軟土地基回填灌漿質量檢測方法及應用

毛小魏,臧振濤,陳振華,王再榮,陳超燕

(1.溫嶺市水利局，浙江 臺州 317500；2.杭州水利水電勘測設計院有限公司，浙江 杭州 310006)

0 引言

中國沿海擋潮閘多建于20世紀50-70年代，受當時技術、材料、設備等方面的影響，軟土地基特別是淤泥質粘土地基多采用鋪設片石墊層、局部松木樁處理，在長期擋潮運行過程中，已發生不同程度的隱患，其中就包括基底裂縫、脫空。對軟土地基尤其是閘底板脫空區軟基進行回填灌漿加固處理，提高軟土地基的防滲能力和力學性能，以保證工程安全運行。

1 現行類似檢測規范要求

《水利工程質量檢測技術規程(SL734-2016)》第4.2.3節第2條回填灌漿檢測內容及檢測方法兩條標準，第4.2.3節第3條規定內容：《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范(SL 62-2014)》隧洞灌漿第7.2節規定“回填灌漿”質量檢測方法三條要求《土壩灌漿技術規范(SL 564-2014)》第6.3節“質量檢查方法”第6.3.2條規定重點第6.3.4條規定“分析灌漿過程檢查和質量檢查資料，并配合監測成果等其他檢查資料，對灌漿質量進行綜合評價”。這是現行類似檢測規范主要標準依據。

由于閘底板脫空區軟基回填灌漿質量檢測需考慮閘底板下部脫空區回填情況，下部浮泥、淤泥置換或固化情況，基礎滲透性及土體力學性能情況等，因此現有規范檢測方法無法直接套用。

2 類似檢測技術研究綜述

2.1 鉆芯法

鉆芯法主要是采用鉆芯設備對結構物進行鉆孔取芯，對鉆孔過程的難易程度、芯樣采取率、膠結情況以及芯樣強度等進行判斷。目前，該技術主要用于強度檢測、缺陷及隱患探測中，隨著科技的發展與檢測內容的需求，一些檢測項目中已將鉆孔攝影及鉆孔電視等先進的檢測手段應用到鉆芯檢測中。

2015年，甘軼等人通過采用多種檢測方法對樁基質量進行對比檢測，成果顯示鉆芯法檢測可以提高檢測工作的準確性。羅敏娜通過分析混凝土樁內的蜂窩、溝槽、松散等常見缺陷的形成機理，提出僅采用芯樣表觀很難準確界定，應采用鉆芯法、孔內攝像法進行綜合分析確定。

由于鉆芯法具有成果直觀、操作簡便等特點，已被人們廣泛應用，但常規的鉆芯法，由于孔徑大(一般在70 mm以上)，對圬工結構損傷較大，特別是無法避開鋼筋時。為了減少損失，陳振華等研發了一項用于圬工結構隱患探查的技術，該技術核心思想是利用小孔徑取芯鉆機、改進的鉆桿與底座，在圬工結構上任意方向鉆取直徑細至2～4.20 cm、孔深深至8 m的芯樣，直觀、方便地檢查圬工結構的質量情況(膠結材料的膠結質量、密實度、脫空、疊砌等)、隱蔽部位尺寸情況、巖體的巖性情況，必要時在孔內放入小直徑的水下微孔攝像探頭，進一步探查孔內與孔底情況，該技術又稱“微創可視鉆芯探測技術”，已于2018年11月列入《浙江省水利新技術推廣目錄(2018)》。2018年，毛小魏等人將“微創可視鉆芯探測技術”成功應用于作業水深超過6 m、建于1934年的新金清閘底板隱患探測中，探查成果為水閘的安全鑒定、后續除險加固提供了基礎資料。2019年，林萬青等人結合微創鉆芯技術，研究了不同圬工試件的室內鉆芯對比試驗，綜合分析芯樣采取率、芯樣及孔壁表觀質量，結果表明，該方法能夠清晰、直觀地反映結構體的內部質量情況，且對常規強度結構體的芯樣采取率的影響不大。

2.2 注水試驗

注水試驗主要是用來測定土體的滲透系數。2006年，李寧等人采用不同方法對同一土層的滲透系數進行測定，成果顯示，逆鉆孔法、單管常水頭法、單管變水頭法均可用于現場滲透系數的測試，試驗結果均大于室內試驗方法所得結果。2013年，劉祥宇等人采用現場及試驗測定堤身土體的滲透系數。成果顯示，由于受土體連通作用、土層邊界條件、土樣代表性等因素影響，采用現場試驗比室內試驗得到的滲透系數相差1～2個數量級。2017年，林太清等人采用注水試驗測定某庫區防護工程堤防滲透系數，成果對比分析可知，鉆孔注水試驗是一種簡單、有效的測定堤壩滲透系數的方法。

2.3 輕型動力觸探試驗

由于動力觸探檢測設備具有簡單、方便、時間短等特點，被廣泛應用在大面積填土質量檢測、軟弱土層加固效果檢測領域。2017年，宋艷清等人為確定地基持力層的承載力，采用輕型動力觸探進行地基承載力檢測。根據輕型動力觸探(N10)試驗結果并結合當地經驗，得到淺層土地基承載力特征值fak。2019年，王偉鋒結合從化溫泉鎮區域范圍內地質類型大致相同、土層分布相近的10個工程實例，分別對天然地基進行了輕型動力觸探試驗與平板載荷試驗，并對2種試驗結果進行對比分析以及回歸分析，推定了該區域內的砂質黏性土的輕型動力觸探錘擊數標準值和地基承載力特征值的關系。

3 軟基回填灌漿質量檢測應用

閘底板軟土地基回填灌漿加固處理的主要目的：①提高閘基防滲能力，充填閘底板脫空區，置換或固化脫空區浮泥、淤泥；②改善閘基土體力學性能，通過脫空區的充填，浮泥、淤泥的置換或固化，改善下部淤泥、浮泥層的力學性能。因此，采用現有規范或者常規已有的某一項檢測技術，很難進行檢測。

以新金清閘底板脫空區軟基回填灌漿質量檢測為例，水位差4.45 m時，選取試驗閘室，開展了有關微創可視鉆芯法、注水試驗、土體含水量試驗、孔內滲水上升速率試驗以及輕型動力觸探試驗等，綜合分析回填灌漿加固情況，部分閘室底板下部芯樣如圖1所示，試驗數據如表1所示。

圖1 部分閘室底板下部芯樣圖

試驗位置天然含水率滲透系數(cm/s)輕型動力觸探擊數(擊)孔內滲水上升速率(cm/min)5#51.10%3.76×10-4/3.106#49.30%/6、7、8<1.0020#48.40%2.84×10-4/3.0021#42.60%/8、12、115.60

由圖1可以看出，采用微創可視鉆芯法能較好的取出閘底板下部加固層，且芯樣中包含水泥塊體、水泥與下部土體的混合層以及固化層，無脫空現象，芯樣有一定強度。由表1可知，加固后孔內土體的含水在42.60%～51.10%之間，地勘成果中閘底板下部淤泥質粘土含水率為43.60%～55.30%，由此可知孔底土體天然含水率已與原始土層接近；現場注水試驗閘底板下部原位滲透系數為2.84×10-4～3.76×10-4cm/s，地勘成果中淤泥質粘土的滲透系數為kh=1.55×10-7～3.79×10-6cm/s，kv=2.06×10-7～1.27×10-6cm/s。根據學者對現場注水試驗及室內試驗計算的滲透系數結果對比可知，由于室內試驗僅能反應所取土的滲透性能，現場注水試驗則是反應土體的綜合滲透性能，同時受取土的隨機性、土樣運輸及密封過程中的失真等因素影響，現場注水試驗與室內試驗結果相差2～3個數量級。此次注水試驗結果與室內試驗之間的差別為兩個量級，由此可判定加固后，下部土體滲透系數已基本接近淤泥質粘土。根據輕型動力觸探試驗成果可知，加固后下部土體具有一定的強度，觸探擊數≥6擊。根據孔內滲水上升速率試驗，4.45 m水頭差下加固后下部土體孔內滲水上升速率≤5.60 cm/min。

綜上所述，可判定該水閘閘底板脫空區軟基回填灌漿質量滿足要求。考慮到加固區域存在淤泥、浮泥與水泥的混合層，實際應用時，經專家評審討論，建議現場注水試驗的滲透系數<6.50×10-4cm/s，即為加固合格。結合規范《水利水電工程注水試驗規程(SL 345-2007)》降水頭現場注水試驗滲透系數計算公式，假定現場注水試驗滲透系數與孔內滲水上升速率的自然對數呈線性關系，則孔內滲水上升速率合格值為≤6.50 cm/min。

4 結論

①采用現有規范及常規已有的某一項檢測技術無法解決閘底板軟基回填灌漿質量檢測問題；②為更加直觀、準確、便捷、省時，采用以微創可視鉆芯法判定為主，輔以孔內滲水上升速率≤6.50 cm/min的回填灌漿質量檢測方法。