粘土水泥膏浆在松散堆填土防渗固结工程中的应用

赵铁军 杨东升 陈冠军

（湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司 长沙市 410001）

粘土水泥膏浆在松散堆填土防渗固结工程中的应用

赵铁军 杨东升 陈冠军

（湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司 长沙市 410001）

文章以广西百色水库汪甸防护堤溃决修复为例， 介绍粘土水泥膏浆在松散堆填土工程中防渗的应用方法和效果，包括堆填体防渗固结灌浆的设计，并对灌浆效果进行了分析，可供类似工程借鉴。

粘土水泥膏浆 松散堆填土 防渗加固 可控灌浆

引言

在盖重较小或无盖重条件下， 完成防渗固结灌浆，常会出现大量的串浆、冒浆、难以起压、地层劈裂、浆液扩散距离难以控制[1～3]等一系列问题，严重影响灌浆工程质量。 粘土水泥膏浆粘度大，浆材颗粒不易分离，凝结速度可控[4]，采用较大灌浆压力将膏状浆液挤入地层，对于松软地层，可很好地将松散堆填土体挤压密实，28 d结石强度达2 MPa以上，使之满足防渗固结要求[5]。 粘土水泥膏浆广西百色水库汪甸防护堤决口段修复工程的封堵体防渗帷幕灌浆工程中取得了良好的效果， 本文以该工程为例介绍粘土水泥膏浆在松散堆填土防渗固结灌浆工程中的应用。

1 场地地质条件

广西百色水库汪甸防护堤位于百色市乐里河黄兰村段，堤坝全长1 182.9 m，堤顶宽约3.5 m，堤顶高程229.5 m（地面高程220 m～231 m）。河水位长期居于224 m左右，最高水位达228 m。其中在（桩号）2+478～2+428之间有部分坝段因洪水原因决堤，决堤段后重新填筑，采用填筑材料为底部主要大块石，上部填筑土夹石（强风化灰岩以及粘土）堆填而成。原坝体填筑材料为上部黏土，下部为原始砂卵石，块石。结构松散，但无架空现象，局部泥质胶结，底部漂卵石含泥量较少，漂石分布不均一。对决口段以及延伸部分进行先导孔注水试验。结果显示，其岩芯较为松散，透水量均大于泵量（最大泵量为30 L/min），渗透系数大于1.0×10-4cm/s。

决堤段填筑后的坝体需要进行防渗加固处理，并向决口两端延伸各10 m进行灌浆处理。

2 堆填体防渗固结灌浆设计

2.1 钻孔布置

根据设计要求， 对决堤段堆填体进行防渗固结处理，防渗固结灌浆孔沿堤顶轴线纵向布置，共布置三排孔，内侧排、外侧排、中间排，排距1.0 m，孔间距1.5 m，呈梅花形布置。 如图1所示。

图1 孔位布置图

2.2 灌浆材料

内侧排和外侧排采用黏土水泥膏浆灌注，中间排采用双液灌注。（本文仅讨论内侧排和外侧排采用黏土水泥膏浆）

水泥采用复合硅酸盐水泥，强度等级为32.5。膨润土采用马山荣兴牌。

HY-1：采用本公司专有的一种添加剂，添加少量的HY-1外加剂，以提高水泥粘土膏浆的性能，实现浆材基本不发生析水；在动水条件下，浆液具有不分散、不易被水冲释的性能。

水玻璃：在本材料中水玻璃作为速凝剂使用。

经过室内试验研究以及结合现场试验，本工程黏土水泥膏浆的配比以及性能如表1所示。

表1 浆材配比性能表

2.3 灌浆主要技术要求

2.3.1 施工分序

为了达到较好的施工质量，本工程进行分排施工；先外侧排，再内侧排，最后中间排；各排进行分序进行施工，每排孔分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔，先施工Ⅰ序孔,后施工Ⅱ序孔，最后施工Ⅲ序孔。

2.3.2 钻孔方法

钻孔开孔直径为Φ91、110或Φ130 mm，终孔孔径不小于Φ91 mm，采用200型地质回转钻机、金刚石钻头，泥浆护壁、跟管钻进。

2.3.3 帷幕深度与灌浆方法

帷幕顶的高程229.5 m，帷幕底深入基岩1.0 m。

在钻孔钻进至基岩1 m后，将灌浆管下至离钻孔底部进行灌浆管与钻孔周围的封堵，封堵材料采用粉砂或者粉质黏土，分层压实，封孔后将灌浆管提升0.5 m左右，以防止灌浆管出浆口堵塞。

2.3.4 灌浆压力与灌浆量的控制标准

（1）本工程内排侧和外排侧灌注浆液为粘土水泥膏浆，浆液稠度较大，流动度相对较低，灌浆质量在很大程度上取决于灌浆压力与灌浆量的控制，灌入压力太大，会造成浆液的无效扩散以及不必要的能量损失；灌浆压力太小，灌浆浆液达不到挤压的作用，会造成灌浆浆液扩散距离以及周围岩土体空隙不能得到充分填充。根据现场试验性灌浆施工确定灌浆压力与灌浆量的控制标准如表2所示。

表2 灌浆压力与灌浆量的控制标准

（2）结束标准：当压力表达到设定压力下限时，单位注入量达最大注入量时，可以结束本段注浆；

当压力表达到设定压力上限时，单位注入量达到最小注入量时，可以结束本段注浆。

当单位注入量达1 500 L／m，而灌浆压力达不到设定压力的下限值时，应增加速凝剂添加量，同时查明原因，直至达到下限压力。

2.3.5 特殊情况处理

本次防护堤施工堤顶较窄，堤坡面较陡，当注浆管上提到距离地表在5 m以内时，适当减少每段注浆量和降低灌浆压力。

灌浆开始时，常常会因为灌浆管壁与孔壁之间的孔隙为完全填充密实，会出现孔口冒浆的现象。此时采用低压力，将膏浆采用缓缓压入孔内，并直至孔口冒浆，待凝30 min后开始灌浆。这时孔壁与灌浆管之间充满了膏浆浆液，待凝使之强度升高，可以形成很好的封闭体，可以成功实现自下而上分段灌浆。

在灌浆过程中，如果在孔周及地面出现冒浆现象，采取待凝（10～30）min后复灌，或加浓配比，直到孔周不再冒浆和不出现新的冒浆点后恢复正常灌浆。

灌浆过程中如孔周出现轻微抬动或地面开裂迹象，但孔周边未出现冒浆。出现抬动后，采取减少流量，降低压力或采取待凝（20～30）min后复灌，地表变形不再变化后恢复正常灌浆。

因为存在水头差，在河水位以下存在动水。在灌浆过程中，发现堤后农田中有冒浆、涌水变浑现象，采取增加浆液稠度，增加注浆量，直至不冒浆或涌水变清。

3 防渗固结灌浆效果分析

以内侧排为例进行分析，根据灌浆资料显示，内排侧I序灌浆孔平均灌浆量大于900 L/m；II序孔灌浆量均量约为 750 L/m；III序孔灌浆量均量约为500 L/m。从上述数据可以看出，II序孔的单位耗浆量小于I序孔，II序孔的单耗为I序孔的83%；III序孔单位耗浆量相对I序孔大大减少，III序孔单位耗浆量约为I序孔的53%。可以知道，粘土水泥膏浆可以较大程度地挤压松散地层，从而大幅度而提高地基密度。

检查孔注水试验结果显示：在未决口段，黏土层透水率较小，其渗透系数均小于3.0×10-5cm/s，透水率较小；在砂卵石以及块石分布段，透水率稍大，最大达到4.9×10-5cm/s。在决口段，填筑土夹石部分，透水率与未决口段黏土部分类似；底层砂卵石与块石部分其渗透系数在砂卵石部分相对较大，最大处其渗透系数均小于4.73×10-5cm/s；但均小于设计标准5.0×10-5cm/s。

4 总结与建议

（1）黏土水泥膏浆造价便宜，环保可靠，强度可以满足一般防渗要求。在松软岩土体中，粘土水泥膏浆在松软地层中的挤密作用明显，可以大幅度地提高地基的密实性。

（2）黏土水泥膏浆粘度大，流动度较小，浆材颗粒不易分散，凝结时间可控，在松散填土层充填空隙以及在有动水的条件下使用可快速形成有效的挡水帷幕。

（3）黏土水泥膏浆粘度大，浆液不易分散，难以进入细小的孔隙，在高灌浆压力作用可能会抬动地层。建议在松软地层中灌浆施工时，使用黏土水泥膏浆在外围形成包围圈，再内部使用粘度较低，颗粒较小的浆材进行补强，两种浆材相互作用，共同形成挡水帷幕。

[1]任臻，刘万兴.灌浆的机理与分类[J].工程勘察，1992，（2）：11-14.

[2]程鉴基.灌浆技术在软土地基处理中的综合应用［J］.岩土工程学报，1994，5（9）：89-93.

[3]郑成波，张利生.水岩作用在软土地基及防渗加固处理中的应用与展望[J].岩土工程界，2005，8（8）：35-37.

[4]张贵金，杨松林，陈安重，张群.适应深厚复杂岩土层防渗灌浆的可控性黏土水泥稳定浆材及快速配制[J].岩石力学与工程学报，2012，31（增1）：3428-3436.

[5]张贵金，杨东升，梁经纬，等.粘土水泥复合浆材强度研究[J].水利水电技术，2015，46（1）：20-24.

2016-12-26）

赵铁军（1967-），男，湖南衡阳人，工程师，从事岩土工程基础处理施工。