软土地基回填灌浆质量检测方法及应用

毛小魏,臧振涛,陈振华,王再荣,陈超燕

(1.温岭市水利局，浙江 台州 317500；2.杭州水利水电勘测设计院有限公司，浙江 杭州 310006)

0 引言

中国沿海挡潮闸多建于20世纪50-70年代，受当时技术、材料、设备等方面的影响，软土地基特别是淤泥质粘土地基多采用铺设片石垫层、局部松木桩处理，在长期挡潮运行过程中，已发生不同程度的隐患，其中就包括基底裂缝、脱空。对软土地基尤其是闸底板脱空区软基进行回填灌浆加固处理，提高软土地基的防渗能力和力学性能，以保证工程安全运行。

1 现行类似检测规范要求

《水利工程质量检测技术规程(SL734-2016)》第4.2.3节第2条回填灌浆检测内容及检测方法两条标准，第4.2.3节第3条规定内容：《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(SL 62-2014)》隧洞灌浆第7.2节规定“回填灌浆”质量检测方法三条要求《土坝灌浆技术规范(SL 564-2014)》第6.3节“质量检查方法”第6.3.2条规定重点第6.3.4条规定“分析灌浆过程检查和质量检查资料，并配合监测成果等其他检查资料，对灌浆质量进行综合评价”。这是现行类似检测规范主要标准依据。

由于闸底板脱空区软基回填灌浆质量检测需考虑闸底板下部脱空区回填情况，下部浮泥、淤泥置换或固化情况，基础渗透性及土体力学性能情况等，因此现有规范检测方法无法直接套用。

2 类似检测技术研究综述

2.1 钻芯法

钻芯法主要是采用钻芯设备对结构物进行钻孔取芯，对钻孔过程的难易程度、芯样采取率、胶结情况以及芯样强度等进行判断。目前，该技术主要用于强度检测、缺陷及隐患探测中，随着科技的发展与检测内容的需求，一些检测项目中已将钻孔摄影及钻孔电视等先进的检测手段应用到钻芯检测中。

2015年，甘轶等人通过采用多种检测方法对桩基质量进行对比检测，成果显示钻芯法检测可以提高检测工作的准确性。罗敏娜通过分析混凝土桩内的蜂窝、沟槽、松散等常见缺陷的形成机理，提出仅采用芯样表观很难准确界定，应采用钻芯法、孔内摄像法进行综合分析确定。

由于钻芯法具有成果直观、操作简便等特点，已被人们广泛应用，但常规的钻芯法，由于孔径大(一般在70 mm以上)，对圬工结构损伤较大，特别是无法避开钢筋时。为了减少损失，陈振华等研发了一项用于圬工结构隐患探查的技术，该技术核心思想是利用小孔径取芯钻机、改进的钻杆与底座，在圬工结构上任意方向钻取直径细至2～4.20 cm、孔深深至8 m的芯样，直观、方便地检查圬工结构的质量情况(胶结材料的胶结质量、密实度、脱空、叠砌等)、隐蔽部位尺寸情况、岩体的岩性情况，必要时在孔内放入小直径的水下微孔摄像探头，进一步探查孔内与孔底情况，该技术又称“微创可视钻芯探测技术”，已于2018年11月列入《浙江省水利新技术推广目录(2018)》。2018年，毛小魏等人将“微创可视钻芯探测技术”成功应用于作业水深超过6 m、建于1934年的新金清闸底板隐患探测中，探查成果为水闸的安全鉴定、后续除险加固提供了基础资料。2019年，林万青等人结合微创钻芯技术，研究了不同圬工试件的室内钻芯对比试验，综合分析芯样采取率、芯样及孔壁表观质量，结果表明，该方法能够清晰、直观地反映结构体的内部质量情况，且对常规强度结构体的芯样采取率的影响不大。

2.2 注水试验

注水试验主要是用来测定土体的渗透系数。2006年，李宁等人采用不同方法对同一土层的渗透系数进行测定，成果显示，逆钻孔法、单管常水头法、单管变水头法均可用于现场渗透系数的测试，试验结果均大于室内试验方法所得结果。2013年，刘祥宇等人采用现场及试验测定堤身土体的渗透系数。成果显示，由于受土体连通作用、土层边界条件、土样代表性等因素影响，采用现场试验比室内试验得到的渗透系数相差1～2个数量级。2017年，林太清等人采用注水试验测定某库区防护工程堤防渗透系数，成果对比分析可知，钻孔注水试验是一种简单、有效的测定堤坝渗透系数的方法。

2.3 轻型动力触探试验

由于动力触探检测设备具有简单、方便、时间短等特点，被广泛应用在大面积填土质量检测、软弱土层加固效果检测领域。2017年，宋艳清等人为确定地基持力层的承载力，采用轻型动力触探进行地基承载力检测。根据轻型动力触探(N10)试验结果并结合当地经验，得到浅层土地基承载力特征值fak。2019年，王伟锋结合从化温泉镇区域范围内地质类型大致相同、土层分布相近的10个工程实例，分别对天然地基进行了轻型动力触探试验与平板载荷试验，并对2种试验结果进行对比分析以及回归分析，推定了该区域内的砂质黏性土的轻型动力触探锤击数标准值和地基承载力特征值的关系。

3 软基回填灌浆质量检测应用

闸底板软土地基回填灌浆加固处理的主要目的：①提高闸基防渗能力，充填闸底板脱空区，置换或固化脱空区浮泥、淤泥；②改善闸基土体力学性能，通过脱空区的充填，浮泥、淤泥的置换或固化，改善下部淤泥、浮泥层的力学性能。因此，采用现有规范或者常规已有的某一项检测技术，很难进行检测。

以新金清闸底板脱空区软基回填灌浆质量检测为例，水位差4.45 m时，选取试验闸室，开展了有关微创可视钻芯法、注水试验、土体含水量试验、孔内渗水上升速率试验以及轻型动力触探试验等，综合分析回填灌浆加固情况，部分闸室底板下部芯样如图1所示，试验数据如表1所示。

图1 部分闸室底板下部芯样图

试验位置天然含水率渗透系数(cm/s)轻型动力触探击数(击)孔内渗水上升速率(cm/min)5#51.10%3.76×10-4/3.106#49.30%/6、7、8<1.0020#48.40%2.84×10-4/3.0021#42.60%/8、12、115.60

由图1可以看出，采用微创可视钻芯法能较好的取出闸底板下部加固层，且芯样中包含水泥块体、水泥与下部土体的混合层以及固化层，无脱空现象，芯样有一定强度。由表1可知，加固后孔内土体的含水在42.60%～51.10%之间，地勘成果中闸底板下部淤泥质粘土含水率为43.60%～55.30%，由此可知孔底土体天然含水率已与原始土层接近；现场注水试验闸底板下部原位渗透系数为2.84×10-4～3.76×10-4cm/s，地勘成果中淤泥质粘土的渗透系数为kh=1.55×10-7～3.79×10-6cm/s，kv=2.06×10-7～1.27×10-6cm/s。根据学者对现场注水试验及室内试验计算的渗透系数结果对比可知，由于室内试验仅能反应所取土的渗透性能，现场注水试验则是反应土体的综合渗透性能，同时受取土的随机性、土样运输及密封过程中的失真等因素影响，现场注水试验与室内试验结果相差2～3个数量级。此次注水试验结果与室内试验之间的差别为两个量级，由此可判定加固后，下部土体渗透系数已基本接近淤泥质粘土。根据轻型动力触探试验成果可知，加固后下部土体具有一定的强度，触探击数≥6击。根据孔内渗水上升速率试验，4.45 m水头差下加固后下部土体孔内渗水上升速率≤5.60 cm/min。

综上所述，可判定该水闸闸底板脱空区软基回填灌浆质量满足要求。考虑到加固区域存在淤泥、浮泥与水泥的混合层，实际应用时，经专家评审讨论，建议现场注水试验的渗透系数<6.50×10-4cm/s，即为加固合格。结合规范《水利水电工程注水试验规程(SL 345-2007)》降水头现场注水试验渗透系数计算公式，假定现场注水试验渗透系数与孔内渗水上升速率的自然对数呈线性关系，则孔内渗水上升速率合格值为≤6.50 cm/min。

4 结论

①采用现有规范及常规已有的某一项检测技术无法解决闸底板软基回填灌浆质量检测问题；②为更加直观、准确、便捷、省时，采用以微创可视钻芯法判定为主，辅以孔内渗水上升速率≤6.50 cm/min的回填灌浆质量检测方法。