堤防除險(xiǎn)壓力灌漿技術(shù)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(shù)是堤防除險(xiǎn)加固的常用措施，具有施工簡(jiǎn)便、效果良好、投資較省的特點(diǎn)，因而獲得廣泛應(yīng)用。本文闡述了壓力灌漿技術(shù)概況，并結(jié)合工程案例分析了灌漿技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：堤防；除險(xiǎn)；壓力灌漿

堤防是非常重要的水利設(shè)施，關(guān)系到沿岸人民的生命財(cái)產(chǎn)安危，所以要對(duì)堤防險(xiǎn)情進(jìn)行處理。滲透破壞是堤防常見(jiàn)的一種險(xiǎn)情，它會(huì)引起堤防局部性的管涌、流土或整體性的滑坡、崩岸等問(wèn)題[1]。灌漿是對(duì)堤防滲透問(wèn)題進(jìn)行除險(xiǎn)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(jié)和防滲效果，從而提高堤壩密實(shí)性、整體性和穩(wěn)定性的技術(shù)措施。按照灌漿壓力區(qū)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(chēng)作常規(guī)壓力灌漿，也就是我們常稱(chēng)的壓力灌漿了。以所起作用區(qū)分，灌漿分為固結(jié)灌漿、帷幕灌漿、回填灌漿和接觸灌漿等。若按灌漿機(jī)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(lèi)，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(xiǎn)加固中，以壩體灌漿和接觸灌漿居多。下面我們就對(duì)堤防壓力灌漿技術(shù)進(jìn)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(shù)規(guī)范》（DL/T 5238-2010）規(guī)定，壓力灌漿主要適用范圍如下：堤壩因碾壓不實(shí)而導(dǎo)致的密實(shí)性差；堤壩內(nèi)存在滲漏通道和軟弱層，使壩后浸潤(rùn)線(xiàn)的出逸點(diǎn)過(guò)高而發(fā)生散浸、流土、管涌等險(xiǎn)情；堤壩不均勻沉陷并出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，但不包括滑坡裂縫；堤壩填筑時(shí)分段或分層的結(jié)合部處理不好而形成的缺陷；堤壩與其他水工建筑物結(jié)合不好，如堤壩與水閘閘墻、放水洞之間結(jié)合部有空隙、裂縫等缺陷；堤壩內(nèi)存在蟻穴、鼠洞、腐爛樹(shù)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(fā)生水化反應(yīng)而形成水硬性膠凝材料。一般采用硅酸鹽類(lèi)水泥或復(fù)合水泥，也可以采用鋁酸鹽類(lèi)水泥。如果希望填充寬度在0.2mm以下的細(xì)裂縫，可采用磨細(xì)水泥或超細(xì)水泥。（2）粘土可改善漿液性能，并節(jié)約水泥。膨潤(rùn)土是觸變性很強(qiáng)的粘土，常作為水泥漿液穩(wěn)定劑。（3）填充很寬的裂縫或較大孔隙時(shí)，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(wěn)定性比無(wú)砂漿液差一些，故多采用細(xì)砂。（4）當(dāng)需要灌漿液填充后快速凝結(jié)時(shí)，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(shè)備

壓力灌漿施工設(shè)備主要由鉆孔設(shè)備、制漿機(jī)、灌漿泵、灌漿記錄儀等組成。鉆孔設(shè)備類(lèi)型較多，有回轉(zhuǎn)式、沖擊式、回轉(zhuǎn)沖擊式等型式，使用最普遍的還是回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，灌漿施工多采用油壓立軸式鉆機(jī)。制漿機(jī)用于制作灌漿液，其型式有雙層立式攪拌機(jī)、雙桶平行攪拌機(jī)、旋流式高速攪拌機(jī)，第一種應(yīng)用最廣，第三種攪拌質(zhì)量和效率最高。灌漿泵一般采用往復(fù)式泥漿泵和離心式泥漿泵。往復(fù)式泵是容積泵，可以產(chǎn)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(jī)將制漿機(jī)、泥漿池、儲(chǔ)漿池等組合為一體，例如PN-3、PN-4型灌漿機(jī)采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，灌漿流量20m3/h，最大灌漿壓力0.5MPa，漿液輸送距離達(dá)100m[4]。

1.4 灌漿方法

從施工工序來(lái)說(shuō)，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(guī)定，堤壩河槽段鉆孔應(yīng)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(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)，應(yīng)符合圖紙標(biāo)記的孔徑，沒(méi)有規(guī)定時(shí)可取25mm～35mm。鉆孔深度應(yīng)超過(guò)隱患位置1m～2m[4]。又據(jù)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?？孜徊贾贸２捎妹坊ㄐ?，行距、孔距分別取1m和1.5～2m，但隱患較嚴(yán)重且吃漿量大時(shí)應(yīng)加密布孔。壩體上出現(xiàn)裂縫應(yīng)先開(kāi)挖表層，然后回填夯實(shí)，再布孔灌漿；滑坡裂縫，應(yīng)先采取穩(wěn)定壩坡的措施，再鉆孔灌漿。對(duì)橫向裂縫，可沿縫及兩側(cè)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(yīng)超過(guò)10cm，偏斜率不超過(guò)2%。有必要調(diào)整孔位時(shí)應(yīng)做好記錄。（2）灌漿。灌漿前應(yīng)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(fù)”的原則從第一序孔開(kāi)始灌漿，漿液稠度應(yīng)先稀后稠。結(jié)束第一序孔灌注后，再開(kāi)始第二序孔灌注。并且應(yīng)先灌注臨水側(cè)孔，后灌注背水側(cè)孔。一般情況下，復(fù)灌2～3遍后可灌至灌漿量的95%以上。對(duì)于吃漿量大的孔，應(yīng)延長(zhǎng)復(fù)灌間隔時(shí)間，并適當(dāng)提高漿液稠度。對(duì)于橫向裂縫，應(yīng)先灌注裂縫兩端的孔，再灌中間孔；對(duì)于縱向裂縫，可適當(dāng)提高灌漿壓力，以增加漿液擴(kuò)散范圍和形成連續(xù)帷幕。特殊情況處理辦法：出現(xiàn)串漿，應(yīng)用木塞塞住鄰孔后再繼續(xù)灌漿；產(chǎn)生冒漿，應(yīng)減小灌漿壓力和注漿量；出現(xiàn)噴漿，應(yīng)立即拔管排氣；表土塌陷，應(yīng)改用濃漿續(xù)灌；出現(xiàn)裂縫，應(yīng)減小灌漿量和壓力，增加灌漿次數(shù)和間隔時(shí)間。（3）封孔。連續(xù)3次復(fù)灌至孔口不吸漿或者灌漿量及灌漿壓力已達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可結(jié)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(guān)測(cè)

灌漿期間，應(yīng)觀(guān)測(cè)表面變形、堤身位移、灌漿壓力、裂縫、冒漿、壩身內(nèi)部應(yīng)力等項(xiàng)目。

2 壓力灌漿技術(shù)應(yīng)用

2.1 充填灌漿技術(shù)在堤壩除險(xiǎn)中的應(yīng)用

充填灌漿屬低壓灌漿，投資省，施工簡(jiǎn)便，多用于局部明確的隱患點(diǎn)灌漿。某河堤約200m堤段出現(xiàn)地面泥濘、房屋墻面潮濕現(xiàn)象，經(jīng)查該堤段堤身下部與堤基之間碾壓不實(shí)，故存在洇水現(xiàn)象。堤土取樣證實(shí)主要是粉質(zhì)粘土，干容重1.18～1.45g/cm3。設(shè)計(jì)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(jī)造孔，鉆頭直徑為30mm，每個(gè)孔鉆進(jìn)用時(shí)約1.5min。灌漿材料選用當(dāng)?shù)胤圪|(zhì)黏土，土的流限為35%，塑性指數(shù)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(guò)230目篩，按比例摻入水泥攪勻后灌注?？紤]到孔深較淺，采用全孔分序一次灌注方法。灌漿時(shí)先以1.5～2倍設(shè)計(jì)壓力疏通孔道后，再按正常壓力進(jìn)行灌注?？刂乒酀{壓力由小到大逐步升高，至正常壓力后維持壓力穩(wěn)定（波動(dòng)范圍不超過(guò)5%）。施工過(guò)程中，連續(xù)灌漿，不得中途停灌。必須停灌時(shí)，立即清孔，再在12h后復(fù)灌；若幾乎不吸漿，必須在附近重新鉆孔灌漿。漿液超過(guò)8h未用完必須棄置處理。達(dá)到封孔標(biāo)準(zhǔn)后，采用含水量適中的制漿土料分層回填夯實(shí)。總共灌漿266孔，灌漿量達(dá)236m3。2～3年后檢查，堤外地面已無(wú)洇水現(xiàn)象，表明處理效果良好。

2.2 劈裂灌漿技術(shù)在堤壩除險(xiǎn)中的應(yīng)用

劈裂灌漿技術(shù)是在充填灌漿基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型灌漿技術(shù)，通過(guò)有控制性地劈裂壩體，形成連續(xù)密實(shí)的防滲帷幕，帷幕厚度可隨壩體質(zhì)量差別而自行調(diào)整[5]。某水庫(kù)堤壩由于建壩時(shí)土料控制不嚴(yán)，壩體與壩基接觸部位存在風(fēng)化碎石，堤壩滲漏較為嚴(yán)重，下游壩坡、壩腳長(zhǎng)期濕潤(rùn)。壩址為更新統(tǒng)玄武巖全風(fēng)化土，壩體填土為粉質(zhì)土，結(jié)構(gòu)較為松散。設(shè)計(jì)灌漿土料為庫(kù)區(qū)黏土。設(shè)計(jì)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(kāi)灌用稀漿，劈開(kāi)壩體后用稠漿。制漿時(shí)水泥先與黏土拌勻，再入漿桶加水制漿。造孔采用1臺(tái)XY-100型鉆機(jī)、1臺(tái)XY150-300型鉆機(jī)和3臺(tái)其他鉆機(jī)，灌漿采用2臺(tái)BW250/50型灌漿機(jī)、2臺(tái)HB80灌漿泵及其他配套設(shè)備。造孔開(kāi)徑35mm，采用稀漿護(hù)壁鉆進(jìn)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(kāi)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(fù)”方法，一直到壩頂出現(xiàn)裂縫和連續(xù)3次冒漿為止。灌漿量控制在0.5～1.0m3/m。每孔灌漿次數(shù)不少于6次。復(fù)灌間隔5d?？卓趬毫刂圃?.05～0.30MPa?？偣补嘧?05孔，進(jìn)尺近1萬(wàn)m，理論帷幕厚度達(dá)22cm，且超過(guò)了設(shè)計(jì)要求。灌漿結(jié)束1年后觀(guān)察堤壩洇濕現(xiàn)象消失，表明灌漿效果良好。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，壓力灌漿技術(shù)在堤防除險(xiǎn)加固、提高防洪能力方面可以發(fā)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(guān)測(cè)等措施必須做足做細(xì)，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行施工，這樣才能保證工程質(zhì)量和防滲效果。

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