压力循环式灌浆在南运河坝体防渗工程中的应用

赵光明,尹永红,孔淑芹

(1.沧州水利勘测设计院,河北 沧州 061000;2.河北工程技术高等专科学校 水利工程系,河北 沧州 061001)

1 工程概况

南运河是河北省的主要行洪河道,又是引黄济津输水工程的主干线,担负着重要的输水任务。

引黄济津期间持续高水位的运行,致使南运河沧州市城区段部分堤段出现渗水现象,大堤外脚甚至出现管涌。大堤渗漏造成堤后居民家中地面渗水,城区路面泥泞不堪,难以行走,给群众生产生活带来诸多不便。由于受渗水影响,使紧邻运河的南湖公园的草坪大面积枯萎,使大棚菜田及部分农田积水达 40 cm,农作物严重减产。为了防止渗漏灾害继续危害人民群众的生产、生活,在2003年、2004年引黄济津输水后,沧州市水务局对南运河沧州市城区部分堤段进行了防渗加固处理。

2 防渗加固施工方案设计

2.1 渗漏原因分析

南运河沧州市城区部分渗水较严重的堤段分别为：王希鲁至红孩儿口右堤段、王希鲁段右堤、南川楼右堤段、季家院至白家口段左岸、四合街至新华桥右堤段。

通过对以上堤段进行工程地质勘察,查明了各堤段地层结构、岩土特性、地下水埋藏条件等,为查清地层渗水情况,提供了所需的有关参数。

地质勘探结果显示：场地土类别为中软土,第一层均为人工压实的筑堤填土,密实度大,渗透系数较小,为微弱透水层,渗漏极其微弱;向下的其它堤基土层均为第四系松散沉积物,密实度相对第一层要小,渗透系数较大,并且均有较强透水层的存在;层底埋深10.5～14.6 m以上的透水层,是形成地下水上浸的主要原因。

从渗漏堤段的地形特点分析,堤外居民区、公园、菜田、化工厂区等地势均较低,引黄济津输水期间,南运河内水位偏高,个别堤段河中水位比堤外地面高出2～3 m。输水期间随着河内水位的升高和时间的延续,受堤外地下水位的顶托,堤身内的浸润线逐步形成并不断抬高,堤后地面高程低且地下水位较高,堤体内的渗入量大于堤外地下水的入渗量,渗流曲线逐渐接近地面,造成堤后低洼地段形成泥托,甚至出现渗水现象。

2.2 防渗加固措施选择

南运河大堤历史悠久,市区段又是至关重要的堤防工程,工程处理措施应考虑各堤段的实际情况。南川楼右堤、季家院至白家口段、四合街段至新华桥段均位于居民区,同时运河大堤又是当地居民出行的主要交通道路,堤外房屋距堤顶较近,地形较复杂,施工场地较狭窄。其中四合街堤顶两侧有许多树木,南川楼段河堤位于弯道处;王希鲁至红孩儿口位于交通要道,路边多房屋和树木。

考虑到南运河堤防沧州市区段地形的复杂性和大堤的安全稳定性,为避免工程施工对周边建筑物的破坏,结合已有的堤防灌浆防渗处理经验与成效,经过进行方案比较,确定采用压力循环式粘土灌浆方案。

压力循环式粘土灌浆与常用的“大开膛”重新回填和建造混凝土防渗墙等方法相比,具有工程量小、设备和技术要求简单、投资少、易于就地取材等优点。与劈裂灌浆相比,压力循环式粘土灌浆压力较小,可避免堤防的开裂,保证了坝体的可灌性。在施工方案的设计中参照纯压充填灌浆与循环劈裂灌浆的孔口压力及灌浆量,取适当的设计参数,既能使大堤的渗漏得到妥善的处理,又能避免对于大堤安全稳定的影响。

2.3 施工方案设计

2.3.1 灌浆孔的布设

钻探资料显示各堤段相对透水层的埋深、厚度均不同,故灌浆孔深度亦应不同。灌浆深度范围为堤顶至相对隔水层,孔深为堤顶至相对隔水层以上 0.5 m,一般为 10～14 m不等。

灌浆范围为各渗漏堤段约200 m范围内。灌浆孔布置在距内坡肩2.0 m处,个别情况复杂的堤段可适当调整。灌浆孔孔径 10.8 cm,采用顺堤轴线双排梅花形交错布置,孔距为3.0 m,排距为2.0 m。

2.3.2 制浆土料与浆液

施工中采用专用机械制浆,浆液各项指标按设计要求控制,灌浆过程中浆液容重和吃浆量每小时测定 1次并记录,浆液的稳定性10天测1次。灌浆土料以粘性土为主(灌浆土料的指标控制见表1),浆液容重为1.3～1.6 t/m3。灌浆过程中以吃浆量的变化调整浆液容重,吃浆量大时增大浆液容重,反之降低浆液容重。浆液的物理力学性能见表2。

表1 灌浆土料指标%

表2 浆液物理力学性能

2.3.3 施工要求

(1)设计灌浆压力为 0.03～0.3 MPa,应由小到大逐级增加,同时,浆液应由稀到浓,根据灌浆孔的吃浆情况逐渐调整。

(2)灌浆孔按设计布孔,孔位误差不大于0.3 m;钻孔应保证铅直,倾斜度不得大于孔深的2%[1]。成孔后应及时打入护壁管,距孔底1.5 m处,然后下入注浆管。灌浆孔的灌浆顺序是从灌浆段的一端开始,按布孔顺序依次灌浆至终点后,再从第二排依次灌浆。灌浆时上部封孔应严密。

(3)灌浆时应注意先灌上游排孔以堵塞上游漏水通道或其他隐患,再灌下游排孔。应先对第一序孔轮灌,采用“少灌多复”[1]的方法以加速浆液在坝体中的析水固结,待第一序孔灌浆结束后,再进行第二序孔。两次灌浆时间间隔为 15～20 h,第一次复灌和第二次复灌间隔为 30～40 h。灌浆时应避免坝面出现裂缝、位移或影响附近建筑物的安全。

(4)浆液循环中,要求从灌浆泵排出的浆液进入灌浆孔后,一部分通过压力进入堤体,剩余部分通过回浆管返回到浆桶,与新浆混合循环使用。必须同时测量进浆管和回浆管的流量,以便正确地记录进浆量。

(5)以最大灌浆压力作为结束灌浆标准：在最大灌浆压力下,灌浆段停止进浆,或吃浆量小于1～2 L/m,并持续 15～30 min后,可以结束该段灌浆。

(6)灌浆时若堤顶和堤坡冒浆,应立即停灌,挖开冒浆出口,用粘性土料回填夯实。若孔口周围冒浆可采用压砂处理,而后继续灌浆。当第一序孔灌浆时,发现相邻孔串浆,应加强观测、分析,若确认对堤体安全无影响,可用木塞堵住串浆孔,然后继续灌浆。

(7)当每孔灌完后,待孔周围浆液不再流动固结后,灌入较稠的浆液;当浆液析水后,用直径 2～3 cm、含水量适中的粘土球分层回填捣实;最后用 C20混凝土堵灌浆孔,以恢复路面。

(8)鉴于南运河大堤在城区堤防中的重要性,在施工前选择合适的堤段进行灌浆试验,以对不同土层及堤段进行可灌性分析,对施工工艺、灌浆方法、压力控制、复灌次数及间隔、泥浆比重等作出较为科学的分析,积累施工经验,以指导大堤的全面灌浆工作。

3 结语

该工程竣工后,经开挖检测坑检测,灌浆后渗漏堤段的坝体渗透性极其微弱,达到了预期效果,消除了南运河沧州市区部分堤段的安全隐患。经过几年来的输水运行,灌浆堤段达到了工程整治的预期效果,确保了引水的安全运行,并使遭受渗水影响的单位和居民恢复了正常的生产、工作和生活秩序,经济效益和社会效益显著。

[1]SD 266-88,土坝坝体灌浆技术规范 [S].

[2]SL 260-98,堤防工程施工规范 [S].

[3]岳景哲.劈裂灌浆技术在杨城子水库大坝加固工程中的实践与探索[J].水利规划与设计,2010,(6)：69-71.