堤防工程粗粒土控制灌漿修復加固施工探討

劉成峰，湯傳波

(江蘇天源建設集團有限公司，江蘇 淮安 211700)

0 引 言

滑坡是我國水利工程中較為常見的地質災害之一，為提升滑坡災害識別能力加強風險防控，國內學者先后展開大量研究，并取得較為豐碩的成果，但是在膨脹土岸坡以及堤壩滲透滑坡等方面仍缺乏系統性研究。為此，本研究對堤防粗粒體控制灌漿修復加固技術進行專項研究，旨在形成堤防控制灌漿柔性防護加固技術施工工藝體系，為堤防工程砂卵礫石滲漏及滑坡預防提供經驗借鑒。

1 工程區概況

維橋河流域盱眙段右岸堤防工程屬于堤壩粗立體控制灌漿修復加固施工示范點，河段落差258m，比降均值3.84‰，為流域洪泛區。示范點距離河床較近，河谷谷底較為平坦，平均寬度565m，堤防工程堤身填土材料主要為夾砂卵礫石的粉質壤土，堤基則直接位于厚度5-14m的砂卵礫石層之上，下伏紅紫色白堊系上統灌口組粉砂質泥巖。堤身和堤基礎均屬于粗粒土料，并存在局部性滲漏穩定問題。

2 粗粒土控制灌漿修復加固施工

2.1 鉆孔

本堤防工程粗粒土控制灌漿采用直徑鉆孔直徑145mm的HM-90型風動潛孔鉆機鉆孔，并按照上下游排到中間排的次序施工。在鉆孔時應嚴格控制風動潛孔鉆機跟管鉆進速度、角度及鉆壓，以保證砂卵礫石中鉆進施工質量。通過雙管單動鉆具鉆孔取芯，以保證芯樣的采取率與完整率。

2.2 灌漿試驗

本工程以鈣基膨潤土和P.O42.5R普通硅酸鹽水泥為主要灌漿材料。套殼料強度控制應為灌漿施工重點控制方面，本項目主要將套殼料3d強度控制在0.3MPa，共進行十組套殼料配比試驗，進行試驗結果優選后選擇(0.8-1.0):1的水膠比，并將漿液結石3d抗壓強度控制在0.3-0.4MPa。

結合對可灌注性、粒徑<0.1mm顆粒含量及透水性等方面的分析進行地層可灌注性判斷，根據試驗結果，水泥砂漿完全適用，試灌選用普通水泥漿液和膏狀漿液[1]。普通水泥漿液水灰比按照2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1及0.4∶1等情況確定，其中最后一級對應膏狀漿液。

2.3 套閥管下設及套殼料注入

終孔后進行鉆孔質量驗收，合格后下設直徑89mm鋼管所加工成的套閥管，其上花孔直徑15mm，每環設置四個花孔，且任意兩環距離為33cm，并應結合孔深進行套閥管長度的調整。通過注漿器從內套閥孔開始以泵送方式向套閥管外側灌注套殼料，注料量控制在15.8L/m，且待孔口出漿后停止灌注套殼料，完成后凝結3d，再進行壓水試驗。

2.4 灌漿施工

類似工程堤身和地基砂卵礫石層可通過套閥管法、孔口封閉法、套管灌漿法等進行灌漿施工，考慮到套閥管法漿液消耗量少、成孔率高、施工過程可控，故本堤防工程擬采用套閥管法從下至上分段注漿，并采用純壓式注漿工藝。基巖段則進行由上至下的純壓式注漿。三排注漿孔均按照上游排→下游排→中間排的次序施工，排間再加密施灌。處于灌漿施工效率考慮，主要采用壓力穩定、運行良好、額定注漿壓力10MPa、最大排量207L/min的3-SNS型三缸往復式柱塞注漿泵，配套設備包括容積6200L、攪拌葉旋轉速率高的強制高速制漿機以及設計容積600L、攪拌軸設計轉速50r/min的集漿桶等。為保證漿液質量，同時還使用GJY-V11型多路注漿記錄儀，采集灌漿數據并加強對注漿過程的全過程監控；選擇包括上下兩個高壓膨脹塞所組成的直徑75.12mm高壓循環膨脹式注漿器，其中間為注漿花管，且長度可調，具有全管段密封良好、膨脹率高等技術優勢。

2.4.1 灌漿段長及灌漿壓力

為進行灌漿參數確定，在正式施工前選擇砂卵礫石地層進行灌漿試驗，水泥漿液通過套閥管注入，確保注漿量的基礎上將灌漿段長確定為2.0m；基巖段灌漿段長分別采用2.0m和3.0m兩種情況，當壓水透水率不超過10Lu的情況下，可將兩段灌漿段合并。

結合堤防工程高度及砂卵礫石地層實際深度，將試驗段水頭壓力最大值確定為0.2MPa，并按照水頭壓力最大值的1.5倍進行安全系數的確定；按照0.3MPa的注漿壓力起灌，注漿壓力始終控制在1.0MPa以內，具體取值情況詳見表1。

表1 灌漿壓力控制情況

2.4.2 漿液變化

在注漿施工過程中，為確保防滲帷幕厚度、節省水泥漿液、嚴控注漿漿液擴散范圍，必須保證漿液變化過程的合理性：在注漿壓力即定且漿液灌注率減小時，或在漿液灌注率不變且注漿壓力持續升高時，水固比應保持不變；若特定比級漿液灌注量超出600L或持續注漿時間超出1/2h以上，且灌漿壓力和水泥漿液灌注率均保持不變時，應將水泥漿液濃度升高一級；漿液灌注速率應控制在30L/min以內，持續灌注時間應控制在1/2h以內，如果達不到，則應改為間歇灌注，且間歇注漿時間應不短于1/2h；注漿施工過程中若累計干料注入量超出1.0t/m，則應盡快采取間歇灌注及限流措施[2]。

灌漿結束標準依所使用的漿液類型而不同：在采用普通水泥漿液的情況下，若漿液灌注速率降至1.0L/min以下，則應在持續澆筑1/2h后結束該段注漿；在采用膏狀漿液的情況下，基本達到不吸漿狀態時便可結束注漿。由于本堤防工程注漿試驗過程中并未使用膏狀漿液，故只需按照普通水泥漿液灌注進行灌漿結束情況的判斷。

3 灌漿效果檢查

3.1 檢查孔布置

結束灌漿后進行為期14d的待凝檢查，并對檢查孔進行鉆孔取芯及注水試驗，檢查孔必須設置在帷幕中心地質條件復雜且對注漿施工質量影響較大的區域。檢查孔主要通過地質鉆機清水鉆進，待凝結48h后進行后續施工。檢查孔鉆孔過程中，孔口管必須欠入原注漿孔注漿頂1.0m深，并待檢查孔實際深度<原注漿孔終孔深度1.0m后結束，并按設計要求逐次段進行施工及注水試驗。

3.2 注水及壓水試驗

采用常水頭注水試驗方式進行檢查孔滲透試驗。開始注水前按照5min時間間隔觀測地下水情況，并待連續兩次觀測數據的差額不超出10cm時結束觀測，地下水位結果以最后的觀測值為準。檢查孔注水試驗從上至下分段展開，且結合該堤防工程地質條件，將試驗段長確定為3-8m。

為確定該堤防工程注漿加固后地層所實際承受的水力破壞壓力極限值，應對地層復雜處展開破壞性壓水試驗，并結合具體試驗過程和結果確定水力滲透極限與壓水壓力之間的關系，以便為施工過程提供指導。

3.3 灌漿效果

結合壓水試驗結果進行該堤防工程示范點注漿前后地層透水率變動趨勢分析，并據此進行注漿效果評價。根據各序次注漿孔注漿前透水率頻次曲線、注漿前透水率均值及透水段數統計情況(圖1)可以看出，隨著注漿孔序的增加，透水率呈明顯的遞減趨勢，Ⅱ序孔透水率均值比Ⅰ序孔透水率均值小25.9%，Ⅲ序孔透水率均值比Ⅱ序孔透水率均值小38.1%，這種各序孔注漿透水率遞減趨勢符合注漿施工質量控制實際[3]。

圖1 各序次注漿孔注漿前透水率頻次曲線

根據所進行的注入量、檢查孔注水壓水試驗、透水率等試驗成果，該堤防工程示范點粗粒土控制灌漿施工效果良好，且透水率和水泥漿液灌注量均表現為明顯的遞減趨勢；各段次檢查孔滲透系數也均不超出1.0×10-5-9.0×10-5cm/s的范圍。

4 結 論

通過文章對具體堤防工程粗粒土控制灌漿施工過程的分析表明，套閥管注漿施工技術對于砂卵礫石地層控制灌漿較為適用，由下至上的純壓式分段注漿施工能保證水泥漿液順利灌進粗粒土土層結構內，取得較好的滲透式控制注漿施工效果。堤防工程堤壩粗粒土中砂卵礫石土體粒徑較大，故其注漿孔應當按照三排設置，且排距和注漿孔間距均應按照1.0m控制，并嚴格按照設計要求控制注漿壓力，注漿施工效果良好。