粘土水泥膏漿在松散堆填土防滲固結工程中的應用

趙鐵軍 楊東升 陳冠軍

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司 長沙市 410001）

粘土水泥膏漿在松散堆填土防滲固結工程中的應用

趙鐵軍 楊東升 陳冠軍

（湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司 長沙市 410001）

文章以廣西百色水庫汪甸防護堤潰決修復為例， 介紹粘土水泥膏漿在松散堆填土工程中防滲的應用方法和效果，包括堆填體防滲固結灌漿的設計，并對灌漿效果進行了分析，可供類似工程借鑒。

粘土水泥膏漿 松散堆填土 防滲加固 可控灌漿

引言

在蓋重較小或無蓋重條件下， 完成防滲固結灌漿，常會出現大量的串漿、冒漿、難以起壓、地層劈裂、漿液擴散距離難以控制[1～3]等一系列問題，嚴重影響灌漿工程質量。 粘土水泥膏漿粘度大，漿材顆粒不易分離，凝結速度可控[4]，采用較大灌漿壓力將膏狀漿液擠入地層，對于松軟地層，可很好地將松散堆填土體擠壓密實，28 d結石強度達2 MPa以上，使之滿足防滲固結要求[5]。 粘土水泥膏漿廣西百色水庫汪甸防護堤決口段修復工程的封堵體防滲帷幕灌漿工程中取得了良好的效果， 本文以該工程為例介紹粘土水泥膏漿在松散堆填土防滲固結灌漿工程中的應用。

1 場地地質條件

廣西百色水庫汪甸防護堤位于百色市樂里河黃蘭村段，堤壩全長1 182.9 m，堤頂寬約3.5 m，堤頂高程229.5 m（地面高程220 m～231 m）。河水位長期居于224 m左右，最高水位達228 m。其中在（樁號）2+478～2+428之間有部分壩段因洪水原因決堤，決堤段后重新填筑，采用填筑材料為底部主要大塊石，上部填筑土夾石（強風化灰巖以及粘土）堆填而成。原壩體填筑材料為上部黏土，下部為原始砂卵石，塊石。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。對決口段以及延伸部分進行先導孔注水試驗。結果顯示，其巖芯較為松散，透水量均大于泵量（最大泵量為30 L/min），滲透系數大于1.0×10-4cm/s。

決堤段填筑后的壩體需要進行防滲加固處理，并向決口兩端延伸各10 m進行灌漿處理。

2 堆填體防滲固結灌漿設計

2.1 鉆孔布置

根據設計要求， 對決堤段堆填體進行防滲固結處理，防滲固結灌漿孔沿堤頂軸線縱向布置，共布置三排孔，內側排、外側排、中間排，排距1.0 m，孔間距1.5 m，呈梅花形布置。 如圖1所示。

圖1 孔位布置圖

2.2 灌漿材料

內側排和外側排采用黏土水泥膏漿灌注，中間排采用雙液灌注。（本文僅討論內側排和外側排采用黏土水泥膏漿）

水泥采用復合硅酸鹽水泥，強度等級為32.5。膨潤土采用馬山榮興牌。

HY-1：采用本公司專有的一種添加劑，添加少量的HY-1外加劑，以提高水泥粘土膏漿的性能，實現漿材基本不發生析水；在動水條件下，漿液具有不分散、不易被水沖釋的性能。

水玻璃：在本材料中水玻璃作為速凝劑使用。

經過室內試驗研究以及結合現場試驗，本工程黏土水泥膏漿的配比以及性能如表1所示。

表1 漿材配比性能表

2.3 灌漿主要技術要求

2.3.1 施工分序

為了達到較好的施工質量，本工程進行分排施工；先外側排，再內側排，最后中間排；各排進行分序進行施工，每排孔分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔，先施工Ⅰ序孔,后施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。

2.3.2 鉆孔方法

鉆孔開孔直徑為Φ91、110或Φ130 mm，終孔孔徑不小于Φ91 mm，采用200型地質回轉鉆機、金剛石鉆頭，泥漿護壁、跟管鉆進。

2.3.3 帷幕深度與灌漿方法

帷幕頂的高程229.5 m，帷幕底深入基巖1.0 m。

在鉆孔鉆進至基巖1 m后，將灌漿管下至離鉆孔底部進行灌漿管與鉆孔周圍的封堵，封堵材料采用粉砂或者粉質黏土，分層壓實，封孔后將灌漿管提升0.5 m左右，以防止灌漿管出漿口堵塞。

2.3.4 灌漿壓力與灌漿量的控制標準

（1）本工程內排側和外排側灌注漿液為粘土水泥膏漿，漿液稠度較大，流動度相對較低，灌漿質量在很大程度上取決于灌漿壓力與灌漿量的控制，灌入壓力太大，會造成漿液的無效擴散以及不必要的能量損失；灌漿壓力太小，灌漿漿液達不到擠壓的作用，會造成灌漿漿液擴散距離以及周圍巖土體空隙不能得到充分填充。根據現場試驗性灌漿施工確定灌漿壓力與灌漿量的控制標準如表2所示。

表2 灌漿壓力與灌漿量的控制標準

（2）結束標準：當壓力表達到設定壓力下限時，單位注入量達最大注入量時，可以結束本段注漿；

當壓力表達到設定壓力上限時，單位注入量達到最小注入量時，可以結束本段注漿。

當單位注入量達1 500 L／m，而灌漿壓力達不到設定壓力的下限值時，應增加速凝劑添加量，同時查明原因，直至達到下限壓力。

2.3.5 特殊情況處理

本次防護堤施工堤頂較窄，堤坡面較陡，當注漿管上提到距離地表在5 m以內時，適當減少每段注漿量和降低灌漿壓力。

灌漿開始時，常常會因為灌漿管壁與孔壁之間的孔隙為完全填充密實，會出現孔口冒漿的現象。此時采用低壓力，將膏漿采用緩緩壓入孔內，并直至孔口冒漿，待凝30 min后開始灌漿。這時孔壁與灌漿管之間充滿了膏漿漿液，待凝使之強度升高，可以形成很好的封閉體，可以成功實現自下而上分段灌漿。

在灌漿過程中，如果在孔周及地面出現冒漿現象，采取待凝（10～30）min后復灌，或加濃配比，直到孔周不再冒漿和不出現新的冒漿點后恢復正常灌漿。

灌漿過程中如孔周出現輕微抬動或地面開裂跡象，但孔周邊未出現冒漿。出現抬動后，采取減少流量，降低壓力或采取待凝（20～30）min后復灌，地表變形不再變化后恢復正常灌漿。

因為存在水頭差，在河水位以下存在動水。在灌漿過程中，發現堤后農田中有冒漿、涌水變渾現象，采取增加漿液稠度，增加注漿量，直至不冒漿或涌水變清。

3 防滲固結灌漿效果分析

以內側排為例進行分析，根據灌漿資料顯示，內排側I序灌漿孔平均灌漿量大于900 L/m；II序孔灌漿量均量約為 750 L/m；III序孔灌漿量均量約為500 L/m。從上述數據可以看出，II序孔的單位耗漿量小于I序孔，II序孔的單耗為I序孔的83%；III序孔單位耗漿量相對I序孔大大減少，III序孔單位耗漿量約為I序孔的53%。可以知道，粘土水泥膏漿可以較大程度地擠壓松散地層，從而大幅度而提高地基密度。

檢查孔注水試驗結果顯示：在未決口段，黏土層透水率較小，其滲透系數均小于3.0×10-5cm/s，透水率較小；在砂卵石以及塊石分布段，透水率稍大，最大達到4.9×10-5cm/s。在決口段，填筑土夾石部分，透水率與未決口段黏土部分類似；底層砂卵石與塊石部分其滲透系數在砂卵石部分相對較大，最大處其滲透系數均小于4.73×10-5cm/s；但均小于設計標準5.0×10-5cm/s。

4 總結與建議

（1）黏土水泥膏漿造價便宜，環保可靠，強度可以滿足一般防滲要求。在松軟巖土體中，粘土水泥膏漿在松軟地層中的擠密作用明顯，可以大幅度地提高地基的密實性。

（2）黏土水泥膏漿粘度大，流動度較小，漿材顆粒不易分散，凝結時間可控，在松散填土層充填空隙以及在有動水的條件下使用可快速形成有效的擋水帷幕。

（3）黏土水泥膏漿粘度大，漿液不易分散，難以進入細小的孔隙，在高灌漿壓力作用可能會抬動地層。建議在松軟地層中灌漿施工時，使用黏土水泥膏漿在外圍形成包圍圈，再內部使用粘度較低，顆粒較小的漿材進行補強，兩種漿材相互作用，共同形成擋水帷幕。

[1]任臻，劉萬興.灌漿的機理與分類[J].工程勘察，1992，（2）：11-14.

[2]程鑒基.灌漿技術在軟土地基處理中的綜合應用［J］.巖土工程學報，1994，5（9）：89-93.

[3]鄭成波，張利生.水巖作用在軟土地基及防滲加固處理中的應用與展望[J].巖土工程界，2005，8（8）：35-37.

[4]張貴金，楊松林，陳安重，張群.適應深厚復雜巖土層防滲灌漿的可控性黏土水泥穩定漿材及快速配制[J].巖石力學與工程學報，2012，31（增1）：3428-3436.

[5]張貴金，楊東升，梁經緯，等.粘土水泥復合漿材強度研究[J].水利水電技術，2015，46（1）：20-24.

2016-12-26）

趙鐵軍（1967-），男，湖南衡陽人，工程師，從事巖土工程基礎處理施工。