堤防锥探灌浆设计施工参数的分析研究

赵殿信

堤防锥探灌浆设计施工参数的分析研究

赵殿信

锥探灌浆就是将浆液灌注到堤防的空隙、空洞中。锥探灌浆多在堤防加固工程中采用，由于一些设计施工的参数选择较为随意，给施工质量的评定、资料的整理带来诸多不便甚至误区。

一、灌浆的机理

充填灌浆和劈裂灌浆的机理不同。充填灌浆是通过联通钻孔的空隙、裂隙和空洞，浆液在自重或一定的压力下，通过渗透的方式充填既有隐患，达到密实堤坝的目的。充填灌浆适应于处理性质和范围都已经确定的局部隐患。劈裂灌浆是根据堤防的应力分布规律，通过水力形成平行于堤防轴线的铅直平面裂缝，在裂缝中形成一定宽度的泥墙，并通过形成的裂缝灌注堤防中既有隐患，通过浆液和堤防互压密实堤防，一段时间后泥墙失去水分固结硬化，形成连续的防渗帷幕和两侧压密区的防渗带。

二、设计施工参数的分析

充填灌浆和劈裂灌浆机理不同，设计施工参数也应不同，从设计意图看堤防锥探灌浆应属于充填灌浆的范畴。堤防锥探灌浆的设计参数一般有：灌浆材料、泥浆性质、灌浆深度、灌浆平面布置、灌浆压力、灌浆量、灌浆次数、灌浆时间间隔等。

1.灌浆深度和平面布置

灌浆深度一般低于隐患深度1～2m。一般设计会根据前期的勘探资料，确定一个灌浆深度。施工中需要发挥锥探灌浆“探”的功能，利用锥探对堤防再一次进行勘探，以取得精确的勘探资料。施工平面布置也需要进行前期锥探。目前的设计均是固定的排距和孔距，不能根据隐患情况调整距离。因此设计孔深和平面布置时，应留有现场适当调整的机会。

2.灌浆压力

充填式灌浆通过自重或一定的压力以渗透的方式灌入堤防内的隐患部位，最大压力以不使堤防产生裂缝为原则，根据堤防条件不同，设计中一般要求小于某一数值，例如0.05MPa。实际施工时，只要可灌性好，可以采用小的压力，以避免堤防出现裂缝。

3.灌浆量

灌浆量的设计是以每米每次灌浆量来控制的，例如每米每次0.3～0.5m3。事实上对于充填式灌浆每米每次的灌浆量，是由被加固土体的隐患大小确定的，而且是由同本钻孔联通的隐患大小确定的。对于堤防平面来讲勘探孔就是一个点，如果不能发挥“探”的功能，钻孔难以精确钻到裂缝或洞穴上。因此灌浆量必须根据堤防精确的试验统计资料确定，否则难以全面达到设计要求。

4.灌浆次数

充填灌浆是用浆液以渗透的方式通过堤防中既有的空隙、裂缝弥补隐患，在第一次灌注的时候通道基本灌满。完成灌注后，随着泥浆失水固结，体积变小，会在土中出现空隙，因此需要再次灌浆，补充浆液到新的空隙中。而在实际施工中，土体中的隐患是不规则的，隐患和钻孔的通道更是不规则的，第一次灌注基本将通向隐患的通道封堵，很难再灌入浆液。工程实践也表明复灌浆液量通常较小，有的甚至为零。因此充填式灌浆应一次灌注至饱满。

《土坝坝体灌浆技术规范》（SD266-88）（以下简称规范SD266-88）规定灌浆次数一般不少于5次。这是因为劈裂灌浆由于一次不能形成过厚的泥墙，需要多次进行灌注，规范SD266-88将充填灌浆和劈裂灌浆的施工要求混合在一起，导致对灌浆次数的要求比较笼统。对此新规范《土坝灌浆技术规范》（SL564-2014）要求“充填灌浆宜一次灌注至设计要求”，《土坝灌浆技术规范》（DL/T5238-2010）也明确要求“充填式灌浆宜一次灌注至饱满”。

5.灌浆时间间隔和少灌多复

一些设计提出了“少灌多复”的和每次灌浆的时间间隔的要求，要求时间间隔不少于5天。对于劈裂灌浆，由于泥墙的析水固结需要一定的时间，一次灌浆的泥墙不能太厚，即使较厚也会在周围土体的挤压下变薄，因此要求“少灌多复”和灌浆的时间间隔。对于充填式灌浆，由于是通过堤坝土体内的既有通道灌注隐患，因此多次的灌注很难再有效果。

6.灌浆历时

充填灌浆是以渗透原理利用土体中的既有通道充填既有隐患的，泥浆在通道中运动需要一定的时间，尤其是泥浆这种粘滞性流体，运动的速度越大所受到的阻力越大，运动的速度同灌浆的压力不成正比。因此灌浆要求一定的历时是完全必要的。笔者观察，锥探灌浆的速度很快，有时土体尚未来得及反应，就因为压力上升而结束本孔的灌注。其实当渗入土体的泥浆流量小于灌注流量时也可导致灌浆压力升高。因此笔者建议增加灌浆历时，开始灌浆时采用小的压力，泥浆依靠自重灌注，灌到一定时间后，适当增加压力，可以使土体的隐患得到更好的加固。当然灌浆历时必须同堤防的基本条件相适应，可以通过试验选定，并且这个参数的选定无论隐患大小都是可以满足的。

三、结语

锥探灌浆是隐蔽工程，尽管施工前已经进行了详细的勘探，但是由于隐患的复杂性和不确定性使得灌浆的参数的选择非常重要。工程合格的标准是符合设计和规范，这是各有关部门检验、检查的依据。如果设计要求的参数施工中难以满足，工程就无法通过各级检查，达到合格的要求。通过以上分析，笔者建议在孔深、平面布置、灌浆土料、泥浆的性能等施工参数外，应增加灌浆压力和灌浆历时的参数要求，在灌浆的平面布置上赋予现场根据隐患状况机动调整的权限，以更好地符合施工中的实际状况■

（作者单位：安徽省·水利部淮委水利科学研究院233000）

（专栏编辑：周权）