锥探灌浆在堤防加固工程中的应用实践探讨

张文扩

一、工程概况

洪汝河流域北毗沙颍河，南临淮河干流，西接长江流域唐白河水系，发源于河南省伏牛山区，是淮河北岸跨豫、皖两省的主要骨干排水河道。大洪河下游河道中段是洪汝河下游大洪河河道的一部分，位于阜南境内。现有堤防堤身主要由低液限粘土夹低液限粉土组成，堤防填筑土干密度均值为1.47～1.57g/cm3。由于部分堤段土料混杂、填筑均匀性差、碾压不实及存有动物洞穴、清基不彻底等原因，堤身渗透系数较大，局部堤段汛期堤后曾出现渗水现象，需对其采取灌浆等加固处理措施。根据设计文件采用充填灌浆防渗加固处理方案，灌浆孔的孔距为1.7m，灌浆孔沿堤线方向呈梅花形布置4排，排距为1.5m，孔深5.6～6m，孔径一般为30～50mm，制浆土料用粉质粘土或重粉质壤土，孔底高程按入堤基0.5m。

二、灌浆试验

试验的目的是通过灌浆试验验证和调整灌浆参数：检验灌浆的土料和浆液的性能，确定灌浆压力，确定每米孔深每次灌浆量，确定复灌次数和复灌间隔时间等参数，进一步完善和熟练灌浆施工工艺，从而为堤防全面灌浆施工提供合理的依据。

1.灌浆土料

灌浆土料选用成浆率较高、体缩率较小、稳定性较好的粘土或粉土。土料试验包括颗粒分析、有机质含量、可溶盐含量等。其性能指标：塑性指数10～25，粘粒含量20%～45%，粉粒含量40%～70%，砂粒含量小于10%，有机质含量小于2%，可溶盐含量小于8%。

灌浆浆液试验内容包括：密度、粘度、稳定性、胶体率及失水量等。浆液物理力学性能：密度1.3～1.6t/m3，粘度（S）30～100，稳定性小于0.1g/cm3，胶体率大于80%，失水量10～30mL/30min。

灌浆施工前，对灌浆所用的土料和浆液进行试验，土料性能指标和浆液物理力学性能指标均满足设计及规范要求，料场的土料能满足灌浆的要求，可以作为灌浆料源。

2.生产性灌浆试验

根据现场情况和施工安排，灌浆施工前，选择代表性的堤段进行生产性灌浆试验。试验孔为12孔，分为二组，每组各6孔，按设计的孔距3.4m(一序孔)、孔深6m钻孔。灌浆采用全孔一次灌浆法，浆液密度在1.30～1.5g/cm3之间,按两次灌浆间隔时间5天和间隔3天的两种方案进行试验。灌浆试验数据见表1。

通过灌浆试验数据统计分析，随着灌浆次数的增加，堤身吃浆量逐渐减少。初灌时间为40～42min，一复为12～13min，二复为2～3min，三复不到1min。复灌间隔时间5天平均纯灌时间为57.6min，每米灌浆量为0.317m3；复灌间隔时间3天平均纯灌时间为56.4min，每米灌浆量为0.31m3，两种方案的吃浆量变化不大。

根据工程施工处于春季，大堤干燥、堤身含水率较低，以及大堤土质等情况综合分析确定灌浆参数如下：两次灌浆间隔时间不少于3天，灌浆次数3～4次，灌浆压力控制40～50kPa，浆液密度在1.3～1.5g/cm3之间，正常灌浆时在1.45g/cm3左右,用密度大于1.5g/cm3的浓浆封孔。

三、灌浆施工

1.布孔

布孔以堤轴线为基准，按设计的孔距、排距布孔，孔位呈梅花型布置。排距1.5m，孔距1.7m，先疏后密分二序布孔。

表1 灌浆试验数据统计表

2.钻孔

钻孔按设计序次，分序进行，分二序作业。一序孔孔距3.4m，二序孔孔距为1.7m。采用干法造孔，不得用清水循环钻孔。钻孔孔位偏差不大于10cm，钻孔偏斜率不大于2%，孔径为40mm，孔深按设计要求，深度超过隐患深度不小于1m。造孔时详细记录造孔的过程，做好钻孔记录。待第一序孔灌浆完成后，再进行第二序孔的造孔。

3.制浆

采用专用机械WJ80型联合搅拌机制浆。根据设计和试验确定泥浆容重1.3～1.5g/cm3和“先稀后浓”的用浆要求，将水、土料按试验确定的比例匀速添加，搅拌应均匀, 控制浆液指标和泥浆比重在设计范围内。成浆后第一次过滤筛清除大颗粒和杂物，灌浆前通过36孔/cm2过滤筛过滤。储浆筒设自动搅拌装置，应确保浆液无沉淀，保障浆液连续均匀供应。浆液各项指标应按设计要求控制，灌浆过程中浆液密度每小时检测一次，并作记录。浆液的稳定性和胶体率每10天检测一次，如浆料发生变化，应随时加测。

4.灌浆

采用孔底注浆，全孔一次灌浆法。灌浆施工按分序加密的原则进行，分二序施工，先灌迎水侧排孔，再灌背水侧排孔，最后灌中间排孔。采用“先稀后浓”“少灌多复”的方法，灌浆开始先用稀浆（密度1.3g/cm3），后用浓浆（密度1.45g/cm3）进行灌注，根据灌浆过程的需要随时调整浆液比重，并作好详细记录。每孔每次最大灌浆量应按设计要求控制，灌浆时必须一次灌满，每孔灌浆次数3～4次，两次灌浆间隔时间不少于3天，灌浆时孔口压力控制在40～50kPa左右。灌浆量采用泥浆泵流量表进行控制，每孔每米每次吃浆可为0.3m3/m左右，若已有洞穴很大，可适当增加灌浆量和提高浆液稠度。每孔灌浆时间、压力、浆液密度、每孔每次吃浆量及总灌浆量要准确记录。锥孔应当天锥、当天灌，防止孔眼搁置时间长，孔隙堵塞，影响灌浆效果。

5.终灌标准及封孔

当浆液升至孔口，经连续复灌3次不再吃浆时，或达到设计压力不吃浆，即可终止灌浆。每孔灌完后待孔周围泥浆不再流动时，向孔内注入密度大于1.5g/cm3的浓浆封孔或用含水量适中的粘土捣实。

6.特殊情况处理

裂缝处理。当堤顶面上出现纵向裂缝时，要分析原因；如果是湿陷缝，可以继续灌浆；出现劈裂缝时应停止灌浆，待裂缝闭合后再灌，当出现横向裂缝时立即停灌。如果裂缝深度较浅，可在开缝部位开挖，用粘土分层回填夯实后继续灌浆；如果裂缝较深，可用稠浆灌注裂缝。

冒浆处理。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。对洞穴冒浆，可先在冒浆口压砂堵塞洞口，再继续灌浆。

串浆处理。相邻孔串浆，应加强观测、分析，确认对土堤安全无影响后，灌浆孔和串浆孔可同时灌注；如不宜同时灌注，可用木塞堵住串浆孔，然后继续灌浆。

塌坑处理。挖除塌坑部位的泥浆和稀泥，回填粘性土料,分层夯实。

四、灌浆质量检查和效果

灌浆工程是隐蔽施工生产的过程，做好施工全过程质量控制和检查，是保证灌浆施工质量最好方法。灌浆效果要通过分析灌浆过程资料和施工监测成果，灌浆后堤身内部隐患是否消除，堤身密实性是否改善，渗流量是否减少，防渗能力是否提高等情况综合判断堤身灌浆质量。堤身灌浆质量检查方法以分析灌浆过程资料（孔位、孔深，灌浆浆液性能，灌浆过程控制情况，灌浆结束条件等）和灌浆量的变化，结合开挖钻探取样、注水试验、物探、洪水检验等方法，检查灌浆前后堤身质量的变化，综合评价灌浆的效果。

1.灌浆的变化

通过灌浆过程资料统计数据，一序孔平均每米灌浆量：初灌0.22 m3,一复0.07 m3减少约为初灌1/3, 二复0.02 m3减少约为一复1/3，表明随着复灌次数增加吃浆量逐渐减少。一序孔平均每米灌浆量0.31m3，二序孔平均每米灌浆量0.06m3，灌入量二序孔注浆量比一序孔注浆量显著减少。复灌吃浆逐渐减少和二序孔比一序孔注浆量减少，说明堤防空隙已被充填，两序施工满足加固的要求，灌浆达到一定的效果。

2.注水试验

对比灌浆前后堤身的渗透系数；灌浆前堤身 渗 透 系 数K1=1.9×10-4cm/s， K2=8.5×10-4cm/s，K3=1.6×10-4cm/s，K4灌浆前注水不稳定渗透系数无法测定。灌浆后堤身渗透系数K1为1.96×10-5cm/s，K2为4.60×10-5cm/s，K3为7.2×10-6cm/s，K4为2.8×10-5cm/s。通过对堤身灌浆前后渗透系数的比较分析，渗透系数大为降低，堤身防渗能力得到提高。

3.开挖探坑检查

选取代表性的堤段开挖探坑，了解灌浆情况，并取土样测定干容重检查灌浆效果。通过灌后开挖探坑观察，浆体充满原土体的裂隙，浆体与原土体结合紧密。对比灌浆前后干容重变化，平均干容重提高约5%，堤身土体密实度有较大提高，堤身密实性得到改善。

4.洪水检验

灌浆工程实施后，经受住汛期高水位洪水考验，大堤底部渗水现象已消除，渗漏通道得到封堵，堤身隐患得以消除，达到了堤防防渗加固的目的■