淺析南水北調渠堤高填方段錐探灌漿施工技術應用

張 賀 強

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

南水北調中線漳古段SG09標起自河北省邢臺市內邱縣中宅陽村，止于內邱縣西邵明村，樁號133+870～145+580，標段全長11.71 km。其中渠道總長11.023 km，填方段長8.037 km，渠堤頂寬為5 m，最大填筑高度7.4 m，平均填高5 m，渠道堤身壓實度不小于0.98。渠道主體施工完成后，將原設計方案為高填方渠段襯砌板分縫防滲涂料進行設計方案優化，優化后方案為高填方段采取錐探灌漿措施增強渠段的抗滲能力。

通過對南水北調中線漳古段SG09標高填方段路基粘土錐探灌漿施工技術要點的總結和分析，錐探灌漿主要控制好泥漿比重、泥漿粘度、孔口灌漿壓力、灌漿時間、灌漿壓力，因此錐探灌漿中各環節質量控制直接影響渠道路基的防滲效果。

2 施工規劃

2.1 施工方案設計

根據設計方案優化，沿線錐探灌漿渠段共12.983 km(左右渠堤)，詳樁號及工程量見表1。

表1 錐探灌漿工程量表

根據實測原始地面橫斷面圖所示，錐探灌漿渠段渠堤填筑高度3～7.8 m，堤頂～堤基以下2 m范圍內無地下水。

根據現場通過試驗得出最佳施工參數(布孔間距、孔口灌漿壓力、灌漿時間、注水試驗、灌漿量等)以及選擇合適的灌漿機具，錐探灌漿優化后設計方案如下：

布孔:錐探灌漿孔沿渠道軸線方向布置在距堤頂迎水面(渠道上開口線)1.2 m處，共1排，孔距3 m，孔深入堤基下不小于2 m。

灌漿壓力:灌漿管管口距孔底0.5～1 m，灌漿時孔中壓力應不大于50 kPa(以孔口回漿管安裝的壓力表為準)。灌漿不得對襯砌面板產生影響，不允許出現堤身劈裂現象。

成孔工藝、制漿材料、漿液性能以及灌漿技術要求形成《錐探灌漿試驗大綱》。

(1) 注水試驗。嚴格按《水利水電工程注水試驗規程》(SL345-2007)的試驗方法執行(與設計溝通，僅灌漿前作注水試驗)。根據我方錐探灌漿試驗施工經驗，按注水試驗止水段長度1 m，注水測試段長度L按2 m≥L≥1 m考慮，并結合設計要求“注水試驗孔孔底距渠堤基面距離≥2 m”，則設注水試驗孔處渠堤填筑高度應≥4 m，根據實測原地面渠道橫斷面圖，由于錐探灌漿渠段渠堤填筑高度局部約為3 m。若嚴格按設計要求“注水試驗孔間距100 m左右”布置注水孔，可能出現錐探灌漿注水孔穿透渠堤的現象，為此注水試驗孔布置原則為：首先保證注水試驗孔頻率為1個/100 m，以每100 m渠段一個注水孔并布置在渠段中央為布置原則，相鄰兩個100 m渠段間注水孔間距盡可能地按100 m等距控制；若按100 m等距布置注水孔出現孔深穿透填筑堤身情況時，則該注水孔在對應100 m渠段范圍內調整位置至滿足孔深的部位。

(2) 根據此排灌漿孔的灌漿情況，設計單位再確定是否進行灌漿孔加密。

(3) 孔深規劃：按“孔深入堤基下不小于2.0m”為原則，沿渠分段，每段鉆孔深度等長原則布置孔深。具體根據實測原地面渠道橫斷面圖，當某渠段中各橫斷面鉆孔位置填筑高差≤70 cm時，按各橫斷面中“最大填筑高度+2 m”作為該渠段鉆孔深度。灌漿泥漿容重按12.5～13.5 kN·m3控制，封孔泥漿容重≥15 kN·m3。

(4) 其他未盡事項嚴格執行《土壩灌漿技術規范》(DL/T5238-2010)。

2.2 施工安排

因施工周期只有13天，施工工期緊工作量大，施工組織以內磨鐵路倒虹吸為界，分成南北兩段，同時安排兩個灌漿作業隊，每個作業隊按500 m為一段分成若干個班組同時施工，均先進行左堤錐探灌漿，待瀝青路面完工后在瀝青路面上施工右堤，以避免灌漿施工影響右堤瀝青路面鋪設。本項目注水試驗目的為檢測灌漿前渠堤滲透系數，故為灌漿前注水試驗，在灌漿前進行。

考慮當時主體工程已全部結束，渠道沿線用電線路基本拆除，用電不方便，錐探灌漿用電采用50 kW柴油發電機供電，采用地質鉆鉆孔，泥漿攪拌機拌泥漿，BW-160注漿泵5～6個孔同時注漿。因跨渠橋梁影響，錐探灌漿左右渠段被橋梁共分成了27段，各渠段間機械設備采用雙排座汽車轉場。

2.3 灌漿材料選擇

(1)粘性土；選用外購膨潤土，并送檢合格后使用，力學性能見表2 。

表2 灌漿土料物理力學性能

(2)水：采用營地生活區用水，酒水車運送到現場，水質應滿足設計要求。

(3)泥漿漿液

泥漿漿液的物理力學性能指標要求如表3，現場檢驗。

表3 漿液物理力學性能表

3 錐探灌漿施工

3.1 注水滲透試驗

注水試驗按照《水利水電工程注水試驗規程》(SL345-2007)的試驗方法要求執行，方法為鉆孔常水頭注水試驗。由灌漿隊伍專業人員操作完成。本工程錐探灌漿渠段為無地下水渠段，采用納斯別爾格公式計算。公式如下：

式中K為巖土體的滲透系數，cm/2；Q為穩定注水量，cm3/s，(cm3/s由流量單位L/min轉換而來)；h為試驗水頭，cm；R為鉆孔或過濾半徑，cm；

基本觀測時間為2小時。

注水試驗孔采用地質回轉鉆機干法造孔，孔徑75 mm，孔位為兩灌漿孔中間；孔底沉淀物厚度不大于10 cm；注水孔總深按2 m、2.5 m、3 m共3種深度控制，鉆至預定深度后，采用專用封孔器封孔，以保證止水可靠, 止水段長度1 m， 測試段長度1～2 m，即孔深-1～-3 m段。注水試驗孔不能與錐探灌漿孔重合。

試段隔離后，用帶流量計的注水管及帶刻度量筒向套管內注入清水，套管中水位高出地下水位一定高度(或至孔口)并保持固定，測定試驗水頭值。保持試驗水頭不變，觀測注入流量。注水試驗用水均采用營地生活區用水，酒水車運送到現場。

3.2 錐探灌漿

施工工藝流程為：測量→布孔→造孔→制漿→灌漿→復灌→封孔。

3.2.1 測 量

施工前由測量人員按施工方案及設計要求測放出不同孔深段起止樁號，并用紅油漆標示在渠道混凝土護肩上。

3.2.2 布 孔

用鋼尺于現場測放，打木樁標示，并對灌漿孔進行編號。灌漿孔共一排，沿渠道軸線布置于距堤頂迎水面(渠道上開口線)1.2 m處，間距3 m，孔伸入堤基下不小于2 m。

3.2.3 造孔

采用地質鉆順渠道軸線方向分段，干法鉆孔，一次成孔，成孔孔徑75 mm。造孔保證鉛直，水平尺控制機臺平整度，孔傾斜度不大于2%，孔位偏差不大于10 cm。所有鉆孔編號、孔深、孔斜度按要求嚴格執行控制。鉆孔過程中做好鉆孔的記錄和描述。成孔在灌漿前必須采用封堵等方式保護，防止雜物掉入或堵孔。

對于右岸堤頂為瀝青路面，在每個鉆孔位置采用切割機將瀝青按10 cm×10 cm切除，灌漿完成后熬制合格瀝青補空。

生命觀念是指對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是人們經過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法。通過高中生物課程的學習，學生要形成結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等生命觀念；并能用生命觀念認識生物的多樣性、統一性、獨特性和復雜性，形成科學的自然觀和世界觀，并以此指導探究生命活動規律、解決實際問題。

3.2.4 制漿

(1)制漿采用立式拌漿機拌制，攪拌成漿后先篩除大粒徑和雜物，灌漿前再通過36孔/cm2篩網過濾。篩選過的細漿流入下設的拌漿筒內，繼續攪拌，防止漿液沉淀。

(2)各項漿液指標應滿足設計要求，灌漿過程中漿液密度每小時檢測1次，漿液穩定性和膠體率每10天檢測1次，如漿液材料發生變化，應增加檢測頻率。

結合本工程試驗段膨潤土泥漿配比試驗，本段泥漿配比詳見表4。制漿用水均采用營地生活區用水，酒水車運送到現場。初灌泥漿按容重12.5～13.5 kN·m-3制作，存儲。復灌泥漿容重≥15 kN·m-3。

3.2.5 灌漿

(1)灌漿壓力：采用灌漿機純壓式自下而上灌漿，孔口壓力應不大于50 kPa。

表4 膨潤土泥漿配比實驗表

(2)采用“先稀后稠、孔底注漿、少灌多復”的施工方案，分序灌注。根據本管工藝性施工方案初灌泥漿按容重12.5～13.5 kN/m3。

(3)泥漿流量的測定。現場灌漿試驗時，采用自制有刻度泥漿桶量出泥漿的體積，在一定的灌漿壓力和泥漿容重下，測出在一定的時間內的灌漿量。然后計算出泥漿平均流量，以便測定現場施工時的灌漿量。

(4)灌漿方法：采用自下而上進行灌漿，鉆孔至設計深度，提出鉆具。在鉆孔中下入直徑比鉆孔略小的灌漿管，在距離孔底0.5～1 m處，灌漿管與鉆孔孔壁要結合緊密，防止灌漿時漿液沿孔壁上行至堤頂冒漿。采用“少灌多復”的方式，開始時先用流動性稍大的稀漿灌注，然后逐漸加大到規定的泥漿濃度，繼續灌漿。復灌時采用濃度較大的泥漿，漿按容重不低于15 kN/m3。復灌時間間隔和復灌次數可根據前次復灌的吃漿量確定。每次最大灌漿量應根據實際情況進行控制，每孔灌漿次數通過試驗確定。對吃漿量大的灌漿孔限制每次吃漿量，延長灌漿時間，采用小注入量、排量大的泵可同時灌注多孔。為保證灌漿質量，每孔需少灌多復幾次(連續不少于2次)，每孔灌漿時，應該一次連續灌滿。

3.2.6 灌漿結束標準及封孔

(1)當漿液升至孔口、經連續三次復灌不吃漿(50 kPa壓力，持續10 min時間)即可終止灌漿。

(2)當長期達不到結束標準時，報請監理人共同研究處理措施。

(3)灌漿完畢，應及時進行封孔，方法為將灌漿管拔出，向孔內注滿密度大于15 kN/m3的稠漿。如果漿液面下降，則應繼續灌注稠漿，直至漿液升至孔口不再下降為止。

4 質量控制

為保證渠堤灌漿質量和渠堤安全，檢驗灌漿效果，灌漿過程中應有觀測人員負責觀測工作，全面控制灌漿質量，及時發現和解決問題。

(1)渠堤變形觀測

橫向水平位移監測沿堤軸線方向每隔10～20m 設一組觀測標點，至少在渠堤頂內外側堤前各設一個觀測標點；豎向位移樁與水平位移樁相結合，并同時進行觀測，灌注前至少應觀測2次，灌注期間每天觀測1～2 次，非灌注期間每5 天觀測1 次。

(2)灌漿壓力和灌漿量觀測

灌漿壓力觀測，在注漿管上端安裝壓力表，壓力表讀數增大不進漿，說明輸漿管堵塞。可用水沖開管路，同時嚴格泥漿過濾，保證漿液的合理指標。

灌漿量一般采用泥漿流量和灌漿時間來控制。冒漿觀測，灌漿期間要有專人經常巡視渠道襯砌面板、外堤坡。如發現冒漿，應停止灌漿并及時處理，同時做好相應記錄。

5 結 語

通過對高填方段防滲方案優化，采用錐探灌漿措施至今本渠堤未出現滲水現象。對于錐探灌漿來說，灌漿的布孔間距、泥漿粘度、孔口灌漿壓力、灌漿時間、注水試驗、灌漿量等參數對施工過程中的質量控制起關鍵性的作用，有效的指導施工，從而滿足設計及規范要求，節約了工期，提高了質量，降低了經濟成本，值得今后類似工程借鑒。

[1] 《水工混凝土施工規范》(DL/T5144-2001).

[2] 《水利水電工程注水試驗規程》(SL345-2007).

[3] 《土壩灌漿技術規范》(DL/T5238-2010).

[4] 《土石壩安全監測技術規范》(SL60-94).

[5] 《堤防工程施工規范》(SL260-98).

[6] 《堤防工程施工質量評定與驗收規程》(試行)(SL239-1999).