堤防工程中粘土固化剂高喷灌浆技术的实践与应用

邓小峰

（中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450000）

1 工程概况

某防洪堤改造工程位于赣江支流，地层为较深厚的第四系冲积层和部分塘积层。冲积层岩性复杂，上部为粘粒含量较大的粘土、粉质粘土等，土体大部呈可塑状，厚1～3m；下部为粘粒含量少或无粘粒含量的粉细砂土、砂、砂卵砾石层，砂、砂卵砾石具有大孔隙，强透水特性，层厚4～8m。

堤基下部基岩为白垩系上统南雄群中部岩层，泥岩、含砾泥岩和泥质胶结的砂砾岩固体特性软弱，遇水易软化或泥化。工程区岩层倾角平缓，断裂、节理裂隙不发育，但因岩层成层薄，泥质岩易干裂，岩石表现为破碎，岩体透水性差。

堤基防渗体采用粘土固化剂灌浆施工时，确定防渗幕体结构为单排孔，孔距1.0m，按两序布孔组织施工。

2 施工方案比选

粘土固化剂灌浆防渗墙顶高程高于现状河堤与河滩交界处50cm，根据现场地质情况，考虑到原有河堤为50年代修建的老堤，堤身压实较差，压浆过程中孔口封闭困难、压浆过程中压力不稳定，充填范围难以确定。同时，钻孔深度达20m，灌浆花管埋设时，易塌孔堵塞花管影响灌浆质量、造成堤防安全隐患。经过方案比选和专家论证，采用高喷灌浆一体机可不进行套管跟进护壁，粘土固化剂用于高喷灌浆对提高堤身及堤基防渗效果明显，能够保证施工质量得到，并降低钻孔及护壁难度，加快施工进度，节约工程投资和造价。

3 施工方法

3.1 施工参数选定

根据防渗墙部位地质情况和条件，结合高喷灌浆成熟经验，在堤基地质条件类相似地层选定部位进行包含粉细砂土、砂、砂卵砾等地层条件的典型施工试验，为防渗墙工程全面顺利展开提供经验和借鉴，试验后选定灌浆参数见表1～2。

表1 灌浆主要工艺参数技术表

3.2 施工工艺流程

高喷灌浆分两序孔展开，先施工1序孔，待相邻1序孔灌浆结束并终凝48h后再施工2序孔。高喷灌浆工艺流程见图1。

图1

3.3 施工方法

（1）将台车移至设计孔位，加高垫平稳固后用水平仪检查台车前后左右，并调整其呈水平状态后开孔。开孔孔位与设计孔位的偏差不大于5cm。

（2）钻孔分Ⅰ、Ⅱ两个次序进行，钻孔完成后进行孔斜和孔深测量，由质检人员负责工序验收，检测孔深达到设计要求、孔斜偏差≤1%后方可终孔验收，验收必须经监理人验收签证。

（3）钻孔完成后进行试喷，检查灌浆管路及机械正常，且各参数均达到要求后方可进行灌浆。

（4）制浆：采用天然粘土造浆。①在灌浆实施现场开挖一个≥2m3粘土粗浆池，机械粉碎粘土，制成粘土粗浆入池并沉淀2h以上，粗浆在池中析出多余水以满足水料比不大于0.8：1的粗浆。②将粘土粗浆泵送到第一高速搅浆桶搅拌1～2min，用量杯取一杯已搅拌均匀的粘土粗浆，测定其含水量和含土量，按照灌浆段及灌浆要求制定的水料比并向粘土粗浆中补加水，搅拌1～2min。③根据设计材料配比向粘土原浆中一次性足量加入水泥和固化剂的均匀混合体，充分搅拌7～10min，完成粘土固化浆液配置。④将粘土固化浆液过筛导入第二个高速搅拌桶中继续高速搅拌7～10min后待灌。

（5）灌浆：灌浆压力按不小于30MPa进行控制。

（6）喷射提升：调整好旋转速度及提升速度，连接气、水、浆管，先通气、水，后通浆，孔底静喷1～5min后起动旋转装置，待孔口返浆时再起动提升装置，按试验确定并经监理工程师认可的各项参数由下而上按高喷工艺提升喷射。入岩1.0m及基岩与砂砾层交界处采用静压注浆方式进行灌浆。

（7）封孔：喷射灌浆结束后，关闭高压水及气，继续往孔内送浆液直至孔口浆液下降不明显时，结束供浆。

（8）机具冲洗：每喷射完一孔后，冲洗喷灌系统，以免管路堵塞。

（9）成墙施工：高压喷射灌浆作业分两序施工，单孔喷射作业连续进行，相邻Ⅰ、Ⅱ序孔的作业间隔时间不小于48h。根据现场施工情况调整同序孔的施工次序。如施工间隔时间过长，可提高喷射压力，降低提升速度，确保Ⅰ、Ⅱ序墙体的可靠搭接。

表2 浆液配比表

4 质量检测及控制措施

4.1 质量控制

（1）孔位：由专业测量人员负责放样定点，并设置控制网点，在施工过程中随时抽测、校核，确保孔位偏差不大于5cm。

（2）孔斜：钻进过程中，随时检查钻机平台平整度、钻杆垂直度，保证孔斜偏差小于1%。

（3）孔底：严格按设计要求提升喷浆，先在孔底静喷1～5min，各参数达到设计值后才提升。

（4）墙顶：当提升至距孔口1m时，应慢速提升到孔口，以保证墙顶质量。

（5）严格按规定提升喷射，出现问题及时处理并详细记录。冒浆量应小于注浆量的30%。

（6）按二序法喷射，相邻两桩施工间隔时间不少于48h。

4.2 质量检测

原材料检测中，每批进场水泥须有材质证明，按每200T抽检一组，检测水泥性能指标，合格方能用于施工。对于防渗墙的施工质量效果，采用钻孔注水进行检查。

（1）注水试验方法：从堤顶钻孔，并在孔口埋设φ110孔口管至防渗墙顶，钻孔至距墙底50cm处，从孔口注水。

（2）注水试验钻孔：钻孔采用柴油机带动的地质钻机，孔口埋设φ110孔口管至高喷墙顶，后采用φ91mm金刚石钻具造孔，在钻至距离墙底50cm处停止钻进，取出钻具进行孔内注水试验。

（3）试验程序：钻孔完成后开始现场注水试验，包括洗孔、水位测量、仪表安装、流量观测等步骤。试验开始时，检查各种设备、仪表的性能和工作状态，发现问题立即处理。

（4）洗孔：洗孔采用注水法，当钻孔达到注水试验位置后，下入注水试验工作管直至孔底，先不加压力或采用较小的压力放水冲洗，洗孔时进水流量应达到水泵的嘴阀出水力。洗孔至孔口回水清洁，肉眼观察无岩粉时方可结束。

（5）地下水位测量：在进行注水试验前，观测地下水位，水位观测间隔时间为5min，当连续2次观测数据变幅小于10cm时结束观测，用最后一次观测值作为地下水位计算值。

（6）流量观测：地下水位观测完成后向孔内注入清水，使孔内水位与孔口齐平并保持不变，用量桶测注入流量，并进行记录。量测应符合下列规定：①开始每隔5min量测一次，连续量测5次，以后每隔20min量测一次并至少连续量测6次。②当连续2次量测的注入流量之差不大于最后一次注入流量的10%时结束试验，取最后一次注入流量作为计算值。

当试段漏水量大于供水能力时，应记录最大供水量。在注水试验结束前，检查原始记录是否齐全、正确，发现问题及时纠正。

（7）封孔：采用水泥浆液进行封孔。

（8）注水试验资料整理

①试验资料整理包括校核原始记录，绘制注入流量与时间关系曲线。

其中K为试验岩土层的渗透系数，cm/s；Q为注入流量，L/min；H为试验水头，cm；等于试验水位与地下水位之差；A为形状系数，cm。

采用降水头注水时按公式计算试验段墙体渗透系数。

其中K为试验岩土层的渗透系数，cm/s；t1、t2为注水试验某一时刻的试验时间，min；

H1、H2为在试验时间 t1、t2时的试验水头，cm；r为套管内半径，cm；A为形状系数，cm。

考虑到试验的精度及墙体透水性评价的要求，墙体渗透系数取两位有效数字。

5 结语

采用高喷灌浆一体机与粘土固化剂灌浆进行堤基防渗加固技术，加快了钻进成孔速度，也减少了传统施工埋设套管及灌浆花管的费用；粘土固化剂的应用不仅降低了制浆成本，而且水泥粘土浆材胶凝后具有与堤基相近的变形模量，可与堤基同步变形而不产生破坏，提高了堤基防渗体的安全性能。因此，采用高喷灌浆一体机与粘土固化剂进行高喷灌浆具有施工简单、安全、施工进度快、建设费用低等优点，值得类似工程借鉴。