安宇翔

（河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

近年來，隨著西氣東輸?shù)却笮吞烊粴廨敋夤艿理?xiàng)目的建設(shè)，不可避免地需要穿越沿途大江大河，對(duì)河道行洪、河勢穩(wěn)定、堤防安全、防汛搶險(xiǎn)等方面都將產(chǎn)生一定影響，對(duì)于此類影響，在進(jìn)行防洪影響評(píng)價(jià)的同時(shí)，需要采取一定的補(bǔ)救措施，充填灌漿法是一種廣泛應(yīng)用的并被證明有效的方法。本文結(jié)合港清三線天然氣管道穿越東淀北大堤防護(hù)工程，重點(diǎn)探討了充填灌漿在工程中的應(yīng)用。

1 灌漿技術(shù)概述

灌漿技術(shù)是土質(zhì)堤壩加固中經(jīng)常應(yīng)用的方法，尤其對(duì)于壩體裂縫、孔洞等病害進(jìn)行補(bǔ)救時(shí)，有很大的技術(shù)優(yōu)越性。研究表明：灌漿在控制滲漏方面效果較為顯著；在提高巖土的抗壓強(qiáng)度方面效果較好，而在提高抗剪強(qiáng)度方面效果不甚明顯。灌漿法的不足之處主要是被灌注的對(duì)象處在隱蔽處，施工質(zhì)量不易控制。在實(shí)際工程應(yīng)用中，充填灌漿與劈裂灌漿是最常采用的灌漿方法，具有設(shè)備簡單、技術(shù)成熟、施工方便、修復(fù)效果顯著等特點(diǎn)。

充填式灌漿利用泥漿的自重壓力，將泥漿注入土壩壩體內(nèi)充填已有的裂縫、洞穴等壩體隱患，在充填原有孔隙的同時(shí)，有效增強(qiáng)壩體的穩(wěn)定性、安全性，達(dá)到加固堤壩的目的。

劈裂式灌漿主要是根據(jù)土壩壩體的應(yīng)力分布，利用水力劈裂原理，將壩體沿軸線方向劈裂并灌入粘土泥漿，形成防滲泥墻。同時(shí)與劈裂部位相連的裂縫、洞穴、軟弱夾層等壩體隱患，也得到漿液的充填和擠壓密實(shí)，對(duì)壩體達(dá)到防滲和加固的目的。

雖然充填式灌漿和劈裂式灌漿都是加固壩體，但兩者之間存在著一定區(qū)別，充填式灌漿適用于壩體滲漏現(xiàn)象不嚴(yán)重，只在局部存在一定安全隱患，且處理性質(zhì)和范圍都已確定的壩體修復(fù)工程。劈裂式灌漿適用于壩體整體質(zhì)量都存在問題，處理范圍較大、問題性質(zhì)和部位不能完全確定的隱患。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 工程概況

港清三線天然氣輸氣管道工程管徑D1016mm，設(shè)計(jì)壓力10MPa，工程于霸州市王莊子鄉(xiāng)西南約350m 穿越東淀北大堤，管線穿越長度為700m，管線軸線與河道水流方向呈82°交角。東淀北大堤西河閘至劉家鋪段長76km，擔(dān)負(fù)著保衛(wèi)天津市防洪安全任務(wù)，同時(shí)也是大清河流域清北南部廣大地區(qū)防洪安全的重要屏障，其堤防級(jí)別為2 級(jí)。

根據(jù)工程總體方案，港清三線輸氣管道采用定向鉆技術(shù)穿越東淀北大堤，其施工步驟為：導(dǎo)向孔施工→預(yù)擴(kuò)孔施工→管道回拖施工。當(dāng)導(dǎo)向孔鉆頭出土后，從小到大共進(jìn)行5次擴(kuò)孔后回拖管道，鉆頭鉆進(jìn)和擴(kuò)孔均有泥漿護(hù)壁，泥漿主要成份為膨潤土，并摻有堿纖維素、工業(yè)堿和淀粉等外加劑，泥漿的粘度控制在60S，泥漿壓力為2.0MPa，成孔后直徑為1300mm。

2.2 地質(zhì)條件

工程所在地層主要為細(xì)砂層，呈黃褐色，以中密為主，分選性較差，總體上以細(xì)砂為主，局部為粉砂，主要礦物成分為長石和石英，局部含較多粉土成分，含有大量云母片。層厚為2.80～7.10m，層底深度為35.50～27.20m，層底高程為-34.90～-23.50m。

2.3 管道定向鉆穿越對(duì)堤防的影響

由于管道穿越堤防成孔直徑1300mm，比管道外徑大240mm，護(hù)壁泥漿干縮后，在管道四周極易形成滲漏通道。定向鉆造孔過程中的多次擴(kuò)孔會(huì)對(duì)管道周圍土體形成擾動(dòng)和破壞，致使管道周圍形成空隙或疏松帶，可能導(dǎo)致堤基形成不同類型的質(zhì)量隱患。管道穿越堤防之下的細(xì)砂層區(qū)域時(shí)，可能會(huì)使細(xì)砂層中的部分砂粒被泥漿帶走而置換，形成的孔道幾何尺寸較大，在砂層與管道接觸部位可能存在疏松帶，在河道行洪水位較高時(shí)，可能存在滲漏隱患。

針對(duì)定向鉆穿越工程可能形成的隱患，加固方案的核心是采取灌漿措施截?cái)嘟佑|面的滲漏，充填管道與土體之間的空隙，加固管道周圍的松散土體。由于穿越工程存在質(zhì)量隱患部位明確，因此灌漿加固措施采用充填灌漿。

2.4 灌漿方案擬定

2.4.1 灌漿孔布置及灌漿范圍

DL/T5238—2010《土壩灌漿技術(shù)規(guī)范》中針對(duì)充填灌漿的設(shè)計(jì)要求有：“充填灌漿孔應(yīng)布置在隱患處或附近，孔距一般控制在1～2m，鉆孔深度應(yīng)超過隱患深度不小于1m?！备鶕?jù)規(guī)范要求，擬定本工程灌漿孔布置方案如下：

（1）豎向灌漿范圍：灌漿造孔深度為管底（隱患層）之下2.0m，灌漿范圍為管底以下2.0m 至管頂以上2.0m 共5m 的松散土體及空隙。最小鉆孔深度22.79m，最大鉆孔深度34.77m。

（2）灌漿孔平面布置：灌漿孔沿管線兩側(cè)各布置1 排，排距2.0m，孔距采用2.0m，梅花形布孔。

（3）橫向灌漿范圍：沿管道方向堤腳內(nèi)、外各30m 及堤身共110m 范圍。

鉆孔采用準(zhǔn)130～150mm的GXY-150型鉆機(jī)干法造孔。灌漿措施采用壓密灌漿，通過鉆孔向土層中壓入濃漿，隨著土體的壓密和漿液的擠入，用來置換或壓密土體。根據(jù)已有工程經(jīng)驗(yàn)，灌漿點(diǎn)壓力宜選擇0.1～0.3MPa，灌漿壓力最終應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試灌情況確定，控制堤身、堤基不產(chǎn)生裂縫、冒漿或局部隆起等問題。

東淀北大堤充填灌漿鉆孔平面布置如圖1，東淀北大堤充填灌漿鉆孔縱向布置如圖2。

圖1 東淀北大堤充填灌漿鉆孔平面布置圖

圖2 東淀北大堤充填灌漿鉆孔縱向布置圖

2.4.2 灌漿參數(shù)

根據(jù)DL/T5238—2010《土壩灌漿技術(shù)規(guī)范》，同時(shí)參考類似工程，灌漿參數(shù)擬定如下：

（1）灌漿材料：PO42.5 普通硅酸鹽水泥、水玻璃及土料等。其中灌漿土料和漿液物理力學(xué)性能參照DL/T5238—2010《土壩灌漿技術(shù)規(guī)范》的要求，制漿用水為不含過量雜質(zhì)的淡水。

（2）漿液水灰比控制在1∶0.6～1∶1.0，漿液比重1.5～1.6g/cm3。

（3）漿液為水泥、粉質(zhì)粘土漿，水泥與粘土的配比為1∶3.5，為了改善漿液性能，可摻入適量水玻璃，其摻入量宜為水泥和土料總重量的0.7%。

（4）漿液初凝時(shí)間由試驗(yàn)確定。

（5）灌漿壓力的確定以堤身、堤基不產(chǎn)生裂縫、冒漿或局部隆起為原則。

2.5 灌漿施工過程中注意的問題

（1）灌漿流量一般應(yīng)為7～10L/min，不宜大于20L/min。在設(shè)計(jì)灌漿壓力下，吸漿量小于0.2L/min時(shí)，再延續(xù)30min 作為終孔標(biāo)準(zhǔn)。

（2）灌漿順序按跳孔間隔灌漿方式進(jìn)行，灌漿時(shí)采用先外圍后內(nèi)部的灌漿施工方式，可先自河道迎水側(cè)的最外排開始灌漿。

（3）當(dāng)每孔灌漿完成后，待孔周圍濃漿不再流動(dòng)時(shí)，將孔內(nèi)漿液取出，掃孔至底，對(duì)堤身部位的灌漿孔用直徑20～30mm 的粘土球分層回填夯實(shí)。

（4）灌漿施工過程應(yīng)首先進(jìn)行試灌，合理確定灌漿壓力。當(dāng)出現(xiàn)冒漿時(shí)應(yīng)改用稠漿，或降低壓力，或停灌幾天待冒漿通道被泥漿堵塞后再打孔施灌。

（5）當(dāng)灌漿孔之間發(fā)生串孔時(shí)可用水塞堵住冒漿孔，如果串漿孔較多且次數(shù)頻繁，可以適當(dāng)放大孔距，降低壓力。

3 結(jié)語

（1）針對(duì)港清三線天然氣管道穿越東淀北大堤定向鉆穿越工程可能引起的險(xiǎn)情和隱患，采取充填灌漿工程措施截?cái)嘟佑|面的滲漏，以確保堤防安全。

（2）該防滲措施具有設(shè)備簡單、技術(shù)成熟、施工方便、防滲效果明顯等特點(diǎn)，可供類似堤壩加固工程參考和借鑒。

［1］宋新江.西氣東輸管道穿淮提防除險(xiǎn)加固對(duì)策研究［D］.南京:河海大學(xué)，2004.

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［3］王興俊.水利工程加固過程中充填灌漿法的有效應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2011，6（3）:166.

［4］DL/T5238—2010，土壩灌漿技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］朱毅輝.堤防應(yīng)用錐探灌漿技術(shù)加固防洪堤［J］.大眾科技，2010，7（1）：89-90.