压力灌浆技术要点分析及主要施工机械选择

刘东成

(黑龙江省庆达水利工程公司，哈尔滨 150080)

0 引言

黑龙江省有近千座小型水库，并且多数为20世纪50—60年代修建，它们大多数都存在大坝坝体、坝基、坝肩渗漏，水库输水洞和溢洪道年久失修，不能正常运用，有水不敢蓄等问题。出现以上问题的主要原因是标准偏低，不是工程是通过不断改建、加固逐步提高;还有一些工程是边勘测、边设计、边施工情况下修建，存在不是病情和隐患，处于长期带病运行之中;还有的工程虽然建成时工程质量过关，但运行多年后出现材料老化、结构磨损等情况险象丛生。以上情况急需采取措施解决，充分发挥其功能以实现其对农业现代化的重要意义。因工程质量不好而产生的防洪堤坝险情，一般治理措施包括翻筑回填、修筑混凝土防渗墙、黏土斜墙、压力灌浆等。其中压力灌浆技术可以弥补堤坝质量不足，强化堤坝，于近些年来应用较为广泛。本文谨就该项技术的设计施工要点做一分析，并对其主要施工机械做一比较，仅供参考。

1 压力灌浆设计施工要考虑因素

压力灌浆技术是利用压力将能固结的浆液通过钻孔注入岩石孔隙或建筑物的裂隙中，使其物理力学性能获得改善的一种有效的防渗方法。压力灌浆的适用范围很广，可灌注岩体、土体及混凝土结构，用于堤基防渗、坝基及其它建筑物地基加固;稳定边坡、地下工程的防渗加固、混凝土结构裂缝处理、蓄水池及压力管道堵漏、建筑物纠偏等方面。压力灌浆设计施工中需主要考虑以下因素:锥孔布置、灌浆土料选择和灌浆压力控制等。我省主要河流由于堤坝质量较好，通常用针对险情进行灌注，不主张普遍锥眼灌浆。为了寻找出堤坝内部隐患，目前推广使用电测仪器先行测控，分析判断隐患确切位置和范围后再行灌浆，这样可节省投资提高工效。对于土质不好，多次培修加固，渗透性大或隐患较多的堤防，应则采取密锥普灌，多次反复施灌方法，一般锥孔均呈梅花型布置，常用行距1.0 m左右，孔距1.5～2.0 m。对横向裂缝，先对裂缝表层开挖回填夯实，堵塞两侧，然后沿裂缝和缝两侧布孔，孔距1.5 m左右，先灌端孔，再灌中间孔。对于纵向裂缝，开挖回填夯实后沿缝布孔，孔距2～3 m，可适当加大灌浆压力，使裂缝沿轴线有控制的延伸，灌浆后可在堤内构成一道连续防渗帷幕。但应注意，对于滑坡裂缝，必须先稳定堤坡，然后方可灌浆。对于松散渗透强，隐患多的堤防，特别是这类新堤，可用普遍布孔灌浆方法，为使堤身沉陷均匀，可按序布孔，如一序孔距20 m，二序10 m，三序5 m，逐渐加密。

灌浆土料，一般采用壤土，比重1.5左右，黏度为60～100 s。黑龙江省灌浆材料主要是黏土，此泥浆流动性和稳定性适宜，可灌性好，比较经济。根据实施经验，土料黏粒含量20% ～50%，粉粒含量40%～70%，沙粒含量10%以下为最好。黏粒过多难以粉碎，泥浆析水性差，固结慢、体积收缩大;但黏粒过少，则成浆率低，易沉淀甚至堵塞裂缝和管道。泥浆比重是指相同体积的泥浆和水的重量之比值，可用比重计测定，测定方法是将泥浆装泥浆杯并加盖，洗净从小孔溢出的泥浆，然后置于支架上，移动游码，使杠杆水平，则游码左侧刻度即为泥浆比重。泥浆黏度测定是先用清水冲洗漏斗和量杯，把泥浆过滤或充分搅拌，用手指堵住漏斗下面管口，将700 mL泥浆注入漏斗，置1个50 mL的量杯于漏斗下，移开手指同时开动秒表，记下流满500 mL量杯所需时间(s)即为黏度。灌浆压力，一般控制孔口压力在0.1 MPa以内，近来有加大压力形成劈裂灌浆趋势，如个别围堤曾用压力达0.15 MPa。

2 提高质量要注意的问题

1)为了提高灌浆质量，还应注意以下3点:①锥孔应深至堤坝基以下0.5～1.0 m;②根据锥孔吃浆量大小，要重复灌浆，一般隐患重复灌2～3遍，灌满率可达95%以上，特殊情况需重灌4～5遍才能灌实;③灌浆后要用浓浆将孔口灌满封实，再用土回填，不留朝天洞。

2)应处理好灌浆中出现的以下各种情况:①若出现串浆，一般用木塞塞住串浆孔孔口再继续施灌，当串浆孔较多时，则可采取放大孔距或降低压力的办法解决;②出现喷浆时，一般只要抽管拔出使锥孔排完空气即可;③出现冒浆时，可采取减少输浆量，隆低浆液浓度和压力办法处理，也可暂停灌注，待泥浆沉缩后再继续灌;④出现表土塌陷，主要是堤坝内有孔穴，因灌入的泥浆桥水湿陷变形所致，可改用浓浆继续灌注，对已形成的陷坑应用黏性土回填夯实;⑤出现裂缝，多系灌浆压力过大或原施工质量不好造成，裂缝小于8～10 mm时可夯实裂缝并减小压力采用“少灌多复”办法处理，若裂缝较大并有滑坡现象时，必须彻底翻筑。

3)压力灌浆施工设备主要有打锥机、泥浆泵、拌浆机、水泵及配套柴油机，此外还配有运土设备、输浆胶管、插管、压力表等。建国以来，各地灌浆大都经历了人工锥探自流灌浆，机械打锥机配合灌浆机。机械打锥机又从电动打锥、柴油机自动打锥机、杠杆式机动打锥机，发展到全液压传动打锥机。灌浆机由手摇压浆机、脚踏压浆机到机械带动压浆机。目前各地制造的各种打锥机和灌浆机型号不少，普遍认为全液压式打锥机和离心式灌浆机功能较好。结合笔者施工实际使用情况，对以下几种主要机械的特点做一比较，供选用参考。

HD型锥孔机，采用液压装置，配备动力17.6 kW，锥孔深度一般为9～12 m。锥孔速度据实际测定6 m/min，最大锥孔直径36 mm，一般为30～32 mm。该机具有结构紧凑，操作简便，工作可靠，效率较高，且能调整机架，保证锥孔垂度等优点。存在的主要问题是:整体重量偏轻，如遇较硬的土层，容易将整机顶起而损坏锥。此类机械常用的还有黄河744及Z15型打锥机。

PN—3型灌浆机，集搅拌机、储浆池、泥浆池、动力机为一体，上土采用皮带传送，配用动力17.64 kW，泥浆泵额定流量20 m3/h，试验实测流量15 m3/h，最大灌浆压力0.5 MPa，搅拌机转速350 r/min。该机具有工效高、节省人力、移动方便、拌浆质量好、泥浆输送远(可达100 m)等优点。其泥浆泵为离心式泵，在初灌尚未进浆时(锥孔未劈开)，泥浆泵叶轮可以在泵壳内空转，因而具有缓慢施加压力的功能，灌浆可造性高，适合于规模压力灌浆施工。存在的主要问题是:柴油机传动轴处没有离合器，发动时，带动其它部位转动，启动负荷较大，不容易发动，尤其在春、秋、冬季，需靠点火才行，很不方便，另外，土料输送带较短，部分土料中途洒落，拌浆筒清渣困难，由于泥浆泵流量大，用水较多，因而在不靠近水源的堤段，供水困难。

PN—4型灌浆机，该机是在PN—3型的基础上改进的，将立式拌浆改为卧式拌浆，并更换了新型泥浆泵，其它性能和指标与PN—3型相同，通过试验发现，改进后的拌浆系统较好，但新型的泥浆泵尚需完善。主要问是:泥浆泵所需功率较大，工作时17.64 kW柴油机超负荷运转，转速低压力上不去，与之连结的离合器同样负荷过大，因而在运转过程中，离合器升温太快，使传动三角带在高温下变形松驰，从而使泥浆泵失去动力。

[1] 赵邵华，刘金鹏.土石方工程施工[M].北京:中国水利水电出版社，2011.