南水北调邯邢段高填方渠段锥探灌浆试验施工

武孟元

(河北省水利工程局，河北石家庄 050021)

南水北调邯邢段高填方渠段锥探灌浆试验施工

武孟元

(河北省水利工程局，河北石家庄 050021)

锥探灌浆施工首先用造孔机具钻孔，然后在钻孔内进行微压灌浆，对土质坝体、堤防防渗加固具有良好的效果。本文从灌浆材料、机具的选择、施工方法和质量检查等多个方面详细阐述了锥探灌浆试验的整个过程，为类似工程施工提供了一定的借鉴经验。

高填方渠道;锥探灌浆;试验;施工;南水北调

1 工程概况

1.1 工程简介

南水北调中线一期工程为自流式输水工程。由于沿线地形起伏较大，总干渠许多渠段为高填方渠道。高填方渠道内设计水位远高于周围地面，一旦失事，大量渠水会宣泄而出，势必对附近的人民生命和财产安全造成重大损失。为了预防高填方渠道发生失事破坏，根据南水北调中线一期工程总干渠邯邢段高填方渠段渠道堤身回填土的特性，需采用锥探灌浆施工措施，对渠道桩号61+167.616～61+963、62+313～62+983、64+147～65+022、65+455～66+003、66+894～69+ 913、74+692～74+820渠道堤身进行加强处理。

1.2 地质情况

1.2.1 渠道堤身回填土特性

渠道堤身一般为回填土。回填土料指标为:ⓐ黏粒含量10%～30%，塑性指数7～20，且不含有植物根茎、砖瓦垃圾等杂物;ⓑ有机质含量(按质量计)不大于5%;ⓒ水溶盐含量(按质量计)不大于3%;ⓓ渗透

系数不大于1×10－4cm/s;ⓔ有较好的塑性和渗透稳定性;ⓕ填筑土料的含水量控制在最优含水率附近，其上、下限偏离最优含水率不超过-3%～+3%;ⓖ填筑土料来源为选定土料场土料或开挖可用土料;ⓗ渠基为黄土状壤土;ⓘ回填土压实度不小于0.98。

1.2.2 素土挤密桩处理渠段

桩号74+692～74+820渠段属于Ⅰ(轻微)～Ⅱ(中等)级湿陷性地段，灌浆试验前已采用素土挤密桩对渠堤内外坡脚地面以上3m高区域至堤身外坡脚外侧5m范围的渠基进行了处理。

2 灌浆试验目的和依据

2.1 试验目的

a.确定最佳施工参数(泥浆比重、泥浆黏度、最优孔口灌浆压力)。b.确定适宜的造孔及灌浆机具，有效地指导施工。c.确定合理的灌浆孔排距和孔距，从而完善优化设计。

2.2 试验依据

a.《南水北调中线一期工程总干渠河北省邯邢段主体工程施工技术要求》(河北省水利水电第二勘测设计研究院)(2010年4月)。

b.《关于调整筑堤土料指标的通知》［设字(2010-0-1)］。

c.《关于“SG3标74+245～75+905段渠道湿陷性黄土进行地基处理”的通知》［设字(2012-0-1)］。

d.《关于南水北调中线一期工程高填方渠段加强安全措施专题设计技术方案的批复》［中线局技(2013)17号］。

e.《南水北调中线一期工程总干渠邯邢段高填方渠段锥探灌浆试验大纲》(河北省水利水电第二勘测设计研究院)(2013年7月)。

f.《渠道灌浆加固段试验方案》。

3 试验场地和试验孔布置

3.1 试验场地布置

依据高填方渠道安全加强措施中锥探灌浆渠段的分布和范围，选取代表性填筑土料的渠段进行锥探灌浆试验。根据工程施工现场的实际情况，本次将试验场地布置在桩号74+728～74+820处。

3.2 试验孔布置

试验孔分三种方案进行布置，分三个灌浆区域进行试验。每个试验区域布置三排灌浆孔，中间排灌浆孔中心轴线为渠道堤顶中心线，迎水侧、背水侧各布置1排灌浆孔，排距分别为1.3m、1.4m、1.4m。沿大堤方向每排布置20个灌浆孔，孔距分别为1.3m、1.5m、1.8m。按梅花形布孔，灌浆试验孔平面布置见图1～图3。

图1 灌浆试验孔平面布置(间距1.8m)

图2 灌浆试验孔平面布置(间距1.5m)

图3 灌浆试验孔平面布置(间距1.3m)

4 试验材料

4.1 黏性土

选用成浆率较高、体缩率较小、稳定性较好的黏性土。灌浆土料物理力学性能指标见表1。

表1 灌浆土料物理力学性能指标

4.2 水

灌浆用水为不含杂质的淡水，水的质量满足《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144—2001)有关条款的规定。

4.3 泥浆浆液

泥浆浆液的物理力学性能指标见表2。

表2 泥浆浆液的物理力学性能指标

5 灌浆试验设备选择

本次锥探灌浆试验选择的主要施工设备和仪器见表3。

表3 主要施工设备和仪器

6 灌浆试验施工

6.1 施工工艺

测量布孔→造孔→下设灌浆管→制浆→灌浆→封孔。

6.2 测量布孔

从附近测量控制点引测灌浆试验孔测量控制点，确定灌浆试验孔的孔口高程和位置。

6.3 造孔

a.采用液压锥探机、地质钻机、潜孔钻三种设备造孔，干法成孔，成孔孔径分别为32mm、32mm、90mm，孔深为堤顶以下10m。

b.造孔保证铅直，用水平尺控制机台平整度，钻孔偏斜度不大于2%。孔位偏差不大于5cm。

c.所有试验孔进行统一编号，孔深、孔序按设计图纸、文件或监理单位指示执行。

d.做好钻孔施工的各项记录。

6.4 下设灌浆管

在钻孔中下入直径比钻孔孔径略小的灌浆管，下管深度为距离堤顶2m处，灌浆管与钻孔孔壁在距堤顶1.5m处用泥浆密封。

6.5 制浆

a.制浆采用WJG80型搅拌机，搅拌成浆后先筛除大粒径杂物，灌浆前再通过36孔/cm2筛网过滤。

b.灌浆过程中每1h用泥浆比重计检测一次浆液比重;每隔1h采用1006型漏斗黏度计测定一次浆液黏度。

6.6 灌浆

6.6.1 灌浆压力的确定

在大油村北桥上游右岸马道改移位置进行钻孔灌浆试验。钻孔位于马道改移中间位置，间距1.5m，孔深8m。当灌浆压力达到0.04MPa时，马道改移部分的填筑体出现劈裂现象，浆液在灌浆孔附近2m处路面冒出。因此确定灌浆试验时，控制堤身灌浆压力不大于0.03MPa。

6.6.2 灌浆顺序

先灌中间排，再灌迎水面的上游排，后灌背水面的下游排。每排灌浆孔分二序施工，一序孔灌浆结束后再施工二序孔。

6.6.3 灌浆方法

a.采用纯压式灌浆方法连接灌浆管路，进行灌浆。

b.泥浆从泥浆泵出口经高压胶管输送，在输浆管上设回浆管。观测泥浆泵上的总压力表和灌浆管上的孔口压力表，根据灌浆试验孔孔口压力，及时调整泥浆泵输出压力。

6.6.4 堤身灌浆

在桩号74+780～74+810之间随机钻设两个4m深的灌浆试验孔，进行灌浆试验。试验结果为两个试验孔均不吃浆。

6.7 灌浆结束标准及封孔

a.当浆液升至孔口，连续三次复灌不吃浆即可终止灌浆，其中三次复灌间隔时间不小于24h。

b.灌浆完毕，应及时进行封孔。封孔方法为:将灌浆管拔出，向孔内注满密度大于1.5g/cm3的稠浆。如果浆液面下降，则应继续灌注稠浆，直至浆液升至孔口不再下降为止。

6.8 灌浆观测

为了保证高填方渠段堤身的安全和灌浆质量，灌浆施工过程中设专职人员负责观测工作，全面控制灌浆质量，及时发现问题并加以解决。

a.堤身变形观测。横向位移桩沿堤身轴线方向每隔10～20m设一组，在渠道堤顶的内外侧各设一组;竖向位移桩与横向位移桩相结合进行布设。横向位移桩和竖向位移桩同时进行观测，灌浆施工前观测2次，灌浆施工过程中每天观测2次。

b.灌浆压力观测。在灌浆管的上端安装压力表，灌浆过程中及时观测灌浆压力的变化，并注意记录瞬时最大灌浆压力，控制灌浆压力不大于0.03MPa。

c.总干渠衬砌面板观测。在灌浆施工过程中，利用提前在衬砌面板上标定的观测点对总干渠衬砌面板的变形等异常情况进行观测。

d.冒浆观测。在灌浆施工过程中设专人不间断地巡视堤顶、堤坡。若发现冒浆现象则及时进行处理，并进行详细的记录和描述。

7 特殊情况处理

一序孔灌浆时，若发生相邻孔串浆的形象，通过观测、分析，如确认对渠道堤身安全无影响，灌浆孔和串浆孔可同时进行灌注;如不宜同时进行灌注，用木塞堵住串浆孔，然后对灌浆孔继续灌浆直至结束。串浆孔必须重新进行扫孔和灌浆。

8 质量检查的方法和成果

8.1 质量检查的方法

采用检查孔注水试验法测定地层灌浆前后的渗透系数。在每个试验区域布置三个检查孔。注水采用常水头方式，试验水位与孔口齐平。注入流量的稳定标准为:在保持水头不变的情况下，开始每5min测读一

次注入流量，连续测读4次;以后每10min测读一次并至少连续测读4次，当连续2次测得的注入量之差不大于最后一次注入量的10%时，流量观测即可结束。取最后一次注入流量作为计算值。

此次需进行锥探灌浆的高填方渠段的灌浆孔底部均位于地下水位以上，并且试验水头小于试段长度，因此渗透系数K值采用下式计算:

式中 Q——注入稳定流量，L/min;

L——试段长度，cm;

r——钻孔半径，cm;

H——试验水头，等于试验水位至试段中点的高度，cm。

8.2 试验成果

a.潜孔钻机很难用高压风将含水量较高的土吹至孔外，因此在土体含水量较高时不宜成孔。地质钻机虽然能够解决潜孔钻机的这一缺点，但是成孔速度慢、效率低、成本高。液压锥探机可以有效地避免以上两种钻机的缺点，成孔速度快、效率高、成本低，又可以很好地保证造孔质量。

b.当灌浆压力达到0.04MPa时，填筑体出现劈裂现象，浆液在灌浆孔附近2m处冒出。

c.灌浆压力控制在不大于0.03MPa时，既没有劈裂、冒浆现象的发生，也未发生渠道堤身横向、竖向位移和总干渠衬砌面板变形等现象。

d.孔深小于渠道堤身填筑高度的灌浆孔不吃浆，孔深为深入原基面以下3m的灌浆孔吃浆。说明原地基吃浆，可灌性较好。

e.本次灌浆试验三个试验区域灌浆前后渗透系数见表4。

表4 三个试验区域灌浆前后渗透系数

由表4可以看出:通过锥探灌浆处理后的地层，其渗透系数明显提高了很多，地层的抗渗透性能得到了很大的加强。

9 灌浆试验结论

通过三个试验区域锥探灌浆试验可以得出如下结论:

a.灌浆材料:锥探灌浆试验所选用的黏性土土料和泥浆性能是合理的。

b.施工设备:造孔设备建议采用液压锥探机。其他灌浆设备和机具是合理的，能够满足工程施工需要。

c.施工工艺:锥探灌浆试验的施工工艺、灌浆顺序、灌浆方法是可行的。

d.灌浆孔布置:灌浆孔应布置三排，中间排灌浆孔中心轴线为渠道堤顶中心线，迎水侧、背水侧各布置1排灌浆孔，排距可为1.3m或1.4m，孔距可为1.5m，按梅花形布置。

e.钻孔深度:钻孔深度宜伸入原基面以下3m。f.灌浆压力:灌浆压力不大于0.03MPa。

g.采用锥探灌浆的施工措施加固高填方渠段是可行的，并且是很有必要的，灌浆处理后地层的渗透系数K值可以达到10－5cm/s。

［1］DL/T 5238—2010土坝灌浆技术规范［S］．北京:中国电力出版社，2010．

［2］SL 60—94土石坝安全监测技术规范［S］．北京:中国水利水电出版社，1995．

［3］SL 260—98堤防工程施工规范［S］．北京:中国水利水电出版社，1970．

［4］SL 239—1999堤防工程施工质量评定与验收规程［S］．北京:北京教育出版社，2005．

［5］SL 237—1999土工试验规程［S］．北京:中国水利水电出版社，1999．

［6］SL 345—2007水利水电工程注水试验规程［S］．北京:中国水利水电出版社，2008．

Construction of cone penetration grouting test in Hanxing high filling canal of South-to-North Water Diversion Project

WU Mengyuan
(Hebei Water Conservancy Bureau，Shijiazhuang 050021，China)

Cone penetration grouting construction is shown as follows:firstly，holes are drilled with hole making machine，and then micro pressure grouting is implemented in the holes，and the construction has excellent effect on soil dam，embankment anti-seepage reinforcement．In the paper，the whole process of cone penetration grouting test is described in detail from many aspects of grouting materials，machinery selection，construction method，quality inspection，etc.，thereby providing certain reference experience for similar project construction．

high filling canal;cone penetration grouting;test;construction;South-to-North Water Diversion Project

TV543+.15

B

1005-4774(2015)06-0010-05