高压灌浆在浆砌石砌体防渗加固中的应用

孙洪滨

（江苏省灌溉总渠管理处 淮安 223200） 潘俊青 李淮东（江苏省淮沭新河管理处 淮安 223005）

1 工程概况

柴米闸位于江苏省沭阳县淮沭河东堤上，主要功能为排泄六塘河以下淮沭河滩地区间涝水以及新沂河偏泓闸以上直至总沭河流域的桃汛；设计流量300m3/s，校核流量352 m3/s。共9孔，每孔净宽4m，岸墙为钢筋混凝土和浆砌块石组合的重力式结构，前墙为1m厚的钢筋混凝土直墙兼做边墩，后墙为斜坡式扶壁，用浆砌石砌筑（见图1）。建成于特殊历史时期的1961年，由于当时物质资源匮乏，水泥用量少，代用材料多，加之对施工工艺的大胆“革新”，因此，在施工质量上存在着先天不足的缺憾。竣工验收不久即发现，混凝土施工质量差、冒水孔堵塞、消力池斜坡混凝土出现大片剥落、门槽不在直线上、侧滚轮轨道不平、启闭能力不足等一系列问题。

1991年分淮入沂行洪时，闸上水位9.83m时岸墙侧墙（路堤一级挡土墙）下游面石缝出现渗水现象，水位11.02m时渗漏加剧并多为压力水，渗流量：左岸为30L/min，右岸为40 L/min；汛后采取岸墙后增做地下连续墙防渗、翼墙上游面水上部分用防水砂浆勾缝、水上部分伸缩缝化学灌浆、土堤灌浆等一系列措施，以期达到防渗截渗的目的。

1998年8月闸上又一次发生高水位，闸上水位9.83m，1991年渗水位置再次出现渗漏，水位降至9.58m时渗漏停止。2003年，淮沭河再次分洪，且长达25天之久，7月10日8时闸上水位9.9m，下游左侧有7处渗水，右侧有9处渗水；18日凌晨闸上水位12.07m，下游左侧渗水32处，渗流量48.4L/min，右侧渗水38处，渗流量达85.1L/min。

根据上述情况分析，渗水位置在岸墙侧墙部位，且渗出为清水，即使大堤土质较差，但1994年已增做了地下连续墙，不会有渗水通道，唯一通道可能来自于岸墙内部，因浆砌块石施工质量差，内部空穴形成渗水通道。特别是岸墙，每侧砌体约600m3，为名副其实的“重力式”，且直墙浇筑在前，浆砌石砌筑在后，在垂直面上挂浆更是不容易密实。因此，渗水通道应当是来自这一庞大砌体内部。

该次防渗加固指导思想是外封内堵。封，是对上下游侧所有伸缩缝止水填料进行清理更新，剔除浆砌块石表面勾缝砂浆，钻孔锚筋，用φ12@20×20cm钢筋网片连成整体，外浇15cmC25混凝土贴面，在混凝土分缝处，新做膨胀橡胶止水；堵，便是在上下游侧墙顶部钻孔，深度直至底板，用压力灌注水泥净浆，使水泥浆尽量填满块石的间隙，形成一道有效的防渗墙。

2 灌浆孔布置及施工工艺

2.1 注浆孔布置

根据现场情况，注浆孔布置在上下游侧墙盖顶上，孔底高程5m，孔距1m，边孔距岸墙外缘不小于60cm（见图2），使用127合金钻头，注浆孔直径为127mm.

2.2 注浆设备

2.2.1 灌浆机械

2台压浆机，1台为双柱塞泥浆泵，功率7.5kW，压力0.4～0.6MPa，在出浆口加三通闸阀控制压力；1台为柔轮式压浆机，功率4.0kW，最大压力亦可达0.6MPa，靠变速来调整压力。

图2 灌浆孔布置

2.2.2 制浆机械

容量0.3m3、0.15m3砂浆搅拌机各1台及储浆桶、水泵、储水箱等。

2.2.3 注浆管

注浆管为现场新置的Dg25无缝镀锌钢管，用束节三通丝接；底部1m为“花管”，是在注浆管圆周上分布3排孔眼，间距20cm，成梅花状，孔眼直径6mm；上部安装控制阀，以调整进浆量，阀上用25～40号异径三通连接1.5英寸进浆管，压浆机出浆管亦为40mm，用50mm高压软管连接进浆管，形成供浆总管，用卡口和铅丝双重紧固；灌浆机压力表量程为0～0.25MPa，经校验后，装于供浆总管前部。

2.3 工艺流程

2.3.1 清孔

先在钻孔中捞取沉渣，再用高压水流冲洗孔壁，清除孔壁石粉，便于浆液的流通，清孔后停顿12h再灌浆，使钻孔中水体有充分时间渗入地下，尽可能减少砌体缝隙内积水。

2.3.2 注浆管安装与密封

注浆管每组6孔，使用2台压浆机同时注浆，1号机灌注奇数孔，2号孔灌注偶数孔（见图3），每孔进浆管路均加闸阀控制。

为避免或减少灌浆过程中压能的逸耗，保证浆液能够得到充分的压送，应对灌砌体、注浆孔口密封。在岸、翼墙外侧用钢筋混凝土挂面进行封闭；注浆孔四周φ400cm范围内用手持砂轮机磨平表面，孔周按钢压盖螺孔位置精确定位，用电锤钻孔埋入4根M10膨胀螺栓，下垫6mm橡胶密封垫圈，加10mm钢压板紧固；钢压板经过精加工处理，外径350mm，中间穿25mm注浆管，孔洞间隙不大于300μm，在R60以内钻一φ6气孔，内攻丝牙，以便闭孔增压。鉴于柴米闸岸墙砌体空隙率较大，上下游侧墙注浆孔已一步到位，为防止上下游孔洞窜通，在上游组压浆之前对下游注浆孔同时用钢压板密封，以减少压能的损耗。

图3 注浆管安装示意图

2.3.3 浆液调制

a.浆液稠度的确定。灌浆的水泥掺入量低，流动性好，易于填充细小缝隙，但对于较大缝隙甚至于空洞来说，则水分析出水泥硬化，将再次出现空隙。经现场对比试验，选用水泥掺入量为50%的浆液灌注。

b.外加剂的使用。灌注水泥浆，每组连续工作时间不会少于8h，而水泥的初凝时间仅2h45min，为保证前后灌注的浆液相互流动，掺入水泥用量0.50%的木素磺酸钙缓凝剂。从两岸上游组灌浆结果来看，连续工作时间都在8h左右，注浆管起拔以后，管壁浆液还具有相当的流动性。

c.浆液拌制。水泥净浆用砂浆机进行搅拌，缓凝剂及水泥搅拌时间不少于2min，通过滤网倾放到储浆桶中待灌，桶内浆液由专人搅动，防止沉淀和离析。浆液必须随配随灌，在桶内静置时间不大于10min，每一台班制浆水泥储备必须大于消耗量，以确保不间断施工。

2.3.4 压力灌浆。

a.封闭出气孔和持压时间的控制。注浆孔分布在上下游左右岸侧墙盖顶上，按自然地形分配，为独立的4组，每组6孔。采用2台灌浆机同时灌注，每台泵控制3孔，按先上游后下游的顺序进行。当灌浆压力达到0.06～0.08MPa时，个别孔气孔开始排气，并拌有清水及大量气泡排出，待空气排尽溢冒水泥浆时再封闭气孔增压；这时压力会迅速上升，由于压盖胶垫与混凝土面不是绝对密闭的，浆液会从压盖下冒出；待同一台机控制的注浆孔全部冒浆时，应关机持压一段时间，让孔内浆液充分渗透延伸，一般持压15min左右再继续加压，如此反复停顿，直至持压后一开机压盖下立即冒液，便停止灌注。由于柴米闸砌体缝隙太大，孔距只有1m，孔间有通道，则采取2台机轮换停顿持压、加压。

b.在压浆过程中，要注意现场情况的变化。从4组注浆孔实灌情况来看，上游右岸一组周边密封最好，除孔周略有冒浆外，侧墙四周均未发现漏溢，尤其是19号孔，孔口一直不冒浆，采用单孔加压至0.2MPa压浆机反应已经不吸浆，随即停止灌注。经拆除密封测量孔口（15.0m高程）至液面距离均在10～20cm。核查灌入水泥24t；下游右岸灌注压力0.1MPa，经停顿持压轮灌后停机，灌入水泥10t。经检查，扶垛以外墙面均已封闭，浆液经混凝土面层后侧石缝中窜过伸缩缝填料至二级墙面中溢出，并在扶垛内外石缝渗出清水；上游左岸侧墙的质量最差，灌注时跑冒浆现象严重。灌注压力达0.07 MPa时，有10多处冒出压力浆，经反复停顿加压到=0.09 MPa时，因冒浆停机不再续灌，该组共耗水泥27.65t。拆除密封检查液面高度，发现有3孔液面距侧墙顶部分别为146cm、370cm和155cm，为此，决定这3孔不先封孔，待下游灌注时进行复灌；下游左岸灌浆一开始，出现异常，注浆不久，压力突然上升到0.25 MPa，并造成供浆软管爆裂。随即停机检查发现，上游侧灌浆时，下游孔底已经窜入大量水泥浆，并封堵了“花管”孔眼，浆液无法流通，是造成压力增大的主要原因。随将“花管”上移1m重新安装灌注，压力达到0.08MPa时因多处冒浆无法封堵、停机。经检查液面距侧墙顶部最大135cm、最小70cm。

c.复灌。对上游左侧复灌时检查发现，有一孔在盖顶底部有一拳头大空洞，伸缩缝后及封顶砌石底部漏浆均系从此处溢出。复灌浆液0.28m3时，压力达0.06MPa，侧墙盖顶四周再次冒浆，说明注浆孔壁已经被灰浆封闭，停机撤管。对下游侧进行补灌时，发现液面已经普遍下降，有2孔边灌边耗，经检查在二级挡墙扶垛以北的盖顶下存在一漏浆通道。2.3.5 安全监视

对于建筑物的压力灌浆，尚无可供借鉴的资料，在施工期间墙前无水，岸墙后用2台机具同时施工，等于在墙后人为加载，有可能影响到建筑物的安全。在灌浆过程中，密切注意压力变化，底板部位有专人监视，岸翼墙分缝顶部骑缝划线监视水平位移，并侧重注意分缝处勾缝砂浆。若产生位移或外倾时嵌缝砂浆应首先开裂。通过监视，发现多处历史施工及后续施工的缺陷，主要是施工缝未处理好而导致在压力作用下渗水。

右岸边墩及上游翼墙与底板交接处开灌4h后，压力达到0.1MPa时开始局部渗水，以检修门槽下游侧内角较为明显，可见微流；在底板以上第二排翼墙混凝土贴面螺栓孔渗水，均为清水；胸墙底部与边墩交接处有16处渗水，最大点沿闸门止水预埋铁下滴水，滴速3滴/s，该处渗出的液体微黄，可能是缓凝剂染色所致，8h以后瞬间压力曾高达0.2MPa，上游翼墙于分缝上游侧12.16m高程处该次施工的钢筋混凝土贴面施工缝渗水，长度约80cm。

左岸在灌浆过程中仅在上游翼墙根部及8.5m高程左右检修门槽及上游侧墩墙出现渗水，以门槽侧面为重，其他部位均未见异常。

从渗水由下而上的时间顺序来看。符合浆液填充的顺序规律，“花管”高程在5.5～6.7m之间，灌浆压力经“花管”输出，始灌初期因空隙较大，压力不足以压出渗水，待底部空隙逐步充满浆液，在重力作用下，水泥开始沉淀，部分水分在墙后被土壤吸收，墙前则从薄弱的施工缝微小缝隙中渗出；随着浆液从下向上充填，水分分别由下而上泌渗。

3 渗流通道分析与灌浆效果评价

3.1 浆砌石砌体本身具有一定的透水性

经钻孔冷却水检验，上游翼墙墙面石缝普遍漏水，几乎涵盖9.0m高程以下全部墙面（见图4），说明浆砌石具有明显的透水性。通过加压灌浆发现，压力浆液的充填孔道与冷却水渗透通道基本一致，浆液填充可以起到截断渗流通道的目的。

图4 9.0m高程以下墙面漏水情形

3.2 岸墙砌体与混凝土直墙不是绝对的整体

组合式岸墙与上下游侧墙置于同一块底板上，设计图（无竣工图）反映三者为一整体，但施工中对直墙与砌体间进行分缝，从现场可见仅为两层油毡，砌体与油毡面接触无法填充砂浆，先天性留下一条渗水通道；在下游组灌浆前检查发现右岸3孔底部有沉浆，浆厚10～20cm，左岸4孔有沉浆，且沉浆厚度在60～80cm，上下游孔间距离约17m，说明在岸墙庞大的砌体内部存在较大的通道；从灌浆量情况来看，右岸上游耗水泥24t，下游10t；左岸上游灌水泥27.65t，下游12t，因为上游先灌，大部分孔隙已被水泥浆充填，而灌浆的目的，就是要求从上游截断渗流孔道。

3.3 对岸、翼墙伸缩缝止水的疑问

原设计采用属于低分子材料的“油毛毡松香柏油卷”止水，寿命周期要远远低于混凝土，经40余年老化，早已失去止水作用，伸缩缝便成为渗流的最短路径，直接进入砌体，从下游墙面缝隙中渗出。本次加固中对所有垂直止水均更新为膨胀橡胶止水，经压力灌浆考验，未见有漏渗。但是浆液还是经膨胀止水后方窜入翼墙砌体，新止水与混凝土贴面共同起到封闭作用，加上灌浆处理，达到了外封内堵的目的。

3.4 从16～18号孔复灌看灌浆效果。

左岸上游16～18号孔，灌后测量液面，发现均低于其他浆孔，尤其是17号孔，深达370cm，准备第2日进行复灌，复灌前液面进一步下降；经加压至0.06MPa已不再吸浆，在理论上讲孔壁空隙已被浆液堵塞，但从3孔液面变化可以作如下结论：

a.16号孔液面经24h由146 cm下降到195 cm，浆液已经硬化，因钻孔距墙前土层仅50cm，在停灌后孔壁缝隙浆液尚未固化，水分经孔隙渗出被土壤吸收，但硬化的浆液面已经达到13.05m高程。

b.17号及18号孔浆液的固化面虽然有50cm差异，但水面高程均在11.2m左右，说明在这高程以下不再有空隙，在起管时注浆管上部近孔口段残留浆液稠度较大，在垂直状态下，几近静止，而愈往浆管下部，残留浆液流动性愈大，因此在压灌过程中，砌体内部压力不是均匀分布的，管底压力大于上部，浆液经空隙流通，部分浆液在上部墙后大体积的孔隙中阻滞，有提前沉淀的可能。

4 几点体会

a.浆砌石砌体灌浆第一关键是密封，只有在封闭的条件下，压力才能上升，否则难以取得灌浆效果。灌浆前对砌体表面和伸缩缝已经进行封闭，但对于细部缝隙的处理还存在不少问题：ⓐ砌体与混凝土盖顶之间存在着较大的缝隙；ⓑ上下游侧墙间距17m，一级挡土墙全部（6.7m）及二级挡土墙至扶垛2m处外墙均已封闭，始未料及的浆液会经封闭层内部缝隙向二级墙盖顶以下墙面外溢。

b.严格掌握压力和浆液稠度：ⓐ压力控制在0.15MPa以内，瞬时增加可以到0.2MPa，有利于浆液充分延伸，但时间不宜太长，可以采取持压（0.15MP以内）轮灌等；ⓑ浆砌石砌体压力灌注水泥净浆，水泥掺量不宜太少，有利于较大孔隙的充填；ⓒ如需对砌体进行复灌时，应待已灌浆液强度达到5MPa以上时，重新布钻新孔压灌。

c.通过灌浆以后，岸、翼墙垂直伸缩缝已填满浆液，伸缩缝有可能失去作用。不过柴米闸已经建成40余年，沉降已经稳定。■