塑性混凝土預灌漿加固技術在船閘臨時擋水土石壩中的應用

張劍 中交四航局第五工程有限公司

1.應用背景

塑性混凝土作為近年來新興的一種新型防滲材料，主要是利用混凝土較低的彈性模量、較大的極限應變、和易性強、可塑性好、質量可靠的特點快速形成防滲墻，被廣泛應用于船閘臨時擋水土石壩防滲施工中。

贛江某船閘上游臨時擋水土石壩塑性防滲墻施工，采用預加固技術將下部的砂礫石層予以加固，有效減少塌孔，提高了成槽質量；增加了軟弱地質下塑性混凝土防滲墻成功實施的可能，達到了設計預期。

2.工程概況

2.1 工程平面布置及規(guī)模

贛江某航電樞紐二線船閘位于一線船閘右岸電站舊管理區(qū)內(nèi)。為創(chuàng)建船閘上游結構施工干地環(huán)境，需拆除一線樞紐大壩與船閘重疊部分，并在上游一側新建臨時擋水土壩。新建擋水土壩左側端部與廠區(qū)公路土路基銜接，右側端部接就近山體，呈現(xiàn)類似倒“7”型布置，臨時擋水土石壩（以下簡稱土石壩）設計防滲軸線總長約540 m，與廠區(qū)既有公路土路基銜接部位直線度長約102m，南北方向長度約91m，土石壩圓弧段長度約89 m，東西方向接一線船閘段長度約257m。本工程臨時擋水土石壩，建筑物級別同航電樞紐原土石壩，均為1級。設計洪水重現(xiàn)期為一千年，校核洪水重現(xiàn)期為一萬年。

2.2 工程防滲設計概述

臨時擋水土壩壩殼料主要為硬巖石渣料、開挖石渣料、粘土料和砂礫料，其中硬巖石渣料用于上、下游戧堤水下進占；開挖石渣料用于96.5m高程以上壩體的填筑；砂礫料用于96.5m高程以下戧堤之間的壩體填筑；粘土料用于96.5m高程以上粘土心墻的填筑。

本項目防滲體系采用粘土心墻+塑性混凝土+帷幕灌漿防滲形式，土石壩96m以上高程設計為粘土心墻，96m高程以下采用塑性混凝土防滲墻，其下接帷幕灌漿，整體防滲墻體設計厚度80cm，設計承受的最大水頭約40m，頂標高為EL103.6m，底部要求入透水率小于5Lu頂界線以下5.0m。塑性混凝土防滲墻體物理力學指標要求見表1。

表1 塑性混凝土防滲墻設計指標

臨時擋水土壩塑性混凝土防滲墻設計面積21201m2，項目于2019年12月9日完成塑性混凝土防滲墻首件施工，2020年8月2日完成最后1個槽段施工，共用時237天。

2.3 工程地質狀況

臨時擋水土壩位于右岸上游庫內(nèi)，原始地貌為Ⅰ級階地和Ⅱ級階地并逐漸過渡到右岸山體。階地內(nèi)松散覆蓋層厚度為14.7～20.0m，主要地層為人工填土、粘性土和砂礫石層及其混合土，基巖面高程為64～70m。表層為成庫后沉積的軟土淤泥，淤泥下則是強度較低、變形大的人工填土地層。人工填土因尚未完成自重固結，結構松散。

3.預灌漿加固施工工藝簡述

3.1 目的

塑性混凝土防滲墻施工緊跟開挖石渣料和砂礫石料回填施工進度，考慮到設計砂礫石填筑層厚約15～20m，50～200mm粒徑占40%，且土石壩下承層地質本身存在砂卵石層，根據(jù)卵、礫石透水、松散特性，為防止塌孔，若防滲墻施工采用傳統(tǒng)液壓抓斗直接抓取，難以成槽，因此在防滲軸線兩側進行鉆孔預灌加固處理，處理深度為回填料回填厚度。

3.2 預灌漿孔布置

本工程預灌漿加固范圍以防滲軸線為基線，兩側導墻邊線為控制邊線，預灌漿鉆孔中心距離防滲軸線1.4m，孔距1.2m，鉆孔成孔直徑不小于91mm。

3.3 施工工藝

預灌漿主要采用袖閥管，伸入孔底，由底部開始分段灌注漿液，鉆孔達到設計要求深度終孔后，向孔內(nèi)灌注套殼料并下入套閥管，提起套管，插入袖閥管后灌漿，灌漿下限為土石壩原基面下1.0m。預灌漿做法為后臺根據(jù)配合比拌制漿液，經(jīng)注漿泵加壓輸送漿液，通過連通的管道進入袖閥管（即鉆有泄?jié){孔的PVC管），不斷注入的漿液產(chǎn)生的壓力撐開袖閥管密封橡膠墊圈，擊碎套殼料。隨著袖閥管內(nèi)壓力，漿液通過套殼料破口，滲入加固底層，并隨著壓力不斷外延，壓力消散，漿液將滯留土石中，最終形成固結體，達到止水防滲的效果。

4.施工過程質量控制措施

（1）通過施作先導孔作為地質補充勘察手段，確定具體的預灌漿深度。

（2）鉆孔過程及插入閥管過程中需特別注意垂直度的控制，確保孔底偏斜率≤2.5%，尤其是孔深20m以內(nèi)范圍偏斜率的控制。

（3）袖閥管內(nèi)漿液灌注需要根據(jù)典型施工，獲得稠度和強度參數(shù)，阻止?jié){液垂直方向流動，確保灌漿有效范圍滿足設計的要求。

（4）以配合比試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過土石壩填筑料密實度質量，調整漿液施工配合比，指導并確定注漿泵壓力值。

（5）灌漿單位注入量達到設計規(guī)定最大值指標時，及時控制最大灌漿壓力，保持持續(xù)灌注時間達到20min，保障灌漿的注入率≤20L/min，并確保孔口溢流出漿液后停止灌漿。

5.施工過程出現(xiàn)的問題及對策

（1）污水和異物進入灌漿管道，預灌漿孔成孔后不能及時灌漿的孔口需封閉，在試驗檢測時需采取保留灌漿孔，并采用細砂填孔，孔口使用木塞等材料保護。

（2）套閥管沖開封閉橡膠環(huán)困難，可酌情采取下列方法處理：①灌漿孔內(nèi)袖閥管臨時封堵塞位置發(fā)現(xiàn)不正確，可采取拔出袖閥管，通過調整封堵位置糾正；②壓力不足時通過調整壓力，采取高壓沖環(huán)方式；③高壓沖環(huán)失敗時可調整封閉環(huán)位置或重新開設環(huán)位灌漿方式。

（3）灌漿后冒漿位置沿孔壁冒漿，可考慮下列方法：①封閉錯誤的冒漿位置；②調低灌漿壓力，采用較稠的漿液灌注；③采用時間間隔灌漿的方式；④通過試驗，調整并使用外加劑或其他符合要求的摻合料。

（4）灌漿時漿液在套閥管道內(nèi)出現(xiàn)漏點，無法實現(xiàn)孔口返漿，可考慮區(qū)別對待，采取下列方法：①探查套閥管出現(xiàn)滲漏點的位置，由管道底部開始，逐一段落排查；②重新安裝套閥管內(nèi)的灌漿環(huán)塞，或通過加寬灌漿環(huán)寬度；③使用無環(huán)塞的套閥管道，并采取上下拔插的方式擠壓灌漿。

（5）灌漿由于各種原因導致施工中斷，需查明原因、盡快恢復施工。當灌漿注入工效與施工中斷前相近，可直接使用原漿液配合比施工；當灌漿施工中斷時間較長，灌漿注入工效明顯降低，后臺吸漿困難，采用最大灌漿壓力進行壓水沖洗，確保管道暢通后再復灌。

6.預加固灌漿的效果

臨時擋水土石壩完成全部施工后，在擋水前完成了壩頂變形測點的埋設，并取得初始值；開展基坑抽水試驗檢測階段，基坑降水速度不超過2m/d，抽水過程中采集了滲漏和變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，抽水完成后連續(xù)監(jiān)測和巡視檢查2周后，組織相關專家對成果進行檢查、評定。經(jīng)專家組鑒定，土石壩在采取預加固灌漿措施后成型的塑性混凝土防滲墻和帷幕灌漿已形成擋水條件，土石壩內(nèi)干水后無滲流現(xiàn)象出現(xiàn)，防滲體系已起作用，臨時擋水土石壩初步效果顯現(xiàn)。

在進入下一步土石壩內(nèi)基坑開挖施工中，將持續(xù)關注滲流、滲漏現(xiàn)象，及時采取防范措施，確保基坑內(nèi)船閘結構施工安全及土石壩的安全。

對于預灌漿加固的部位，建議可以嘗試以帷幕灌漿位置為基礎，加固深度仍考慮壩體卵礫石填筑高度，以便降低成本，加快施工速度。

7.結語

通過臨時擋水土石壩塑性混凝土防滲墻實施前采用預灌漿技術的實踐證明，預灌漿有效防止了軟弱地質狀況下，塑性混凝土防滲墻體成孔過程塌孔現(xiàn)象發(fā)生，雖然花費了一定成本，但確保了土石壩順利實現(xiàn)擋水目標，驗證了措施可行。