履带式多排钻孔机成孔低压力充填式灌浆施工工法

(湖北华夏水利水电股份有限公司，湖北 荆州 434000)

1 前 言

近些年，江河堤防除险加固项目增多，主要是由于堤防经过多年的运行，堤身存在内部裂缝、蚁穴、枯朽的树根等，在防洪挡水过程中，堤坝迎水侧水位上涨，渗水通过堤身缝、蚁穴等强透水部位，渗透压力损失小，渗流量增大，易形成渗漏通道，发生管涌、漏洞等险情。采用低压力充填式锥探灌浆技术对堤防进行加固，可防止此类险情的发生。

低压力充填式锥探灌浆采用打锥机锥孔，泥浆泵连接输浆管压浆。由于锥探灌浆处理的部位通常在迎水面堤坡及堤顶处，采用传统的轮胎式锥孔机在堤身斜坡部位施工时，钻机不易稳定安置。在钻孔施工过程中，机械的振动会导致设备发生偏移或者钻杆倾斜，成孔的孔斜率不能满足设计要求。且传统的锥孔机移动一次只能钻一个孔，施工效益低，移机和固定需占用大量时间。通过荆江大堤除险加固项目和汉江堤防除险加固项目等多项工程的实践，研制出一种实用的履带式多排钻孔机施工设备，成功解决了传统轮胎式钻孔设备在斜坡处施工不易固定、效益低、孔斜率无法保证等技术难题。经过两年来在多项工程中的应用，取得了良好的社会和经济效益。

2 工法特点及适用范围

本工法施工使用的履带式多排钻孔设备，与普通的锥孔机械设备相比，具有以下优点：

a.多排同时成孔，施工效益高。设备移动固定一次后能同时钻孔4个。与普通的锥孔机械设备移动固定一次只能钻1个孔相比，成孔速度快、效益高，能缩短施工工期。

b.设备行走及固定方便。施工过程中设备沿着堤轴线方向在堤顶平坦道路行走，无需移动至堤身斜坡处，不受场地限制，避免了斜坡处轮胎式设备不易固定等难题。

c.成孔质量高。钻孔的孔距按设计要求设置固定，且施工过程中不会因为机械振动造成钻杆倾斜，有效地保证了成孔的孔距及孔斜率等质量标准。

d.钻孔设备加工及改造简单，制作时间较短，设备改造的成本低，非常经济适用。

e.设备操作简单，施工作业前只需对操作人员进行简单的培训和指导，便可以进行钻孔施工。

本工法适用于各种存在鼠蚁洞穴、人为洞穴、暗沟虚缝、自然空洞等隐患的堤防坝体加固工程。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

施工工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

a.施工供水。制浆用水根据现场情况以“就近”原则，从工作面附近就近引水使用。

b.施工供电。施工过程用电设备及施工照明，可就近获取电源，并设置移动配电箱，一般堤防工程施工线路较长，可采用移动式柴油发电机作为供电电源。

c.挂好安全警示牌，准备好消防设施，按施工人员配备工具、设备，做好劳动安全设施和交通安全工作。同时对参与施工的所有员工进行安全知识培训，确保施工安全。

d.工程开工前，组织所有参加施工的技术人员学习领会设计意图、处理方法及技术要求，并向施工人员详细交底，使所有参加施工的人员掌握技术及质量控制重点、难点，确保施工质量。

3.2.2 布孔

堤身锥探灌浆孔呈梅花形分布，布孔的间排距取决于工程的重要程度、隐患性质等，一般每孔之间的间距和排距控制在1m。布孔形式见图2、图3。灌浆孔以原外堤肩为轴线进行布置，采用50m钢卷尺沿外堤肩每隔1m进行放样，斜坡上可采用GPS放样。放样要求孔位偏差不大于10cm。

图2 梅花形布孔平面图

图3 布孔断面图

3.2.3 造孔

采用履带式多排钻孔机钻孔，将钻杆、锥头、钻机与操作平台连接牢固。通过钻机履带行走和大臂伸缩将锥头对准放样标识的孔位处，检查确认4根钻杆连接的锥头与放样孔位点完全吻合后开始钻孔施工，见图4。钻孔过程中保证钻杆竖直，钻孔的倾斜度不大于2%，孔位偏差不大于10cm，孔径在25～35mm。钻孔时应干钻，不能加循环水，以免水分渗入土体，影响灌浆质量和泥浆的固结。造孔的深度控制在内堤脚高程以下1m。成孔后用木塞塞孔，以保护灌浆孔不至堵塞，经检验合格，立即进行灌浆。

图4 履带式多排钻孔机钻孔

3.2.4 浆液制备

a.泥浆土料。泥浆所用土料选用成浆较高、收缩率较小、稳定性较好的粉质黏土或重粉质壤土，施工前应取样对灌浆土料进行颗粒分析试验：其黏粒含量为20%～45%、粉粒含量为30%～70%、砂粒含量小于10%。在隐患严重或裂缝较宽、吸浆量大的部位可适当选用粉质壤土或少量砂壤土。

b.制浆。制浆采用LNA泥浆搅拌机。如灌浆量少时，也可采用人工制浆，但土料应先在泥浆池内浸泡数小时，搅拌成浆，通过过滤筛清除大颗粒和杂物，灌浆前再通过35孔/cm2的过滤筛。

泥浆的浓度及黏度分别采用比重计(或比重瓶)和黏度计测定，泥浆的浓度用容重和水土比(重量比)表示，一般容重控制在1.4～1.6g/m3，水土比控制在1∶0.8～1∶1.6。泥浆的黏度用秒表示，一般控制在21～100s。

3.2.5 灌浆

低压充填式锥探灌浆宜采用BW250/50型泥浆泵压浆，输浆管选用长500m左右、直径为2.5～3.0cm的高压支管或者钢管，输浆管前端通过第一部分叉支管接出2～4支直径为1.5cm左右的输浆支管，输浆支管通过二分叉支管分别接出6～8支直径为1.0cm左右的小管，小管末端接配有阀门及压力表装置的灌浆管嘴，管嘴可采用薄钢板加工成长0.7～1.0m、上口大下口小的管道。通过观测泥浆泵上的总压力表和灌浆管上的孔口压力表，及时调整泥浆泵输出压力。并做好泥浆压力记录。孔口压力应控制在0.06～0.08MPa，最大不超过0.1MPa。

灌浆时采用“先稀后稠、少灌多复”的方式，分序灌注。灌浆嘴插入锥孔深度不小于0.5m，灌浆先采用流动性较大的浆体灌注，然后逐渐增加浆体浓度。多排孔时先灌迎水侧第一排，然后再灌背水侧第一排，最后灌中间排孔。灌浆先对第一序孔进行灌浆，而后依次对第二序孔、第三序孔进行灌浆，详见图5。

图5 分序灌浆示意

锥孔应当天锥、当天灌，防止孔眼搁置时间长，孔隙堵塞，影响灌浆效果。每孔灌浆时，必须一次连续灌满。每孔每次平均灌浆量，以孔深计，每米孔深控制在0.5～1.0m3。

3.2.6 复灌及封孔

a.复灌。灌浆后，由于泥浆在土体的空隙中析水凝固，产生体积收缩，因此需要复灌。复灌次数一般为2～3次，复灌的时间间隔不少于5天，应等前次灌浆基本稳定后再复灌。复灌时采用浓度较大的泥浆，以吸浆量明显降低，直至浆液在孔口不再吃浆不发生明显沉陷为结束标准。具体复灌次数根据前次复灌的吃浆量确定。

b.封孔。灌浆孔灌浆几分钟或更长一段时间后，如表面冒浆或灌浆孔回浆，认为该孔本次灌浆结束。一般堤段再复灌2～3次，重点堤段3～4次，以下次不再进浆且孔口浆液面不再有较大的沉落作为终孔标准。

封孔可采用直径2～3cm、含水量适中的黏土球分层回填捣实，也可采用灌注浓泥浆或含水量适中的制浆土料捣实，完成封孔。

3.2.7 灌浆中出现的问题及处理方法

a.串灌问题。即一孔灌浆，它孔冒浆的现象。如灌浆孔和串浆孔之间堤面无裂缝产生，可用木塞塞住串浆孔孔口，继续灌浆，如灌浆孔和串浆孔之间堤面产生了裂缝，而裂缝不严重的，先夯实裂缝和用木塞塞住串浆孔继续灌浆。

b.冒浆、溢浆问题。初始灌浆时堤身表面冒浆、溢浆，多因坝内缝隙小、灌浆量大、泥浆较浓或压力偏大造成，可采取减少输浆量、降低浆液浓度和压力的办法处理，也可暂停灌浆，待泥浆沉落后再继续灌注。灌浆孔冒浆，一般是将锥杆与孔壁挤紧或将该缝糊死，也可用清水或稀浆冲孔后再行灌注。

c.堤身土塌陷或隆起问题。塌陷多由土体内的较大孔穴因灌入的泥浆析水引起土体湿陷所致。可改用浓浆继续灌注，已形成塌坑的，可用黏性土料分层夯实回填。

表土隆起则应仔细分析隆起的原因，检查泥浆浓度、压力控制是否正常，如未发现堤身有大的裂缝或土体滑动面产生，可采用减小灌浆压力、时灌时停的方法处理。隆起面积较大、问题严重的堤段应慎重对待，必要时应进行彻底翻筑。

d.裂缝问题。纵向裂缝(平行堤轴线方向)的产生多由灌浆压力劈裂(亦称水力劈裂)或施工质量不好造成，如果缝宽不大(一般小于8～10mm)且缝口又无相对沉陷的，可采用夯实裂缝、减小灌浆压力、用“少灌多复”的办法处理。如缝口较宽且有相对沉陷的，可能局部土体有活动面产生，则应沿裂缝范围全面检查，发现有滑动面的必须彻底翻筑。

横向裂缝由地基不均匀沉降造成，此种裂缝贯穿内外，在临水侧除对裂缝进行部分翻筑再回填黏性土形成防渗隔层外，还要将裂缝全部封闭，然后在缝口布置灌浆孔进行灌浆处理。

4 效益分析

本工法通过对锥探灌浆锥孔设备的研制，采用履带式多排钻孔设备成孔，较之传统的锥孔机械设备钻孔工艺相比具有以下优势：设备行走及固定方便，施工人员减少，设备操作简单方便；成孔速度快、效益高，能缩短工期；成孔质量高，能有效控制孔位偏差及孔斜率；不受场地限制，可在堤身斜坡处等特殊场地施工。

4.1 经济效益

采用履带式多排钻孔机成孔低压力充填式灌浆工艺施工，可节约施工设备及人工的投入。通过湖北省汉江下游堤防除险加固一期工程2017年度第一批项目第七标段的运用，共计节约成本44万元。

4.2 社会效益

本工法的成功应用不仅得到了业主、设计、监理单位的一致好评，也提高了企业的施工技术水平，缩短了工期，降低了成本，确保了度汛安全，具有显著的社会效益。

5 结 语

多排钻孔机成孔低压力充填式灌浆积极采用“四新”工艺，提高机械化施工水平，提高生产效率，解决了堤防灌浆施工中，由于度汛需要、工期短、施工强度大而导致的成本升高问题。工程实践证明该工法有较好的推广价值，此工法已于2018年被评为水利行业工法(SDGF1014-2018)，可为类似工程施工提供参考。

编者按

为更规范地开展质量管理小组活动，弘扬精益求精的工匠精神，协助各参与单位在改进质量、保障安全、节能降耗、改善环境、提高素质、创新增效等方面取得明显效果， 中国水利工程协会(以下简称“协会”)制定发布了《水利工程质量管理小组活动导则》(T00/CWEA2—2017)(以下简称《导则》)团体标准，编写出版了《水利工程质量管理小组活动指南》(以下简称《指南》)。《导则》的发布和《指南》的出版，将对水利行业质量管理小组活动产生深远影响。

为了更好地实施《导则》团体标准，本刊在“质量管理QC小组活动专题”栏目陆续刊载《导则》解读文章，供读者学习。

本期刊登解读(十)。