堤防工程粗粒土控制灌浆修复加固施工探讨

刘成峰，汤传波

(江苏天源建设集团有限公司，江苏 淮安 211700)

0 引 言

滑坡是我国水利工程中较为常见的地质灾害之一，为提升滑坡灾害识别能力加强风险防控，国内学者先后展开大量研究，并取得较为丰硕的成果，但是在膨胀土岸坡以及堤坝渗透滑坡等方面仍缺乏系统性研究。为此，本研究对堤防粗粒体控制灌浆修复加固技术进行专项研究，旨在形成堤防控制灌浆柔性防护加固技术施工工艺体系，为堤防工程砂卵砾石渗漏及滑坡预防提供经验借鉴。

1 工程区概况

维桥河流域盱眙段右岸堤防工程属于堤坝粗立体控制灌浆修复加固施工示范点，河段落差258m，比降均值3.84‰，为流域洪泛区。示范点距离河床较近，河谷谷底较为平坦，平均宽度565m，堤防工程堤身填土材料主要为夹砂卵砾石的粉质壤土，堤基则直接位于厚度5-14m的砂卵砾石层之上，下伏红紫色白垩系上统灌口组粉砂质泥岩。堤身和堤基础均属于粗粒土料，并存在局部性渗漏稳定问题。

2 粗粒土控制灌浆修复加固施工

2.1 钻孔

本堤防工程粗粒土控制灌浆采用直径钻孔直径145mm的HM-90型风动潜孔钻机钻孔，并按照上下游排到中间排的次序施工。在钻孔时应严格控制风动潜孔钻机跟管钻进速度、角度及钻压，以保证砂卵砾石中钻进施工质量。通过双管单动钻具钻孔取芯，以保证芯样的采取率与完整率。

2.2 灌浆试验

本工程以钙基膨润土和P.O42.5R普通硅酸盐水泥为主要灌浆材料。套壳料强度控制应为灌浆施工重点控制方面，本项目主要将套壳料3d强度控制在0.3MPa，共进行十组套壳料配比试验，进行试验结果优选后选择(0.8-1.0):1的水胶比，并将浆液结石3d抗压强度控制在0.3-0.4MPa。

结合对可灌注性、粒径<0.1mm颗粒含量及透水性等方面的分析进行地层可灌注性判断，根据试验结果，水泥砂浆完全适用，试灌选用普通水泥浆液和膏状浆液[1]。普通水泥浆液水灰比按照2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1及0.4∶1等情况确定，其中最后一级对应膏状浆液。

2.3 套阀管下设及套壳料注入

终孔后进行钻孔质量验收，合格后下设直径89mm钢管所加工成的套阀管，其上花孔直径15mm，每环设置四个花孔，且任意两环距离为33cm，并应结合孔深进行套阀管长度的调整。通过注浆器从内套阀孔开始以泵送方式向套阀管外侧灌注套壳料，注料量控制在15.8L/m，且待孔口出浆后停止灌注套壳料，完成后凝结3d，再进行压水试验。

2.4 灌浆施工

类似工程堤身和地基砂卵砾石层可通过套阀管法、孔口封闭法、套管灌浆法等进行灌浆施工，考虑到套阀管法浆液消耗量少、成孔率高、施工过程可控，故本堤防工程拟采用套阀管法从下至上分段注浆，并采用纯压式注浆工艺。基岩段则进行由上至下的纯压式注浆。三排注浆孔均按照上游排→下游排→中间排的次序施工，排间再加密施灌。处于灌浆施工效率考虑，主要采用压力稳定、运行良好、额定注浆压力10MPa、最大排量207L/min的3-SNS型三缸往复式柱塞注浆泵，配套设备包括容积6200L、搅拌叶旋转速率高的强制高速制浆机以及设计容积600L、搅拌轴设计转速50r/min的集浆桶等。为保证浆液质量，同时还使用GJY-V11型多路注浆记录仪，采集灌浆数据并加强对注浆过程的全过程监控；选择包括上下两个高压膨胀塞所组成的直径75.12mm高压循环膨胀式注浆器，其中间为注浆花管，且长度可调，具有全管段密封良好、膨胀率高等技术优势。

2.4.1 灌浆段长及灌浆压力

为进行灌浆参数确定，在正式施工前选择砂卵砾石地层进行灌浆试验，水泥浆液通过套阀管注入，确保注浆量的基础上将灌浆段长确定为2.0m；基岩段灌浆段长分别采用2.0m和3.0m两种情况，当压水透水率不超过10Lu的情况下，可将两段灌浆段合并。

结合堤防工程高度及砂卵砾石地层实际深度，将试验段水头压力最大值确定为0.2MPa，并按照水头压力最大值的1.5倍进行安全系数的确定；按照0.3MPa的注浆压力起灌，注浆压力始终控制在1.0MPa以内，具体取值情况详见表1。

表1 灌浆压力控制情况

2.4.2 浆液变化

在注浆施工过程中，为确保防渗帷幕厚度、节省水泥浆液、严控注浆浆液扩散范围，必须保证浆液变化过程的合理性：在注浆压力即定且浆液灌注率减小时，或在浆液灌注率不变且注浆压力持续升高时，水固比应保持不变；若特定比级浆液灌注量超出600L或持续注浆时间超出1/2h以上，且灌浆压力和水泥浆液灌注率均保持不变时，应将水泥浆液浓度升高一级；浆液灌注速率应控制在30L/min以内，持续灌注时间应控制在1/2h以内，如果达不到，则应改为间歇灌注，且间歇注浆时间应不短于1/2h；注浆施工过程中若累计干料注入量超出1.0t/m，则应尽快采取间歇灌注及限流措施[2]。

灌浆结束标准依所使用的浆液类型而不同：在采用普通水泥浆液的情况下，若浆液灌注速率降至1.0L/min以下，则应在持续浇筑1/2h后结束该段注浆；在采用膏状浆液的情况下，基本达到不吸浆状态时便可结束注浆。由于本堤防工程注浆试验过程中并未使用膏状浆液，故只需按照普通水泥浆液灌注进行灌浆结束情况的判断。

3 灌浆效果检查

3.1 检查孔布置

结束灌浆后进行为期14d的待凝检查，并对检查孔进行钻孔取芯及注水试验，检查孔必须设置在帷幕中心地质条件复杂且对注浆施工质量影响较大的区域。检查孔主要通过地质钻机清水钻进，待凝结48h后进行后续施工。检查孔钻孔过程中，孔口管必须欠入原注浆孔注浆顶1.0m深，并待检查孔实际深度<原注浆孔终孔深度1.0m后结束，并按设计要求逐次段进行施工及注水试验。

3.2 注水及压水试验

采用常水头注水试验方式进行检查孔渗透试验。开始注水前按照5min时间间隔观测地下水情况，并待连续两次观测数据的差额不超出10cm时结束观测，地下水位结果以最后的观测值为准。检查孔注水试验从上至下分段展开，且结合该堤防工程地质条件，将试验段长确定为3-8m。

为确定该堤防工程注浆加固后地层所实际承受的水力破坏压力极限值，应对地层复杂处展开破坏性压水试验，并结合具体试验过程和结果确定水力渗透极限与压水压力之间的关系，以便为施工过程提供指导。

3.3 灌浆效果

结合压水试验结果进行该堤防工程示范点注浆前后地层透水率变动趋势分析，并据此进行注浆效果评价。根据各序次注浆孔注浆前透水率频次曲线、注浆前透水率均值及透水段数统计情况(图1)可以看出，随着注浆孔序的增加，透水率呈明显的递减趋势，Ⅱ序孔透水率均值比Ⅰ序孔透水率均值小25.9%，Ⅲ序孔透水率均值比Ⅱ序孔透水率均值小38.1%，这种各序孔注浆透水率递减趋势符合注浆施工质量控制实际[3]。

图1 各序次注浆孔注浆前透水率频次曲线

根据所进行的注入量、检查孔注水压水试验、透水率等试验成果，该堤防工程示范点粗粒土控制灌浆施工效果良好，且透水率和水泥浆液灌注量均表现为明显的递减趋势；各段次检查孔渗透系数也均不超出1.0×10-5-9.0×10-5cm/s的范围。

4 结 论

通过文章对具体堤防工程粗粒土控制灌浆施工过程的分析表明，套阀管注浆施工技术对于砂卵砾石地层控制灌浆较为适用，由下至上的纯压式分段注浆施工能保证水泥浆液顺利灌进粗粒土土层结构内，取得较好的渗透式控制注浆施工效果。堤防工程堤坝粗粒土中砂卵砾石土体粒径较大，故其注浆孔应当按照三排设置，且排距和注浆孔间距均应按照1.0m控制，并严格按照设计要求控制注浆压力，注浆施工效果良好。