基于微创可视钻芯法的回填灌浆质量检测方法在新金清闸脱空区软基加固中的应用

陈超燕，臧振涛，陈振华，王再荣，毛小魏

（1.温岭市农业农村和水利局，浙江 台州 317500；2.杭州水利水电勘测设计研究有限公司，浙江 杭州 310006）

1 问题的提出

我国水闸多建于20世纪50—70年代，受当时技术、材料、机械等方面影响，闸基处理较为简单，在长期水流潮汐的作用下，闸底板存在不同程度的渗漏、裂缝、脱空等隐患[1]。为保证水闸的安全运行，急需对其进行除险加固，其中包括闸底板脱空区回填加固。目前针对采用回填灌浆对闸基础为软土特别是淤泥质土的水闸加固，现行SL 734—2016《水利工程质量检测技术规程》[2]、SL 62—2014《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》[3]等规范均未对其质量检测方法作出较明确的规定。考虑到闸底板软土地基回填灌浆加固处理目的包括提高闸基防渗能力及改善闸基土体力学性能等，文章采用基于微创可视钻芯法的回填灌浆质量检测方法对新金清闸闸底板脱空区软基回填灌浆进行质量检测，检测成果可为类似工程质量检测提供参考。

2 工程概况

温岭市新金清闸建成于1934年，共22孔，每孔净宽2.50 m，设计流量707 m3/s，水位差为4.20 m，时为浙东最大出海水闸，2013年被列入温岭市市级文物保护单位，目前仍在发挥节制闸的作用。根据地质勘探资料，新金清闸闸底板下部土层为厚约7.80 m的淤泥质黏土，通过查阅水闸建造时的相关设计图纸，该闸闸底板及护坦下采用厚约30 cm的四六片块石进行地基处理（见图1），在长期水流、潮汐作用下，闸底板下产生渗漏等隐患。2017年毛小魏等人采用微创可视钻芯法等探测手段探测，查明水闸闸室的闸底板存在贯穿性裂缝，闸底板下部普遍存在脱空等隐患[4]。通过对水闸进行渗透稳定计算和闸基承载力计算，当水闸闸底板脱空时，其渗透性和闸基承载力均不满足规范要求。

图1 闸底板与护坦纵断面图 单位：cm

2019年，根据闸底板脱空区加固设计方案，该水闸加固采用检修闸门下闸后，闸室内干态水泥回填灌浆的方法。灌浆工艺采用“导管法”，水灰比1:1，每闸室布设5排，2列，共10个灌浆孔，钻孔孔径60 mm，孔深至原底板厚度入垫层20 cm，灌浆压力暂定0.15 MPa。实际施工时，为减少对闸底板的损伤，灌浆孔孔径采用40 mm，孔深至原底板厚度入垫层30 cm。在现场实际回填灌浆施工过程中，发现灌浆孔打穿后，孔内普遍存在10 cm左右的水柱，并伴随浮泥、淤泥等混合物冒出现象，部分闸室灌浆孔内喷水高达3.00 m。

3 基于微创可视钻芯法的回填灌浆质量检测方法

基于微创可视钻芯法的回填灌浆质量检测方法主要是以微创可视钻芯法[5]检测为主，孔内渗水水位上升速率测定为辅，具有直观、准确、便捷等优点。实际应用时，利用微创可视钻芯法对结构进行小孔取芯以及孔内摄像，通过芯样判定回填灌浆后下部松散结构层、淤泥或浮泥层是否得到固化或置换，通过孔内摄像判定回填灌浆区域是否填充，是否仍存在脱空区。同时利用该孔测定孔内渗水上升速率，以判定下部加固层土体的渗流稳定情况。

该检测方法的质量合格标准为：“无脱空；钻取的芯样存在水泥浆体与芯样基本完整、有一定强度的过渡土层，或虽无水泥浆体但存在芯样基本完整、有一定强度的过渡土层，或虽无水泥浆体但下部为芯样勉强成形的淤泥质土，无自稳性差、芯样不能成形的淤泥，无流淌状的浮泥，且钻穿后孔内渗水轻微或不明显”；孔内渗水程度以5 min内孔内渗水水位上升速率不大于5.6 cm/min进行辅助判断；“钻穿”是指钻穿结构松散体、水泥浆体、受注浆影响的过渡土层。

为保证微创可视钻芯孔的修复，在完成回填灌浆质量检查后，采用强度指标不小于30 MPa的水下浇注材料PBM混凝土[6]进行封孔。

4 检测结果及分析

为保证加固质量，在闸室内外水位差为4.45 m时，利用基于微创可视钻芯法的回填灌浆质量检测方法对闸底板脱空区软基回填灌浆质量进行检测。随机选取7#、8#、14#、22#闸室进行质量检测，相关芯样结果见图2～5，孔内探查典型图片见图6，基于微创可视钻芯法的回填灌浆质量检测成果见表1。

表1 基于微创可视钻芯法的回填灌浆质量检测成果表

图2 7#闸室微创检测芯样图

图3 8#闸室微创检测芯样图

图4 14#闸室微创检测芯样图

图5 22#闸室微创检测芯样图

图6 7#、8#、14#、22#闸室（从左至右）闸底板下部 探查摄像截图

根据检测芯样成果可知：

（1）采用微创钻芯技术以及相关辅助工具不仅能将混凝土底板芯样取出，还能将灌浆后的原四六片块石与水泥或混凝土不完全胶结体层、水泥浆体层、过渡土层以及淤泥质土层取出。

（2）闸底板下部无脱空区、芯样存在水泥浆体，过渡土层具有一定强度，无自稳性差、芯样不能成形的淤泥，无流淌状的浮泥。

（3）孔内摄像深度可以到达闸底板面以下120.0 cm以内的原四六片块石与水泥或混凝土不完全胶结层、水泥浆体层，能直观地检查孔壁光滑程度、胶结材料胶结情况、软弱夹层情况、空隙内渗水流土情况。摄像成果表明，4个闸室检查孔内四六片块石层间有水泥或固化土层填充，孔内无明显渗水现象。

（4）孔内渗水上升速率检测成果表明，4个闸室的渗水水位上升速率值均小于3.2 cm/min，小于SL 62—2014《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》标准的5.6 cm/min，结合芯样及孔内探查成果综合判定：回填灌浆加固后，闸底板下部土体的渗透性明显降低。

综上所述，该水闸采用小孔径回填灌浆能够有效降低闸基渗透性，改善软基土层的力学性能，灌浆质量检测为合格。

5 结语

针对新金清闸闸底板脱空区软基回填灌浆质量检测问题，采用基于微创可视钻芯法的回填灌浆质量检测方法。通过芯样照片、芯样描述、孔内摄像，并辅以孔内渗水水位上升速率检测可知：闸底板脱空区采用回填灌浆加固后，底板下部无脱空区，四六片块石层间有水泥或固化后的土层填充，过渡层土体具有一定的强度，孔内渗水上升速率小于3.2 cm/min。同时，结合应用成果证明：基于微创可视钻芯法的回填灌浆质量检测方法能够直观、准确、便捷地对软基回填灌浆进行质量检测。