范 春 艷， 周 超, 原 鵬 飛

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

南水北調(diào)中線干線漳古段SG09標(biāo)工程位于河北省邢臺(tái)市內(nèi)丘縣境內(nèi)，主要建筑物級(jí)別為I級(jí)。左岸排水建筑物的設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇?？偢汕^(guò)水?dāng)嗝娌捎锰菪螖嗝?，按挖填類型分為挖方、半挖半填和全填方三種斷面形式。設(shè)計(jì)底寬為22～26 m，設(shè)計(jì)邊坡坡比為1∶0.3～1∶2。渠道設(shè)計(jì)流量為220 m3/s，加大流量為240 m3/s，渠道設(shè)計(jì)水深6 m，渠段縱坡為1/18 000～1/25 000。

主干渠渠道高填方段通過(guò)分層碾壓施工而成，在填筑過(guò)程中受人為控制因素影響較大，施工過(guò)程中很容易存在局部碾壓不到位、層間局部有光面、顆粒不均產(chǎn)生架空等現(xiàn)象，而且因?qū)娱g光面、局部架空等引起的滲漏通道很難被發(fā)現(xiàn)。因此，高填方區(qū)極易產(chǎn)生沉降，進(jìn)而發(fā)生剪切破壞而影響到土體的整體性及抗?jié)B性。因此，在渠道修建完成后，經(jīng)多方論證，對(duì)原高填方渠段的防滲方式進(jìn)行了優(yōu)化，采用錐探灌漿方式以提高其抗?jié)B能力。

錐探灌漿主要用于水利工程中的土壩、河流和渠道堤防施工。錐探灌漿采用錐探機(jī)械作用于帶勺型鉆頭的鉆桿上擠壓土質(zhì)渠堤成孔，然后將按比例拌制好的膨潤(rùn)土泥漿由泥漿泵加壓后經(jīng)輸漿管順堤頂預(yù)先打好的孔口灌入堤身，用以充填密實(shí)堤身內(nèi)部存在的裂隙、土質(zhì)松散等，以達(dá)到消除滲漏、提高堤防自身抗?jié)B能力的目的，確保渠堤的安全運(yùn)行。

2 錐探灌漿試驗(yàn)

為保證全渠道高填方段錐探灌漿施工的順利進(jìn)行，相關(guān)單位和部門(mén)集中優(yōu)勢(shì)力量?jī)?yōu)先組織進(jìn)行了錐探灌漿試驗(yàn)。此次工藝試驗(yàn)的試驗(yàn)段為主干渠渠堤高填方段的一部分(樁號(hào)139+790～139+840.25段右岸渠堤)，總長(zhǎng)度為50.25 m。自堤頂向下1～5.6 m為分層碾壓土層，施工后的壓實(shí)度為0.98；5.6～7.6 m為原始土層，灌漿深度為堤頂至原始土層以下2 m。

2.1 錐探灌漿試驗(yàn)的目的

為確保錐探灌漿達(dá)到預(yù)期效果，應(yīng)對(duì)灌漿材料、漿液配合比、鉆孔設(shè)備、灌漿時(shí)間間隔、制漿和灌漿機(jī)具等進(jìn)行試驗(yàn)選擇。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定最優(yōu)的參數(shù)(泥漿的密度、黏度、孔口灌漿壓力、灌漿持續(xù)時(shí)間、灌漿量、膨潤(rùn)土泥漿配合比、合理的灌漿孔間距等)，選擇灌漿的機(jī)具與灌漿材料，從而有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的施工。

2.2 錐探灌漿試驗(yàn)過(guò)程

2.2.1 試驗(yàn)材料的準(zhǔn)備

(1) 試驗(yàn)土料。因該標(biāo)段土石方開(kāi)挖已全部完成，不具備就地取土條件，故本次試驗(yàn)選用成漿率高、體積收縮率較小、穩(wěn)定性較好的膨潤(rùn)土。膨潤(rùn)土由鈣基膨潤(rùn)土和鈉基膨潤(rùn)土按試驗(yàn)確定的比例配置，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。試驗(yàn)結(jié)果表明：膨潤(rùn)土較為適宜。黏粒含量較高的土料不易粉碎，泥漿析水性差、固化慢、收縮率大、泥漿容易形成空心柱；黏粒含量較少的土料泥漿膠體低、顆粒粗、容易沉淀，有可能堵塞裂縫和通道。如果黏度很大則含砂量小，密度亦小；反之密度很大則含砂量大，黏度小、失水率大，容易沉淀。從以上分析可以看出：泥漿的密度、黏度、含砂量等指標(biāo)間的關(guān)系密切、相互影響。因此，泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)必須達(dá)到規(guī)定的數(shù)值方能用于灌漿。

(2)灌漿用水。灌漿用水采用生活用水，水質(zhì)滿足《水工混凝土施工規(guī)范要求》(DL/T5144-2015)中的有關(guān)條款規(guī)定[1]。

表1 灌漿用膨潤(rùn)土物理力學(xué)性能表

(3)泥漿漿液的設(shè)計(jì)物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表2[2]。

表2 漿液物理力學(xué)性能表

2.2.2 錐探灌漿試驗(yàn)工序準(zhǔn)備

(1)鉆 孔。

布 孔：錐探灌漿孔采用梅花形布置，孔深為堤頂至原始地面以下2 m，孔徑為50～76 mm，沿渠道橫向共設(shè)3排，分別為：堤頂迎水面布置一排錐探灌漿孔，堤頂中間布置一排灌漿孔，堤頂背水面布置一排灌漿孔，排距1.5 m，每排灌漿孔順?biāo)鞣较虻拈g距為1.5 m。其中堤頂中間的一排灌漿孔布置在渠堤中心線偏迎水面?zhèn)?.3 m，迎水面灌漿孔距渠坡襯砌護(hù)肩0.32 m，背水面灌漿孔距路緣石0.8 m，與硅芯管的間距為0.2 m(圖1)。

鉆具的選擇：渠堤填筑壓實(shí)度為0.98，非常密實(shí)。因普通全液壓錐探機(jī)靜壓造孔極為困難，故采用地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)和一臺(tái)動(dòng)力觸探儀干法成孔。

鉆 孔：順渠道軸線方向分段，干法造孔，一次成孔，成孔孔徑為72 mm。用水平尺控制機(jī)臺(tái)水平以保證造孔的垂直度，孔傾斜度不大于2%，孔位偏差不大于10 cm。成孔后用塑料板將孔口蓋好以防止雜物掉入或堵孔。

(2)注水試驗(yàn)。錐探灌漿試驗(yàn)前、后分別進(jìn)行了3組鉆孔注水試驗(yàn)，分別獲得錐探灌漿試驗(yàn)前渠堤填土、灌漿后渠堤填土的滲透系數(shù)用以檢測(cè)灌漿效果。試驗(yàn)孔位ZS-01、 ZS-02、 ZS-03為灌漿前測(cè)定， ZS-04、 ZS-05、 ZS-06為灌漿后測(cè)定，具體位置見(jiàn)圖1，鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比情況見(jiàn)表3。

按照《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》(SL345-2007)的要求進(jìn)行注水試驗(yàn)。一般選擇鉆孔常水頭注水試驗(yàn)。本工程錐探灌漿渠段為無(wú)地下水渠段，采用納斯別爾格公式計(jì)算。觀測(cè)時(shí)間選擇為2 h[3]。

圖1 錐探灌漿試驗(yàn)段孔位平面布置圖

流量觀測(cè)須符合下列規(guī)定：

開(kāi)始的5次流量觀測(cè)間隔時(shí)間為5 min，其后每隔20 min觀測(cè)一次。

相鄰兩次量測(cè)的流量差值不大于10%時(shí)可選擇結(jié)束試驗(yàn)，選最后一次灌注流量作為計(jì)算值。

當(dāng)試驗(yàn)段漏水量大于供水量時(shí)，需要一直記錄供水量。

表3 鉆孔注水試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

(3)制漿配合比。采用立式攪拌機(jī)高速拌制，將制漿材料稱量誤差控制在2%以內(nèi)。制漿時(shí)，嚴(yán)格按照經(jīng)泥漿配比試驗(yàn)后確定的配比進(jìn)行配置(膨潤(rùn)土泥漿配合比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4)。將水、膨潤(rùn)土稱重后連續(xù)、均勻地從拌漿機(jī)的一端進(jìn)料口加入，土料在攪拌機(jī)內(nèi)經(jīng)連續(xù)高速攪拌后在旋轉(zhuǎn)離心作用下從另一端排漿孔排至轉(zhuǎn)篩(下設(shè)36孔/cm2篩網(wǎng)過(guò)濾)內(nèi)，篩選過(guò)的細(xì)泥漿流入下設(shè)的攪拌筒內(nèi)，繼續(xù)攪拌，防止?jié){液沉淀。嚴(yán)格按照《土壩灌漿技術(shù)規(guī)范》 SL564-2014的要求對(duì)泥漿的密度、黏度、穩(wěn)定性、膠體率、失水率進(jìn)行檢測(cè)，待其達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定后備用。泥漿按漿液重力密度12.5～13.5 kN/m3、13.5～14.5 kN/m3、14.5～15.5 kN/m3三種分別進(jìn)行配置，獨(dú)立存儲(chǔ)。按照設(shè)計(jì)要求選用13.2 kN/m3、14.1 kN/m3、15 kN/m3泥漿分別進(jìn)行灌漿。泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)必須滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，灌漿施工過(guò)程中漿液密度的檢測(cè)頻率為1次/h，漿液穩(wěn)定性和膠體率為1次/10 d。若更換漿液材料必須調(diào)整檢測(cè)頻率。

表4 膨潤(rùn)土泥漿配合比試驗(yàn)結(jié)果表

2.2.3 灌漿試驗(yàn)的實(shí)施

(1)灌漿方法。本次試驗(yàn)采用自上而下灌漿法，鉆孔至設(shè)計(jì)深度7.6 m后提出鉆具，用專業(yè)封孔器封孔。在鉆好的孔中下灌漿管，距孔底0.5～1 m處進(jìn)行灌漿，灌漿管一定要與鉆孔孔壁緊密結(jié)合，防止灌漿時(shí)漿液沿孔壁上行至堤頂冒漿。按純壓式灌漿方式連接灌漿管路進(jìn)行灌漿。灌漿時(shí)注意孔口壓力表的讀數(shù)，保證壓力不大于50 kPa，達(dá)到壓力后維持10 min，即初灌結(jié)束。灌漿過(guò)程中，隨時(shí)調(diào)整封孔器的封閉水壓，防止孔口冒漿[4]。

(2)灌漿順序。灌漿按不同容重泥漿分3段依次進(jìn)行(圖1)。每段均先灌迎水面一排，然后灌背水面一排，最后灌中間排。灌漿時(shí)每排采用2序灌注，灌完Ⅰ序后，再灌Ⅱ序。

(3)灌漿次數(shù)與間隔控制。灌漿采用“先稀后稠、孔底灌漿、少灌多復(fù)”的方案。每序每孔一般不少于3次，每孔復(fù)灌1～3次；當(dāng)泥漿升至孔口、連續(xù)復(fù)灌三次不再下漿時(shí)可終止灌漿，每次灌漿時(shí)間間隔為12 h。在灌漿過(guò)程中采用灌漿量、灌漿壓力、橫向水平位移等進(jìn)行控制。孔口壓力應(yīng)控制在設(shè)計(jì)允許的最大灌漿壓力之內(nèi)，避免堤面出現(xiàn)裂縫。復(fù)灌采用漿液密度較大的泥漿時(shí)，應(yīng)待前次灌入漿液固結(jié)度達(dá)到90%時(shí)(表現(xiàn)為孔內(nèi)漿液無(wú)明水)方可進(jìn)行復(fù)灌。復(fù)灌時(shí)間間隔不應(yīng)少于5 d，復(fù)灌次數(shù)可根據(jù)前次復(fù)灌吃漿量確定。

(4)灌漿壓力與灌漿量觀測(cè)。灌漿壓力觀測(cè)，在孔口灌漿管上安裝壓力表，灌漿過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)觀測(cè)壓力變化并及時(shí)注意記錄瞬時(shí)的最大壓力，適時(shí)控制灌漿壓力。

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)時(shí)，采用鋼尺測(cè)量漿筒內(nèi)的漿液下降量，并根據(jù)泥漿桶斷面積分別計(jì)算每孔的初灌、復(fù)灌量，然后計(jì)算出每孔的總灌量。對(duì)于每孔每次的灌漿量和總灌漿量均應(yīng)準(zhǔn)確記錄，每次的灌漿量應(yīng)根據(jù)下漿量的大小進(jìn)行控制。

(5)灌漿結(jié)束及封孔。當(dāng)泥漿升至孔口、連續(xù)三次復(fù)灌不下漿即可終止灌注。若一直不能達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，則需要與監(jiān)理工程師共同商定處理措施。灌漿完畢，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行封孔，方法為向孔內(nèi)注入漿液重力密度為15 kN/m3以上的稠漿，再用直徑2～3 cm、含水量適中的黏土球分層夯實(shí)回填。

3 錐探灌漿試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及采取的應(yīng)對(duì)措施

3.1 串 漿

在整個(gè)灌漿工藝試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了兩個(gè)異常孔(1-30和2-32)，異常部位位于距堤頂7 m左右并相互貫通，其中1-30孔灌漿量為1.92 m3，2-32孔灌漿量為0.55 m3。針對(duì)此情況，技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)理單位協(xié)商一致后立即停灌，同時(shí)加強(qiáng)觀測(cè)。經(jīng)分析后認(rèn)為是在施工填筑期間，由于層面間的局部光面結(jié)合而產(chǎn)生的橫向細(xì)微裂縫所致。后經(jīng)地質(zhì)專家現(xiàn)場(chǎng)查勘確認(rèn)其對(duì)堤身無(wú)安全隱患后，采用木塞堵住串漿孔，繼續(xù)灌漿[5]。

3.2 壓力表讀數(shù)突然增大

在灌漿過(guò)程中，由于操作人員操作的不夠細(xì)致，泥漿攪拌不均勻，有成小顆粒狀的泥漿進(jìn)入灌漿管導(dǎo)致壓力表讀數(shù)突然增大、不進(jìn)漿，造成輸漿管堵塞。針對(duì)此情況，立即采取停灌措施，將灌漿管從灌漿孔提出后用稀漿沖洗，疏通管道，同時(shí)嚴(yán)格控制泥漿的攪拌均勻程度和泥漿的過(guò)濾以保證泥漿的合理指標(biāo)。

4 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)對(duì)灌漿前后的滲透系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析后認(rèn)為：此次灌漿試驗(yàn)對(duì)填方段層間防滲和原土軟弱層加固起到了很好的作用。

考慮到渠堤填筑段的壓實(shí)度較高，靜壓方式成孔難度大，筆者建議：后續(xù)灌漿施工中的成孔設(shè)備應(yīng)采用地質(zhì)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、動(dòng)力觸探或風(fēng)循環(huán)鉆機(jī)，干法成孔。灌漿時(shí)宜選用口徑合適的水壓式封孔器進(jìn)行封孔以確保灌漿效果。

孔深宜鉆至填筑段原始地面以下2 m位置，以達(dá)到填方段層間防滲的目的，同時(shí)又加固了基底原土層的效果。灌漿泥漿漿液重力密度按12.5～13.5 kN/m3控制，封孔泥漿漿液重力密度≥15 kN/m3。