壓力循環(huán)式灌漿在南運(yùn)河壩體防滲工程中的應(yīng)用

趙光明,尹永紅,孔淑芹

(1.滄州水利勘測設(shè)計院,河北 滄州 061000;2.河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校 水利工程系,河北 滄州 061001)

1 工程概況

南運(yùn)河是河北省的主要行洪河道,又是引黃濟(jì)津輸水工程的主干線,擔(dān)負(fù)著重要的輸水任務(wù)。

引黃濟(jì)津期間持續(xù)高水位的運(yùn)行,致使南運(yùn)河滄州市城區(qū)段部分堤段出現(xiàn)滲水現(xiàn)象,大堤外腳甚至出現(xiàn)管涌。大堤滲漏造成堤后居民家中地面滲水,城區(qū)路面泥濘不堪,難以行走,給群眾生產(chǎn)生活帶來諸多不便。由于受滲水影響,使緊鄰運(yùn)河的南湖公園的草坪大面積枯萎,使大棚菜田及部分農(nóng)田積水達(dá) 40 cm,農(nóng)作物嚴(yán)重減產(chǎn)。為了防止?jié)B漏災(zāi)害繼續(xù)危害人民群眾的生產(chǎn)、生活,在2003年、2004年引黃濟(jì)津輸水后,滄州市水務(wù)局對南運(yùn)河滄州市城區(qū)部分堤段進(jìn)行了防滲加固處理。

2 防滲加固施工方案設(shè)計

2.1 滲漏原因分析

南運(yùn)河滄州市城區(qū)部分滲水較嚴(yán)重的堤段分別為：王希魯至紅孩兒口右堤段、王希魯段右堤、南川樓右堤段、季家院至白家口段左岸、四合街至新華橋右堤段。

通過對以上堤段進(jìn)行工程地質(zhì)勘察,查明了各堤段地層結(jié)構(gòu)、巖土特性、地下水埋藏條件等,為查清地層滲水情況,提供了所需的有關(guān)參數(shù)。

地質(zhì)勘探結(jié)果顯示：場地土類別為中軟土,第一層均為人工壓實的筑堤填土,密實度大,滲透系數(shù)較小,為微弱透水層,滲漏極其微弱;向下的其它堤基土層均為第四系松散沉積物,密實度相對第一層要小,滲透系數(shù)較大,并且均有較強(qiáng)透水層的存在;層底埋深10.5～14.6 m以上的透水層,是形成地下水上浸的主要原因。

從滲漏堤段的地形特點分析,堤外居民區(qū)、公園、菜田、化工廠區(qū)等地勢均較低,引黃濟(jì)津輸水期間,南運(yùn)河內(nèi)水位偏高,個別堤段河中水位比堤外地面高出2～3 m。輸水期間隨著河內(nèi)水位的升高和時間的延續(xù),受堤外地下水位的頂托,堤身內(nèi)的浸潤線逐步形成并不斷抬高,堤后地面高程低且地下水位較高,堤體內(nèi)的滲入量大于堤外地下水的入滲量,滲流曲線逐漸接近地面,造成堤后低洼地段形成泥托,甚至出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

2.2 防滲加固措施選擇

南運(yùn)河大堤歷史悠久,市區(qū)段又是至關(guān)重要的堤防工程,工程處理措施應(yīng)考慮各堤段的實際情況。南川樓右堤、季家院至白家口段、四合街段至新華橋段均位于居民區(qū),同時運(yùn)河大堤又是當(dāng)?shù)鼐用癯鲂械闹饕煌ǖ缆?堤外房屋距堤頂較近,地形較復(fù)雜,施工場地較狹窄。其中四合街堤頂兩側(cè)有許多樹木,南川樓段河堤位于彎道處;王希魯至紅孩兒口位于交通要道,路邊多房屋和樹木。

考慮到南運(yùn)河堤防滄州市區(qū)段地形的復(fù)雜性和大堤的安全穩(wěn)定性,為避免工程施工對周邊建筑物的破壞,結(jié)合已有的堤防灌漿防滲處理經(jīng)驗與成效,經(jīng)過進(jìn)行方案比較,確定采用壓力循環(huán)式粘土灌漿方案。

壓力循環(huán)式粘土灌漿與常用的“大開膛”重新回填和建造混凝土防滲墻等方法相比,具有工程量小、設(shè)備和技術(shù)要求簡單、投資少、易于就地取材等優(yōu)點。與劈裂灌漿相比,壓力循環(huán)式粘土灌漿壓力較小,可避免堤防的開裂,保證了壩體的可灌性。在施工方案的設(shè)計中參照純壓充填灌漿與循環(huán)劈裂灌漿的孔口壓力及灌漿量,取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計參數(shù),既能使大堤的滲漏得到妥善的處理,又能避免對于大堤安全穩(wěn)定的影響。

2.3 施工方案設(shè)計

2.3.1 灌漿孔的布設(shè)

鉆探資料顯示各堤段相對透水層的埋深、厚度均不同,故灌漿孔深度亦應(yīng)不同。灌漿深度范圍為堤頂至相對隔水層,孔深為堤頂至相對隔水層以上 0.5 m,一般為 10～14 m不等。

灌漿范圍為各滲漏堤段約200 m范圍內(nèi)。灌漿孔布置在距內(nèi)坡肩2.0 m處,個別情況復(fù)雜的堤段可適當(dāng)調(diào)整。灌漿孔孔徑 10.8 cm,采用順堤軸線雙排梅花形交錯布置,孔距為3.0 m,排距為2.0 m。

2.3.2 制漿土料與漿液

施工中采用專用機(jī)械制漿,漿液各項指標(biāo)按設(shè)計要求控制,灌漿過程中漿液容重和吃漿量每小時測定 1次并記錄,漿液的穩(wěn)定性10天測1次。灌漿土料以粘性土為主(灌漿土料的指標(biāo)控制見表1),漿液容重為1.3～1.6 t/m3。灌漿過程中以吃漿量的變化調(diào)整漿液容重,吃漿量大時增大漿液容重,反之降低漿液容重。漿液的物理力學(xué)性能見表2。

表1 灌漿土料指標(biāo)%

表2 漿液物理力學(xué)性能

2.3.3 施工要求

(1)設(shè)計灌漿壓力為 0.03～0.3 MPa,應(yīng)由小到大逐級增加,同時,漿液應(yīng)由稀到濃,根據(jù)灌漿孔的吃漿情況逐漸調(diào)整。

(2)灌漿孔按設(shè)計布孔,孔位誤差不大于0.3 m;鉆孔應(yīng)保證鉛直,傾斜度不得大于孔深的2%[1]。成孔后應(yīng)及時打入護(hù)壁管,距孔底1.5 m處,然后下入注漿管。灌漿孔的灌漿順序是從灌漿段的一端開始,按布孔順序依次灌漿至終點后,再從第二排依次灌漿。灌漿時上部封孔應(yīng)嚴(yán)密。

(3)灌漿時應(yīng)注意先灌上游排孔以堵塞上游漏水通道或其他隱患,再灌下游排孔。應(yīng)先對第一序孔輪灌,采用“少灌多復(fù)”[1]的方法以加速漿液在壩體中的析水固結(jié),待第一序孔灌漿結(jié)束后,再進(jìn)行第二序孔。兩次灌漿時間間隔為 15～20 h,第一次復(fù)灌和第二次復(fù)灌間隔為 30～40 h。灌漿時應(yīng)避免壩面出現(xiàn)裂縫、位移或影響附近建筑物的安全。

(4)漿液循環(huán)中,要求從灌漿泵排出的漿液進(jìn)入灌漿孔后,一部分通過壓力進(jìn)入堤體,剩余部分通過回漿管返回到漿桶,與新漿混合循環(huán)使用。必須同時測量進(jìn)漿管和回漿管的流量,以便正確地記錄進(jìn)漿量。

(5)以最大灌漿壓力作為結(jié)束灌漿標(biāo)準(zhǔn)：在最大灌漿壓力下,灌漿段停止進(jìn)漿,或吃漿量小于1～2 L/m,并持續(xù) 15～30 min后,可以結(jié)束該段灌漿。

(6)灌漿時若堤頂和堤坡冒漿,應(yīng)立即停灌,挖開冒漿出口,用粘性土料回填夯實。若孔口周圍冒漿可采用壓砂處理,而后繼續(xù)灌漿。當(dāng)?shù)谝恍蚩坠酀{時,發(fā)現(xiàn)相鄰孔串漿,應(yīng)加強(qiáng)觀測、分析,若確認(rèn)對堤體安全無影響,可用木塞堵住串漿孔,然后繼續(xù)灌漿。

(7)當(dāng)每孔灌完后,待孔周圍漿液不再流動固結(jié)后,灌入較稠的漿液;當(dāng)漿液析水后,用直徑 2～3 cm、含水量適中的粘土球分層回填搗實;最后用 C20混凝土堵灌漿孔,以恢復(fù)路面。

(8)鑒于南運(yùn)河大堤在城區(qū)堤防中的重要性,在施工前選擇合適的堤段進(jìn)行灌漿試驗,以對不同土層及堤段進(jìn)行可灌性分析,對施工工藝、灌漿方法、壓力控制、復(fù)灌次數(shù)及間隔、泥漿比重等作出較為科學(xué)的分析,積累施工經(jīng)驗,以指導(dǎo)大堤的全面灌漿工作。

3 結(jié)語

該工程竣工后,經(jīng)開挖檢測坑檢測,灌漿后滲漏堤段的壩體滲透性極其微弱,達(dá)到了預(yù)期效果,消除了南運(yùn)河滄州市區(qū)部分堤段的安全隱患。經(jīng)過幾年來的輸水運(yùn)行,灌漿堤段達(dá)到了工程整治的預(yù)期效果,確保了引水的安全運(yùn)行,并使遭受滲水影響的單位和居民恢復(fù)了正常的生產(chǎn)、工作和生活秩序,經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。

[1]SD 266-88,土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范 [S].

[2]SL 260-98,堤防工程施工規(guī)范 [S].

[3]岳景哲.劈裂灌漿技術(shù)在楊城子水庫大壩加固工程中的實踐與探索[J].水利規(guī)劃與設(shè)計,2010,(6)：69-71.