堤防除險壓力灌漿技術研究

廣東省化州市水電建筑安裝工程公司

摘要：壓力灌漿技術是堤防除險加固的常用措施，具有施工簡便、效果良好、投資較省的特點，因而獲得廣泛應用。本文闡述了壓力灌漿技術概況，并結合工程案例分析了灌漿技術應用。

關鍵詞：堤防；除險；壓力灌漿

堤防是非常重要的水利設施，關系到沿岸人民的生命財產安危，所以要對堤防險情進行處理。滲透破壞是堤防常見的一種險情，它會引起堤防局部性的管涌、流土或整體性的滑坡、崩岸等問題[1]。灌漿是對堤防滲透問題進行除險加固的常用措施。所謂灌漿，就是將具有膠凝性的灌漿材料注入到堤防薄弱部位（例如空隙、裂隙、孔隙、孔洞、裂縫等部位），起到填充、粘合、固結和防滲效果，從而提高堤壩密實性、整體性和穩定性的技術措施。按照灌漿壓力區分，灌漿可分為高壓灌漿（>3MPa）、中壓灌漿（0.5～3 MPa）和低壓灌漿（<0.5 MPa）三種形式[2]。中壓灌漿和低壓灌漿一般稱作常規壓力灌漿，也就是我們常稱的壓力灌漿了。以所起作用區分，灌漿分為固結灌漿、帷幕灌漿、回填灌漿和接觸灌漿等。若按灌漿機理劃分，灌漿又分為滲透灌漿、充填灌漿和劈裂灌漿三種形式。依灌漿部位分類，可分為壩基灌漿、壩體灌漿、接觸灌漿、裂隙灌漿等。壓力灌漿在堤防除險加固中，以壩體灌漿和接觸灌漿居多。下面我們就對堤防壓力灌漿技術進行概括和分析。

1 壓力灌漿方法概況

1.1 適用范圍

按照《土壩灌漿技術規范》（DL/T 5238-2010）規定，壓力灌漿主要適用范圍如下：堤壩因碾壓不實而導致的密實性差；堤壩內存在滲漏通道和軟弱層，使壩后浸潤線的出逸點過高而發生散浸、流土、管涌等險情；堤壩不均勻沉陷并出現開裂現象，但不包括滑坡裂縫；堤壩填筑時分段或分層的結合部處理不好而形成的缺陷；堤壩與其他水工建筑物結合不好，如堤壩與水閘閘墻、放水洞之間結合部有空隙、裂縫等缺陷；堤壩內存在蟻穴、鼠洞、腐爛樹根等隱患；壩基為淺層軟土透水地基等。

1.2 灌漿材料

灌漿材料一般為由水泥、粘土、砂、水等材料配制的水泥漿液、水泥粘土漿液、純粘土漿液、水泥砂漿、水泥粘土砂漿等材料。（1）水泥是最常用的灌漿材料，它遇水發生水化反應而形成水硬性膠凝材料。一般采用硅酸鹽類水泥或復合水泥，也可以采用鋁酸鹽類水泥。如果希望填充寬度在0.2mm以下的細裂縫，可采用磨細水泥或超細水泥。（2）粘土可改善漿液性能，并節約水泥。膨潤土是觸變性很強的粘土，常作為水泥漿液穩定劑。（3）填充很寬的裂縫或較大孔隙時，可在漿液中配砂成為水泥砂漿或水泥粘土砂漿。由于砂的粒度較粗，漿液穩定性比無砂漿液差一些，故多采用細砂。（4）當需要灌漿液填充后快速凝結時，可在水泥漿液中摻加水玻璃，成為水玻璃水泥漿液。

1.3 施工設備

壓力灌漿施工設備主要由鉆孔設備、制漿機、灌漿泵、灌漿記錄儀等組成。鉆孔設備類型較多，有回轉式、沖擊式、回轉沖擊式等型式，使用最普遍的還是回轉式鉆機，灌漿施工多采用油壓立軸式鉆機。制漿機用于制作灌漿液，其型式有雙層立式攪拌機、雙桶平行攪拌機、旋流式高速攪拌機，第一種應用最廣，第三種攪拌質量和效率最高。灌漿泵一般采用往復式泥漿泵和離心式泥漿泵。往復式泵是容積泵，可以產生較大的壓力，但效率較低；離心式泵效率較高，但壓力較低。目前，灌漿機將制漿機、泥漿池、儲漿池等組合為一體，例如PN-3、PN-4型灌漿機采用柴油發動機作為動力，灌漿流量20m3/h，最大灌漿壓力0.5MPa，漿液輸送距離達100m[4]。

1.4 灌漿方法

從施工工序來說，壓力灌漿一般流程為：鉆孔→灌漿→封孔。（1）鉆孔。按DL/T 5238-2010第6.2.1條規定，堤壩河槽段鉆孔應分為2～3序施工，岸坡段、彎曲段和地基劈裂灌漿可不分序。鉆孔孔徑有設計規定時，應符合圖紙標記的孔徑，沒有規定時可取25mm～35mm。鉆孔深度應超過隱患位置1m～2m[4]。又據DL/T 5238-2010第6.2.3條，充填灌漿孔徑宜取50mm～76mm。劈裂灌漿孔可濕鉆也可干鉆，充填式灌漿孔宜干鉆。孔位布置常采用梅花形，行距、孔距分別取1m和1.5～2m，但隱患較嚴重且吃漿量大時應加密布孔。壩體上出現裂縫應先開挖表層，然后回填夯實，再布孔灌漿；滑坡裂縫，應先采取穩定壩坡的措施，再鉆孔灌漿。對橫向裂縫，可沿縫及兩側布孔，縱向裂縫宜沿縫布孔。橫向裂縫孔距1.5m，縱向裂縫孔距2～3m[3]。鉆孔孔位偏差不應超過10cm，偏斜率不超過2%。有必要調整孔位時應做好記錄。（2）灌漿。灌漿前應檢查管路密封性能、通暢性及壓力表是否正常。然后按照“少灌多復”的原則從第一序孔開始灌漿，漿液稠度應先稀后稠。結束第一序孔灌注后，再開始第二序孔灌注。并且應先灌注臨水側孔，后灌注背水側孔。一般情況下，復灌2～3遍后可灌至灌漿量的95%以上。對于吃漿量大的孔，應延長復灌間隔時間，并適當提高漿液稠度。對于橫向裂縫，應先灌注裂縫兩端的孔，再灌中間孔；對于縱向裂縫，可適當提高灌漿壓力，以增加漿液擴散范圍和形成連續帷幕。特殊情況處理辦法：出現串漿，應用木塞塞住鄰孔后再繼續灌漿；產生冒漿，應減小灌漿壓力和注漿量；出現噴漿，應立即拔管排氣；表土塌陷，應改用濃漿續灌；出現裂縫，應減小灌漿量和壓力，增加灌漿次數和間隔時間。（3）封孔。連續3次復灌至孔口不吸漿或者灌漿量及灌漿壓力已達到設計要求時，可結束灌漿。拔出注漿管，灌入封孔稠漿至孔口漿液不再下降為止。

1.5 灌漿觀測

灌漿期間，應觀測表面變形、堤身位移、灌漿壓力、裂縫、冒漿、壩身內部應力等項目。

2 壓力灌漿技術應用

2.1 充填灌漿技術在堤壩除險中的應用

充填灌漿屬低壓灌漿，投資省，施工簡便，多用于局部明確的隱患點灌漿。某河堤約200m堤段出現地面泥濘、房屋墻面潮濕現象，經查該堤段堤身下部與堤基之間碾壓不實，故存在洇水現象。堤土取樣證實主要是粉質粘土，干容重1.18～1.45g/cm3。設計堤頂布置2排灌漿孔，排距1.2m，孔距1.5m，孔深9m，分3序施工，最大灌漿壓力為0.2 MPa。采用全液壓鉆孔機造孔，鉆頭直徑為30mm，每個孔鉆進用時約1.5min。灌漿材料選用當地粉質黏土，土的流限為35%，塑性指數為15%，比重為2.7。土中摻10%水泥，水料比取1.1：1。漿液拌制前，土料先浸泡4～8h，然后過230目篩，按比例摻入水泥攪勻后灌注。考慮到孔深較淺，采用全孔分序一次灌注方法。灌漿時先以1.5～2倍設計壓力疏通孔道后，再按正常壓力進行灌注。控制灌漿壓力由小到大逐步升高，至正常壓力后維持壓力穩定（波動范圍不超過5%）。施工過程中，連續灌漿，不得中途停灌。必須停灌時，立即清孔，再在12h后復灌；若幾乎不吸漿，必須在附近重新鉆孔灌漿。漿液超過8h未用完必須棄置處理。達到封孔標準后，采用含水量適中的制漿土料分層回填夯實。總共灌漿266孔，灌漿量達236m3。2～3年后檢查，堤外地面已無洇水現象，表明處理效果良好。

2.2 劈裂灌漿技術在堤壩除險中的應用

劈裂灌漿技術是在充填灌漿基礎上發展起來的新型灌漿技術，通過有控制性地劈裂壩體，形成連續密實的防滲帷幕，帷幕厚度可隨壩體質量差別而自行調整[5]。某水庫堤壩由于建壩時土料控制不嚴，壩體與壩基接觸部位存在風化碎石，堤壩滲漏較為嚴重，下游壩坡、壩腳長期濕潤。壩址為更新統玄武巖全風化土，壩體填土為粉質土，結構較為松散。設計灌漿土料為庫區黏土。設計壩高低于8m壩段采用2序孔灌漿，孔距2～2.5m；壩高大于8m壩段采用3序孔灌漿，孔距2.5m。漿液為水泥黏土漿，水泥含量為9%。漿液比例為8：1、5：1、2：1和1：1，開灌用稀漿，劈開壩體后用稠漿。制漿時水泥先與黏土拌勻，再入漿桶加水制漿。造孔采用1臺XY-100型鉆機、1臺XY150-300型鉆機和3臺其他鉆機，灌漿采用2臺BW250/50型灌漿機、2臺HB80灌漿泵及其他配套設備。造孔開徑35mm，采用稀漿護壁鉆進方式。灌漿采用孔底注漿全孔灌注方法，先用稀漿灌注3～5min，再改用稠漿。開始泥漿稠度為1.19 g/cm3，灌完后為1.46 g/cm3，封孔為1.60 g/cm3。采用“少灌多復”方法，一直到壩頂出現裂縫和連續3次冒漿為止。灌漿量控制在0.5～1.0m3/m。每孔灌漿次數不少于6次。復灌間隔5d。孔口壓力控制在0.05～0.30MPa。總共灌注605孔，進尺近1萬m，理論帷幕厚度達22cm，且超過了設計要求。灌漿結束1年后觀察堤壩洇濕現象消失，表明灌漿效果良好。

3 結語

實踐證明，壓力灌漿技術在堤防除險加固、提高防洪能力方面可以發揮重要作用。但是灌漿作用部位隱蔽，因此灌漿前的勘查和灌漿中的觀測等措施必須做足做細，并嚴格按照設計要求和施工規范進行施工，這樣才能保證工程質量和防滲效果。

參考文獻：

[1]毛昶熙，段祥寶，李思慎，等.堤防工程手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

[2]孫釗.大壩基巖灌漿[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[3]劉東成.壓力灌漿技術要點分析及主要施工機械選擇[J].黑龍江水利科技，2012，40（10）：250-251.

[4]李峰.淺談堤防機械錐探壓力灌漿施工[J].治淮，2010（8）：32-34.

[5]高環安，李招文，符永生，等.低矮堤壩劈裂灌漿技術特點及其應用[J].水利科技與經濟，2013，19（11）：110-112.