入灌漿管，同時進行灌漿至正常結束；被串孔不具備灌漿條件時（正在鉆進或灌漿設備不足），立即停止鉆進，或用泥球對鉆孔進行回填，當灌漿孔結束后，被串孔鉆進至設計孔深，再進行灌漿至正常結束。

（6）冒漿段的處理。

帷幕灌漿時，極少數孔從堤前出現冒水冒漿，多為堤體填土個別部位在河水滲漏條件下形成滲流破壞，而為漿體冒出堤面提供了良好條件。出現冒漿時，采取降壓、限流、加大水玻璃的摻合量、間歇待凝等措施進行處理。如采取降壓，限流灌注一定量后仍不能結束者，采取灌注待凝，再掃孔復灌至正常結束。

4 幾點體會

（1）在灌漿過程中，應根據不同的地質條件采取相應的措施，才能從根本上保證灌注效果。本工程針對地基的地質條件，采取了濃泥漿護壁造孔，及時調整漿液濃度、水玻璃摻和量和一次性預埋射漿管等多種施工工藝，從根本上保證了帷幕灌漿的正常施工和施工質量。

（2）選擇適宜的施工設備和有效的施工方法是工期、質量和安全保證的首要條件。

（3）工程技術人員的施工經驗、技術素質是工程質量的根本保證。本工程施工中配備了相關專業的工程技術人員，從而能及時對工程鉆孔和灌漿過程中揭露的地質條件，出現的各種特殊信息進行分析，解決施工過程中的各個難題，及時采取了針對性的有效處理措施，保證了施工質量。

（4）灌漿工程施工過程中，安全隱患無處不在。因此，施工管理人員應高度重視，并應采取強有力安全保證措施，確保施工無人身、設備安全事故出現。

（5）加強施工隊伍的素質、責任意識的管理是保證工程順利完成的關鍵。本工程從施工進場開始，自始至終對全員進行思想、業務技術、安全質量、環境保護等多方位的培訓，全員目的明確，思想統一。同時輔以相應的經濟獎罰也是工程管理的相應手段。施工中做到了獎優罰劣、獎勤罰懶，激發工程施工、技術、管理人員的工作積極性，從而保證了工程的按期優質完成。