水泥粘土灌浆在外沙海塘防渗中的应用

方保富(方远建设集团股份有限公司，浙江 台州 318000)

水泥粘土灌浆在外沙海塘防渗中的应用

方保富
(方远建设集团股份有限公司，浙江 台州 318000)

渗漏是海塘病害的常见病之一.针对外沙海塘堤身属强透水的实际情况，利用水泥粘土帷幕灌浆进行防渗漏处理，取得了明显的效果.同时结合工程实例对灌浆试验、帷幕灌浆施工等具体施工工艺与参数进行了介绍，并对坝坡冒浆等施工中可能出现的坝坡冒浆、单孔吃浆量过大、镇压层隆起等异常现象提出了处理方法，可供同类工程施工参考.

海塘；强透水；渗漏处理；水泥粘土灌浆

浙东沿海海塘众多，现有海塘大都历经多次加高培厚逐步而成.由于受当时社会经济、技术水平等因素的制约，塘身渗漏现象较为普遍，是海塘病害常见病之一.外沙海塘工程也不例外，由于受建设时条件限制，堤身由塘渣填筑而成，堤身属强透水，运行过程中还发现，局部地段存在着地基渗漏现象.

常规的海塘防渗处理办法有开挖回填、增设防渗体(墙)、帷幕灌浆等，优点是简单、彻底，但造价偏高，特别是渗漏通道较深时实施难度较大，并且无法在台汛期施工.灌浆除没有这些限制外，还兼有工艺设备简单、操作可控性强、工程造价低等特点.经多方案比选，外沙海塘采用水泥粘土浆灌浆防渗帷幕方案进行防渗处理.

1 工程概况

1.1 建设情况

外沙海塘位于浙江省台州市椒江口南岸，全长3.1 km，建于20世纪60年代，建成后屡受台风暴潮袭击，海塘几经损毁，历经多次修复加固.特别是受(97)11号台风影响，海塘几乎被夷为平地，为了抢在下一个高潮汛前将海塘合龙，确保堤塘内工厂企业的生产安全，施工中塘身采用塘渣填筑，无闭气土和其它防渗措施.待海塘合龙挡潮后，再在迎水面修筑C20埋石混凝土挡墙.工程完成后，一直存在不同程度的渗漏现象，在高潮位时尤其严重.

1.2 加固工程设计标准

加固工程的设计标准为50年一遇，海塘结构形式采用复合式结构，主堤迎潮面为埋石混凝土直立墙，直立墙内侧为堤身塘渣，路面为C20混凝土，内坡采用干砌块石护面，外侧设2级镇压平台(见图1).

图1 海塘标准断面图

1.3 前期防渗漏处理情况

2005年，建设单位曾对渗漏严重的地段实施水泥粘土灌浆，灌浆孔布置在海塘外侧二级镇压平台上，孔间距1.5 m，孔深8 m，配比为水泥 ∶粘土 ∶水=1 ∶9 ∶10[1].从处理后的运行情况看，有一定防渗作用.但是，由于水泥用量较少，固结体的强度较低，耐久性也较差.此外，C20埋石混凝土直立墙墙体之间的分缝处也存在着渗漏隐患.

2 地质条件

2.1 海塘堤身填筑料

经勘探揭露，该海塘堤身填料主要由2部分组成：

1—1层混凝土：为堤顶的混凝土路面.厚度0.2～0.65 m.

1—2层块石夹碎石：为堤身填料主要成分.厚度3.2～9.55 m.大部分钻孔未见粘性土，仅部分堤段堤身含少量粘性土，沿线均未见闭气土方，钻进时孔内无回水.

2.2 海塘堤基土

该海塘堤基土层勘探深度以浅主要分布有2个地质层5个亚层.其中：2—1层淤泥质粘土、2—2层淤泥质粉质粘土、2—3层淤泥质粉质粘土、3—1层淤泥质粉质粘土、3—2层淤泥质粘土的水平渗透系数分别为：1.4×10-5cm/s、1.8×10-5cm/s、3.5×10-5cm/s、1.8×10-5cm/s、4.2×10-6cm/s，以弱透水性为主，对堤基固结排水不利，但防渗性能较好.

2.3 物探检测主要结论

为了解外沙海塘塘顶路面以下范围的塘身和地基情况，建设单位曾于2003年底委托浙江省水利河口研究院进行探地雷达和面波探测.在渗漏严重的13处共290 m地段采用两条测线、两种频率(100 MHz、400 MHz)的雷达剖面探测，同时布置了16个点的瑞雷波探测表明，塘身底面深度在3.6～5.3 m之间起伏变化，绝大多数堤段的地基均存在1～2处不均匀区，其深度一般不小于8～10 m.所测塘段分别在深浅部存在63处不同程度的不均匀区(带)，分布在0.5～4.0 m之间.

3 灌浆试验

3.1 试验段概况

在正式施工前，首先通过灌浆试验确定施工工艺，优化技术参数.选定试验段长度50 m，单排帷幕灌浆，沿海塘防浪墙内侧1.0 m处的塘顶路面布孔，孔深9.8 m，孔距2.0 m，分三序进行灌浆.浆液为水泥黏土浆，水泥:粘土:水配比1 ∶3 ∶3.2～5；设计要求：灌浆压力<0.15 MPa，钻孔垂直，灌浆段长3～4 m；验收标准：透水率<10 Lu.

3.2 试验段情况分析

(1)灌浆压力

考虑注入量太大和孔浅原因，避免塘顶路面混凝土抬动变形，灌浆压力选用0.1 MPa(孔口压力表读数).

(2)单位长度注浆量

在0～6.0 m孔深范围内，由于塘身由塘渣填筑而成，注浆时孔内能自吸浆液，水泥粘土干料注入量较大，单位注浆量达1 692.3～3 944.7 kg/m.6.0 m以下土层注入量则明显减小，注浆量在269.3～650.3 kg/m之间，属正常范围.

同时，试验数据表明，注浆量Ⅰ序>Ⅱ序>Ⅲ序，随着孔序的增加，孔距的加密而呈减少趋势.

(3)单孔复灌次数

据实际孔深和单孔吸浆量大小，复灌次数在2～5次之间；

(4)检查孔试验

采用三级五点法压水试验，透水率在6.5～8.4 Lu之间，均小于10 Lu，满足要求.

4 帷幕灌浆施工

(1)钻机钻孔

采用XY—2—300型和XJ—150型钻机造孔，先用小水量钻进3～5 m，分别用Φ146、127 mm套管分段打入塘堤内，进行止水隔离，再采用水钻钻至设计深度.钻孔开孔时机械回转要求慢而稳，钻至深度9.5 m时，进行孔底垂直校正(扫孔)，在打入套管时边打边进行垂直校正.

(2)灌浆方式及段长

选用40P立式双缸灌浆机按设计要求自下而上分段灌浆，采用孔内循环注浆法，孔口安装回浆装置和压力表，用球阀控制灌浆压力.(堤基)底部接触段，段长采用3.0 m，在塘身(塘渣)部位，段长则适当放宽，最后一段施工按实际进行调正.

(3)简易压水试验

各灌浆段在灌浆前进行简易压水试验.压力为灌浆压力的80%，历时20 min，每5 min测读一次压水流量，连续四次读数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或小于1 L/min时，试验结束.计算压力时，采用海水位作为起始零线.

(4)灌浆压力

根据设计要求，最大压力为≤0.15 MPa.施工使用压力按P=Po+MD，即0.9×h(塘身厚度)+0.025 MPa/m×h(灌浆段厚度)[2].

在灌浆过程中，为了有效地将水泥浆液扩散面冲大，尽可能将压力一次性加到规定最高值，控制每分钟单位吸浆量在30 L左右，当其值大于50 L时则相应降低压力.

(5)水灰比选用及浆液变换

灌浆浆液水灰比采用3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1、0.8 ∶1、0.5 ∶1五个等级比，浆液浓度由稀到稠逐级变换.

开灌时，先用稀浆，当每一级浓度的浆液灌入300～500 L而单位吸浆量不见减少时，则改灌浓一级的浆液.若单位吸浆量小于5 L/min，不论那一级浓度，一般不再变浓[3].

(6)注浆方法

采用孔底注浆全孔灌注的方法.注浆管下到灌浆段以上0.5～1 m处，浆液从注浆管口压出，使塘坝体由下逐渐向上劈开.在施工中注意不使裂缝劈到坝顶，以便增加坝体的回弹力，加速泥浆析水固结[4].经过几次灌注，待基本不吃浆或孔口压力达到或接近设计灌浆压力时,立即停灌，然后提升3～5 m继续灌注.

(7)结束标准

在设计灌浆压力下，注浆量<1.0 L/min持续60 min则结束该段灌浆.结束灌浆时，先关回浆闸，进行孔内并浆，待压力表归零后，才拆除进回浆管路.

5 异常情况处理

在坝体灌浆过程中，常会出现各种不同的异常情况，这与海塘结构形式、施工质量好坏以及灌浆压力大小等因素有关.外沙海塘防潮面及塘顶均为混凝土结构，内坡为干砌块石，而塘身则采用塘渣填筑.因此，海塘内部较为松散，内坡防护结构相对薄弱.故而在施工过程中，曾出现坝坡冒浆、单孔吃浆量过大、镇压层隆起等异常现象，具体采取以下措施进行处理.[5-8]

5.1 坝坡冒浆

冒浆在一定程度上暴露了堤身的薄弱环节，在灌浆压力作用下，泥浆易从内坡干砌块石这一薄弱地带冒出.常用的处理方法是在冒浆处填一定体积的砂或粘土，作为阻浆盖重，但由于本工程坝坡为斜坡，无法进行回填处理.在施工过程中主要采取以下办法进行处理，取得了明显的成效.

(1)采用灌、停循环的间歇性灌浆方法，用灌浆间隔时间来控制冒浆

t2

(2)塑性泥封堵冒浆通道

在冒浆的灌浆孔上，开动回转钻机，同时往孔内连续不断地抛撒干土粉，搅成塑性泥，封堵冒浆通道.

5.2 单孔吃浆量过大

由于外沙海塘结构比较特殊，塘身由塘渣组成，因此，灌浆时，第Ⅰ序的部分钻孔不用施加压力(或略加压力)，浆液即能注入，单孔吃浆量过大.采取的应对措施是：每次灌浆量要少，例如每米孔深不超过1 m3，间隔5～10 d后再复灌，这样反复进行，直至达到终结灌浆的标准.对个别钻孔(出现在刚开始灌注时)，还出现浆液在较长时间里均能自行流入的情况，实在无法组织正常灌注，则采用先灌入黄砂，使塘身结构相对密集些后，再开始正常注入水泥粘土浆.

5.3 镇压层隆起

由于坝体内存在水平向裂隙通道，因而在一定的灌浆力作用下，水平裂隙上方的镇压层(砌石平台)会被轻微抬起，但待灌浆压力减小和停灌后，隆起部分会基本恢复原状.对此种情况，施工中只需注意调控灌浆压力的大小，无须采取其他的处理措施.

6 结 语

其他常规的海塘防渗处理办法还有开挖回填、增设防渗体(墙)等，优点是简单、彻底，但造价偏高，特别是渗漏通道较深时实施难度较大，并且无法在台汛期施工.灌浆除没有这些限制外，还兼有工艺设备简单、操作可控性强、工程造价低等特点，其不足之处是灌浆质量难以控制，必须按照设计要求和相关规范标准，做好灌浆试验，严格控制好水泥掺入比、灌浆压力、持续终孔、封孔标准等指标，方能达到防渗之目的.本次外沙海塘灌浆工程，采用水泥粘土浆进行充填式封堵,施工结束后14 d内通过压水试验检查防渗体质量和效果，共抽查了30个检查孔，使用压力0.15 MPa，结果表明透水率在5.3～8.9 Lu之间，达到设计要求.灌浆前，涨潮时海水往堤内漏，灌浆后漏水区已封堵，海塘内的企业厂区再也没有出现积水现象.至今，工程已安全运行多年，原漏水点已无漏水迹象，灌浆效果明显，可供同类工程施工参考.

[1] 李 群.对椒江外沙海塘的防渗处理[J].中国水利，2006(18)：41-42.

[2] 水利部水工程技术咨询中心.SL62—94水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].北京:水利电力出版社，1994.

[3] 罗永清.水泥粘土灌浆在海塘防渗加固中的可行性研究[J].中国水运，2012(3)：236.

[4] 张兴恩.粘土充填灌浆在堤防防渗中的应用[J].江苏水利，2008(7):25.

[5] 吴阳锋，吴国芳.坝基帷幕灌浆在石门坎水库除险加固中的应用[J].浙江水利水电学院学报,2015,27(4):13-16.

[6] 翁 湛.土石坝加高加固防渗措施及边坡稳定的分析研究[J].浙江水利水电学院学报,2015,27(2):17-20.

[7] 白炳书，居星辉.山塘除险加固的坝体加固方案探讨——以泗安镇工农山塘为例[J].浙江水利水电专科学校学报,2011,23(3):1-3.

[8] 阮雪茵.台州市标准海塘加固方案探讨[J].浙江水利科技，2010(2):135-136.

Application of Cement-clay Grouting to Seepage Proofing for Waisha Seawall

FANG Bao-fu

(Fangyuan Construction Group Co., Ltd, Taizhou 318000, China)

Leakage is one of the common diseases of seawall. As for strong water permeability of Waisha Seawall, cement-clay grouting is adopted for seepage proofing and shows a good result. The construction technology and parameter of curtain grouting and dam slope treatment is introduced with actual example in this paper. And the methods to deal with the abnormal situation which may arise in the construction of dam slope, such as mud spillover and uplift, are also put forward, which can be used by other projects for reference.

seawall; strong water permeability; seepage treatment; cement-clay grouting

2016-04-02

方保富(1964-)，男，浙江台州人，工程师，从事水利水电施工管理工作.

TV441

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1008-536X(2016)08-0032-04