锥探灌浆技术在洼堤防加固工程中的应用

于世发 王云耸

一、工程概况

二、工程地质条件

工程于上世纪50年代兴建，施工质量控制标准较低，堤身沟口基础处理不彻底，堤身填土干密度（压实度）小。洼蓄洪区建成后运用频繁，汛期受高水位渗透浸蚀，淮堤（H0+270～H0+750、H0+860～H1+510）等19处总长9657m、堤（M10+044～M12+044、M35+470～M42+929）等 11处总长19814m渗水严重，淮堤（H9+300 ～H10+770、H22+300 ～H23+470）等4处发生管涌、漏洞等险情。秋冬干旱季节堤身水分散失，堤顶及堤坡出现纵、横裂缝，严重危及洼堤防安全。

2003年淮河大洪水之后，淮委在治淮十九项骨干工程中批复对洼圈堤进行堤防加固工程，加固措施包括：堤身加高培厚；堤身及地基渗透稳定处理，其中，锥探灌浆堤段长31.84km，总进尺约27×104m。

三、锥探灌浆施工方案及施工工艺

1、场地布置

（1）施工用水、电及附属设施布置

①施工用水取自附近水塘；生活用水取自当地自来水。

②系统电源：施工中锥孔机、制浆机等采用柴油机作为动力，配置1台50kW发电机作为项目部工作、生活照明用电。

（2）料区布置

表1 探灌浆采用的灌浆土料及浆液物理力学指标

2、施工方法

锥探灌浆处理段计有44段，总长32.311km，其中：淮堤28段，长12.497km；堤16段，长 19.814km。

该工程分6个分部工程，由于工期紧，每个分部安排1个施工班组进行施工，使得工期及工程质量都得到了保证。

（1）放样布孔

根据工程提供的GPS固定水准点对所在灌浆施工地段进行测量放样。从堤顶轴心线向两侧各量出1m得出排距为2m的布孔中心线，在两条布孔中心线上分别从起始点量出2m的点为灌浆孔,梅花型布孔并标明，然后根据测量出的堤顶平均高程，确定各施工段实际锥探孔深度。

（2）造孔

造孔分排进行，即先造迎水侧一排孔，后背水侧一排孔。将锥孔机移至布孔地段进行准确定位，调整锥孔机水平度和钻杆垂直度，使其造孔保持铅直，孔倾斜度不大于孔深的2%。根据设计的深度，在锥杆注明标记实际深度，以便按标记打入堤基设计高程，将锥杆提起，移至下一机位。

（3）泥浆制备

将土料加水用机械拌成泥浆，经过滤后送入浆池，再通过灌浆机加压灌入锥孔，压进缝隙，待浆液析出水分后，堤身内部缝隙、孔穴隐患被泥土充填，达到处理隐患的目的。

①泥浆的主要指标

泥浆比重参照类似工程的经验确定，每立方米泥浆所需干土的重量用下式计算：

式中：Ws——每立方米泥浆所含干土的重量（t）；

Gs——土粒比重，一般为2.72～2.76；

Gt——泥浆比重。

当Gs=2.72时，则：

Ws=1.581（Gt－1）

每立方米所需水的重量（t）：Ws、Wt

式中Ww——每立方米所需水的重量（t）：Ws、Gs同前。

反之，如已知每立方米泥浆所含干土的重量，则泥浆比重为：

根据浆液试验表明，泥浆比重配制初灌为 1.35～1.37g/cm3、复灌 1.45～1.6g/cm3能满足要求。

②泥浆粘度

现场试验表明，泥浆粘度低于30s则泥浆浓度过低，高于100s则泥浆过于浓稠，皆不符合灌浆施工要求。根据设计要求，经试验现场确定的浆液粘度数值为初灌30～50s，复灌为70～90s。其他技术指标见表2。

③泥浆的拌制

泥浆采用泥浆机械拌制。拌浆筒用钢板焊制，施工段灌浆机配拌浆筒2只，以便拌浆和灌浆交替使用。拌浆时先将水、土配合比按重量称好，水重应考虑土的含水量，然后将水、土倒入筒内，待土料浸湿初粉后，开机搅拌，用罩篱清除杂质和大的土块。严格控制水土比例，每拌一次浆都要检查泥浆比重，达不到要求时应分析原因，重新加水或加土继续搅拌，直至合格为止。

（4）灌浆

灌浆为锥探灌浆施工中重要环节。施工中需要确定灌浆孔的顺序、灌浆压力、操作方法、复灌遍数、灌浆历时；对灌浆中发生的跑浆、吃浆量过大的锥孔问题进行检查处理，保证灌浆防渗工程的质量。

①灌浆顺序

灌浆采用先灌迎水侧排孔，后灌背水侧排孔，先1序，后2序，再3序，复灌也采用先外排后内排，先1序，后2序，再3序的施工原则。

②灌浆压力

施工段土质以中～轻粉质壤土为主，局部夹少量重粉质壤土，天然含水量18.2～23.6%，干容重15.1～16.1kN/m3，总体属弱透水性，设计锥孔排、间距为2m，据此尽量选择大一些的压力，严格控制灌浆压力在0.05MPa以内。灌浆试验表明，当孔口压力超过0.05MPa时，持续时间不超过2min，堤顶即出现裂缝或凸起。当灌浆压力不断升高（但未达到0.05MPa时）又开始下降时，需观测堤顶或顶身是否有漏浆点。

③灌浆量计量方法

由于每个施工段作业面长短不一，堤身情况不同，每孔进浆量需经试验确定。

④灌浆操作

采用WJ—80型联合搅拌机，施工班组操作人员3人，采用川流法拌浆，拌好后泥浆放入储浆池内存放，测定初灌泥浆比重值为1.32～1.35 g/cm3，泥浆粘度30～50s，然后对施工段起始桩号迎水侧一序排孔进行初灌，将插管插入灌浆孔顶面以下0.4～0.8m，向孔内灌浆，待孔内空气排出后再将插管与孔口封严，压力灌浆正式开始，记下灌浆时间，开始先用比重1.32 g/cm3、粘度30～40s稀浆开灌，经过3～5min后再加大泥浆稠度至1.35g/cm3，粘度增大到40～50s，期间不断观察灌浆机主管道和插管压力表变化情况，及时检测泥浆比重和粘度，并做好现场记录。发现不符合要求的应及时调整。若孔口压力下降和注浆管出现负压，应加大浆液浓度，直至压力升至0.028～0.035MPa，浆液升至孔口应停止初灌，并记下终止灌浆时间。然后按先灌迎水侧排孔，后灌背水侧排孔，先1序、后2序、再3序原则，直至完成初灌。复灌用比重1.4g/cm3以上、粘度70～90s浓浆灌注，仍然采用先外排后内排，先1序、后2序、再3序的施工原则。初灌中发现有少量进浆量较大的孔口，及时登记插标，采取“少灌多复”的原则，以增加复灌次数，直至灌浆饱满为止。

表2 锥探灌浆现场试验成果一览表

⑤复灌次数及复灌间隔时间

⑥灌浆历时

初灌历时少则3～5min，多则10～15min，平均历时 5～8min；第 1 次复灌平均历时为2～3min；第2次复灌平均历时为1～2min。

⑦灌浆结束标准及封孔

当液面升至孔口，连续复灌2次不再吃浆时，即可停止灌浆。封孔可用1.6g/cm3以上浓浆将孔口扫平并略高于堤顶即可。

四、结语

2007年4月，在淮堤H19+250～H19+960、H36+420～H37+290 和堤M4+880～M5+680、M40+120～M40+620处布置测压管40根，观测堤身及堤基防渗处理效果，经过2007年汛期观测，堤身及浅基渗透水头明显降低，基本消除了渗水和管涌险情，洼堤防锥探灌浆处理经受住了淮河2007年流域性大洪水考验，证明灌浆取得了较大成效