双液控制灌浆技术在漂卵石层防渗帷幕中的应用

赵铁军

（湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司长沙市410007）

1 工程概况

百色水利枢纽水库淹没区汪甸防护工程位于右江乐里河支流上，堤防工程主要建筑物有防护堤、自排涵、排涝站、排渗井等，防护堤全长1 182.9 m，地面高程（220～231）m，堤顶高程229.5 m。

2006年8月底～9月初，当库水位达到222 m高程时，发现东区防护堤基土渗水湿润严重，部分堤段（桩号1+715～2+155m）排渗井已出现涌水涌砂现象，在原水文站东面地形较低的地方（地面高程221 m以下）浸水严重，地面逐步产生沼泽化。当库水位进一步增加至正常库水位时，局部可能会出现管涌，严重危及到堤防安全，必须进行有效的防渗处理。

根据勘探，堤基地层自上而下为：

（1）堤防填土（QS）：红褐色、黄褐色粉质粘土及含碎石粉质粘土等，来源于阶地上的冲积层和附近的山坡上残坡积层。

（2）粉质粘土（Qpal-2）:厚度（2～5）m，较密实。可硬塑状态。渗透系数K=（5.84×10-6～6.45×10-5）cm/s。

（3）含泥漂卵石层（Qpal-1）:厚（3.5～12.2）m。结构松散，但无架空现象，局部泥质胶结，底部漂卵石含泥量较少，漂石分布不均一。渗透系数K=（1.68×10－3～1.12）cm/s。

（4）基岩为T2L中厚层灰色砂岩夹浅灰色泥岩或与砂岩互层，隔水性能良好。

2 防渗处理设计与施工

按照设计要求，结合堤基的水文、工程地质条件，采取双液（水泥、水玻璃）灌浆方法，对漂卵石层进行防渗灌浆处理（以下简称“双液帷幕灌浆”），灌浆自下而上分段进行。

帷幕灌浆沿堤顶纵向设置，按2排2序施工，孔距2.0 m，排距1.2 m，呈梅花形布置，孔深进入基岩（0.5～1.0）m。

2.1 灌浆材料的配合比

针对本工程是在漂卵石层中进行帷幕灌浆，且当乐里河水位上涨时属于动水条件注浆。在这种情况下，为控制浆液不致流失太远，必须使浆液在合适的时间内凝固。

浆材配比试验选择1∶1和0.8∶1两组水灰比，分别掺加3%、5%、7%、10%的水玻璃进行了浆液初、终凝时间、流动性、析水率的测定，其成果见附表。

施工时，根据本工程的实际情况，采用4%的水玻璃掺量为基数，适时根据钻孔灌浆情况进行调整。

2.2 灌浆设备与机具

浆液搅拌桶采用0.6 m3立式搅拌桶。

输浆管采用软钢丝加固管和钢管，并保证能承受1.5倍的最大压力。

灌浆设备：采用专用双液灌浆泵并结合采用SGB-10型灌浆泵。

附表可使用的双液浆的配比和性能表

2.3 制浆

原浆制备主要采用宏禹岩土公司自行研制的ZJ-2000全自动集中制浆站、原浆经分送到储浆桶后，采用低速制浆机根据需要配比配浆后输往各施工点。

制浆材料必须称量，称量误差不大于5%。水泥等固相材料宜采用重量称量法。混合浆严格按配比配置。各类浆液必须搅拌均匀。

制浆使用与集中制浆站配套的高速搅拌机，搅拌时间不少于30 s。浆液在使用前应经二次过筛，从制浆到用完的时间不超过4 h。

2.4 造孔

（1）放线布孔。

首先根据设计图纸标明的孔位，采用皮圈尺和钢尺进行钻孔整体放样。确定施工轴线后，并逐孔定好孔位，用油漆在防浪墙上标记好，并每隔20 m设置控制性桩号。施工时，再用钢卷尺重新校测，逐孔复核孔位（防止施工过程时标记桩被移动），孔位与设计位置偏差不大于10cm。

（2）造孔。

●钻机就位。孔位确定无误后，将钻机移至核定的孔位上，按照要求进行机架、机座校正，确认导杆或立轴与钻孔倾角一致，并在同一轴线上，配备良好钻具，保证钻孔铅直开孔。

●钻进。开孔采用冲击钻，穿过覆盖层进入漂卵石层后，采用地质钻机钻进。为防止施工中过多的钻进水渗入堤身内，影响堤身稳定，堤身钻进均采用套管对土层进行有效防护隔离。钻孔结束后，再将套管拔起。

（3）钻孔记录与钻孔保护。

钻进过程中，各孔要求详细记录孔位、孔深、地层变化、换层情况和水位下降、掉钻，尤其注意分层的位置所在，遇到的特殊情况（大漂石、含泥夹层、掉钻、卡钻等）。导孔、试验孔、检查孔等均作详细地质编录，记录岩土层分层厚度、性状和观测地下水位等地质情况。

钻进至设计孔深后，待灌或灌浆结束时待钻，孔口均进行加盖处理，防止异物进入。

2.5 灌浆

（1）灌浆方法。

本工程帷幕双液灌浆采用依次加密法分二序施工，自下而上分段灌浆法，段长0.5 m。

钻孔达到要求深度后，下入灌浆管至孔底（若垮孔，采用打杆法至孔底），然后用碎砾石回填孔内至含泥漂卵石层顶部，上部采用粘土填满灌浆管与孔壁之空隙，试压浆，当止浆效果较差时，再适度送入双液浆至孔口返浆为止，待凝（30～60）min，开始灌注。如果在上提灌浆管后，出现从灌浆管和土层间隙处出现冒浆，采取再次注浆后孔口返浆后待凝10 min左右的方法，使漏浆得到有效止浆。

（2）浆液水灰比：灌浆浆液浓度按先稀后浓、逐级变换的原则进行。

浆液水灰比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1。一般情况下开灌水灰比采用1∶1，浆液配制要称量准确，保证误差小于5%。浆液变换按以下条件控制，即：

当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时或当注入率不变，压力持续升高时，不得改变水灰比。当某一级浆液的注入量达300 L以上或灌注时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，应改浓一级水灰比或通过控制水玻璃的加入量来控制浆液灌入量。当注入率大于30 L/min，可根据具体情况，降低压力，调整浆液胶凝时间来控制灌浆。

灌浆过程中，水玻璃最大掺量为5%，若灌浆段吸浆量太少，则适量降低水玻璃的掺量至1%～3%；若灌入量过大，降低压力，减少注入率，适当延长灌浆时间，待注入浆液逐步凝固后，在缓慢升压至结束。

（3）灌浆压力。

灌段灌浆压力最大值不得超过0.6 MPa。压力表安装于孔口进浆管路上。灌浆时，应尽快达到设计压力。但当注入率较大，可考虑分级升压。

（4）结束标准。

采用双液控制灌浆自下而上灌浆法，达到设计规定最大压力0.6 MPa，累计注入量达到750 kg/m后,上提灌浆或终孔结束。

（5）封孔。

每个双液灌浆孔全孔灌浆结束后，经监理工程师验收合格后，土层中倒入粘土球，用钻杆击实封孔，每次击实回填厚度不超过30 cm。

3 几种情况下的处理措施

3.1 内外水位发生变化时的施工措施

库水位低于堤内被保护耕地地面高程2 m以下时，堤基帷幕双液灌浆依据前述的施工工艺进行；当库水位急剧上涨，高于被保护耕地地面高程时，堤基帷幕双液灌浆需采取以下针对性措施：

（1）由于库水位升高，堤基及耕地地区地下水位将会抬升，灌注浆液在地下水流作用下，将会向耕地内侧反流，形成动水条件下施工。因此，灌浆必须严格控制其扩散半径，适当加大速凝剂掺量（5%～7%），以防浆液扩散太远，影响灌浆效果。

（2）加强对堤内被保护区的观测力度，严格控制灌浆灌入量，防止因灌浆而引起堤内抬动、击穿而出现涌、突水事件。

（3）适时检查施工使用的压力表、流量表等计量设备的灵敏度，防止因仪表失灵而导致涌、突水事件的发生。

3.2 孔斜的控制

当钻孔钻至（5～10）m时，对钻机平台和立轴钻杆进行观测，若发现异样时，及时进行孔斜测量，偏斜率不能满足要求时，及时采取纠斜措施，直至满足要求为止。终孔时，逐段进行量测孔斜，凡自检时发现综合钻孔斜率超过1%时，一律重新造孔，自检测定合格后，请监理工程师现场验收确认。保证施工形成连续一体的有效防渗帷幕，避免帷幕线不连续或开裤叉的现象。全线施工的帷幕孔由于严格的质量控制，偏斜率均控制在设计要求允许范围以内。

3.3 特殊部位的施工质量控制

根据堤基漂卵石的情况，主要集中在漂卵石层较厚的部位，漂卵石分布状态及含泥量不均，砾径大小不一，帷幕灌浆过程中出现了大量吸浆、串浆、沿钻孔返浆、吸水不吸浆浆液回浓等诸多特殊灌浆问题，施工时控制灌注质量则成为帷幕是否形成的主要控制手段，基本做法如下：

（1）从钻孔入手，掌握钻孔内实际的地质资料。

钻孔时，密切注视钻探感应，对钻进速度、回水颜色、状况进行真实记录，通过简易注水试验，了解地层的渗透特性，从而用以指导灌浆施工。

（2）严格操作程序，按照技术要求进行操作。

灌浆过程中，要求灌浆管到位，浆液的制定、变比、结束标准严格遵循技术要求，保证各施工孔段得到有效灌注，形成有效的防渗帷幕。

（3）大量吸浆段的处理。

大量吸浆段主要为漂卵石层较厚的灌段。灌浆时，出现大量吸浆后，早期按要求进行水灰比变浓，同时对地表相应部位进行观察，是否从地表漏浆或与其它钻孔串通，若出现上述情况，采取封闭漏浆点等相应措施。若单位灌入量大，无法起压时则采取限流、间歇灌浆，加大水玻璃的掺合比例。

（4）孔口返浆的处理。

孔口返浆的主要途径多为孔内灌浆管封堵不密实。灌浆过程中，若出现此现象，则须将灌浆管拔起后重新下入，并重新封孔，至止浆后再灌至正常结束。帷幕灌浆过程中，所出现的孔口返浆情况，均按上述方法处理，达到了较为理想的处理效果。

（5）相邻孔串浆的处理。

相邻孔串浆主要通过漂卵石层发生。本工程系漂卵石层灌浆，在漂卵石厚度相对较小时串浆出现的概率较高。当孔距在4 m左右时，常出现串浆现象。当两孔均具备灌浆条件时，下入灌浆管，同时进行灌浆至正常结束；被串孔不具备灌浆条件时（正在钻进或灌浆设备不足），立即停止钻进，或用泥球对钻孔进行回填，当灌浆孔结束后，被串孔钻进至设计孔深，再进行灌浆至正常结束。

（6）冒浆段的处理。

帷幕灌浆时，极少数孔从堤前出现冒水冒浆，多为堤体填土个别部位在河水渗漏条件下形成渗流破坏，而为浆体冒出堤面提供了良好条件。出现冒浆时，采取降压、限流、加大水玻璃的掺合量、间歇待凝等措施进行处理。如采取降压，限流灌注一定量后仍不能结束者，采取灌注待凝，再扫孔复灌至正常结束。

4 几点体会

（1）在灌浆过程中，应根据不同的地质条件采取相应的措施，才能从根本上保证灌注效果。本工程针对地基的地质条件，采取了浓泥浆护壁造孔，及时调整浆液浓度、水玻璃掺和量和一次性预埋射浆管等多种施工工艺，从根本上保证了帷幕灌浆的正常施工和施工质量。

（2）选择适宜的施工设备和有效的施工方法是工期、质量和安全保证的首要条件。

（3）工程技术人员的施工经验、技术素质是工程质量的根本保证。本工程施工中配备了相关专业的工程技术人员，从而能及时对工程钻孔和灌浆过程中揭露的地质条件，出现的各种特殊信息进行分析，解决施工过程中的各个难题，及时采取了针对性的有效处理措施，保证了施工质量。

（4）灌浆工程施工过程中，安全隐患无处不在。因此，施工管理人员应高度重视，并应采取强有力安全保证措施，确保施工无人身、设备安全事故出现。

（5）加强施工队伍的素质、责任意识的管理是保证工程顺利完成的关键。本工程从施工进场开始，自始至终对全员进行思想、业务技术、安全质量、环境保护等多方位的培训，全员目的明确，思想统一。同时辅以相应的经济奖罚也是工程管理的相应手段。施工中做到了奖优罚劣、奖勤罚懒，激发工程施工、技术、管理人员的工作积极性，从而保证了工程的按期优质完成。