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      堤防工程粗粒土控制灌漿修復(fù)加固施工探討

      2022-02-22 07:25:36劉成峰湯傳波
      黑龍江水利科技 2022年1期
      關(guān)鍵詞:粒土壓水堤防

      劉成峰,湯傳波

      (江蘇天源建設(shè)集團(tuán)有限公司,江蘇 淮安 211700)

      0 引 言

      滑坡是我國水利工程中較為常見的地質(zhì)災(zāi)害之一,為提升滑坡災(zāi)害識別能力加強(qiáng)風(fēng)險防控,國內(nèi)學(xué)者先后展開大量研究,并取得較為豐碩的成果,但是在膨脹土岸坡以及堤壩滲透滑坡等方面仍缺乏系統(tǒng)性研究。為此,本研究對堤防粗粒體控制灌漿修復(fù)加固技術(shù)進(jìn)行專項(xiàng)研究,旨在形成堤防控制灌漿柔性防護(hù)加固技術(shù)施工工藝體系,為堤防工程砂卵礫石滲漏及滑坡預(yù)防提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

      1 工程區(qū)概況

      維橋河流域盱眙段右岸堤防工程屬于堤壩粗立體控制灌漿修復(fù)加固施工示范點(diǎn),河段落差258m,比降均值3.84‰,為流域洪泛區(qū)。示范點(diǎn)距離河床較近,河谷谷底較為平坦,平均寬度565m,堤防工程堤身填土材料主要為夾砂卵礫石的粉質(zhì)壤土,堤基則直接位于厚度5-14m的砂卵礫石層之上,下伏紅紫色白堊系上統(tǒng)灌口組粉砂質(zhì)泥巖。堤身和堤基礎(chǔ)均屬于粗粒土料,并存在局部性滲漏穩(wěn)定問題。

      2 粗粒土控制灌漿修復(fù)加固施工

      2.1 鉆孔

      本堤防工程粗粒土控制灌漿采用直徑鉆孔直徑145mm的HM-90型風(fēng)動潛孔鉆機(jī)鉆孔,并按照上下游排到中間排的次序施工。在鉆孔時應(yīng)嚴(yán)格控制風(fēng)動潛孔鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)速度、角度及鉆壓,以保證砂卵礫石中鉆進(jìn)施工質(zhì)量。通過雙管單動鉆具鉆孔取芯,以保證芯樣的采取率與完整率。

      2.2 灌漿試驗(yàn)

      本工程以鈣基膨潤土和P.O42.5R普通硅酸鹽水泥為主要灌漿材料。套殼料強(qiáng)度控制應(yīng)為灌漿施工重點(diǎn)控制方面,本項(xiàng)目主要將套殼料3d強(qiáng)度控制在0.3MPa,共進(jìn)行十組套殼料配比試驗(yàn),進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)選后選擇(0.8-1.0):1的水膠比,并將漿液結(jié)石3d抗壓強(qiáng)度控制在0.3-0.4MPa。

      結(jié)合對可灌注性、粒徑<0.1mm顆粒含量及透水性等方面的分析進(jìn)行地層可灌注性判斷,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,水泥砂漿完全適用,試灌選用普通水泥漿液和膏狀漿液[1]。普通水泥漿液水灰比按照2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1及0.4∶1等情況確定,其中最后一級對應(yīng)膏狀漿液。

      2.3 套閥管下設(shè)及套殼料注入

      終孔后進(jìn)行鉆孔質(zhì)量驗(yàn)收,合格后下設(shè)直徑89mm鋼管所加工成的套閥管,其上花孔直徑15mm,每環(huán)設(shè)置四個花孔,且任意兩環(huán)距離為33cm,并應(yīng)結(jié)合孔深進(jìn)行套閥管長度的調(diào)整。通過注漿器從內(nèi)套閥孔開始以泵送方式向套閥管外側(cè)灌注套殼料,注料量控制在15.8L/m,且待孔口出漿后停止灌注套殼料,完成后凝結(jié)3d,再進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

      2.4 灌漿施工

      類似工程堤身和地基砂卵礫石層可通過套閥管法、孔口封閉法、套管灌漿法等進(jìn)行灌漿施工,考慮到套閥管法漿液消耗量少、成孔率高、施工過程可控,故本堤防工程擬采用套閥管法從下至上分段注漿,并采用純壓式注漿工藝?;鶐r段則進(jìn)行由上至下的純壓式注漿。三排注漿孔均按照上游排→下游排→中間排的次序施工,排間再加密施灌。處于灌漿施工效率考慮,主要采用壓力穩(wěn)定、運(yùn)行良好、額定注漿壓力10MPa、最大排量207L/min的3-SNS型三缸往復(fù)式柱塞注漿泵,配套設(shè)備包括容積6200L、攪拌葉旋轉(zhuǎn)速率高的強(qiáng)制高速制漿機(jī)以及設(shè)計容積600L、攪拌軸設(shè)計轉(zhuǎn)速50r/min的集漿桶等。為保證漿液質(zhì)量,同時還使用GJY-V11型多路注漿記錄儀,采集灌漿數(shù)據(jù)并加強(qiáng)對注漿過程的全過程監(jiān)控;選擇包括上下兩個高壓膨脹塞所組成的直徑75.12mm高壓循環(huán)膨脹式注漿器,其中間為注漿花管,且長度可調(diào),具有全管段密封良好、膨脹率高等技術(shù)優(yōu)勢。

      2.4.1 灌漿段長及灌漿壓力

      為進(jìn)行灌漿參數(shù)確定,在正式施工前選擇砂卵礫石地層進(jìn)行灌漿試驗(yàn),水泥漿液通過套閥管注入,確保注漿量的基礎(chǔ)上將灌漿段長確定為2.0m;基巖段灌漿段長分別采用2.0m和3.0m兩種情況,當(dāng)壓水透水率不超過10Lu的情況下,可將兩段灌漿段合并。

      結(jié)合堤防工程高度及砂卵礫石地層實(shí)際深度,將試驗(yàn)段水頭壓力最大值確定為0.2MPa,并按照水頭壓力最大值的1.5倍進(jìn)行安全系數(shù)的確定;按照0.3MPa的注漿壓力起灌,注漿壓力始終控制在1.0MPa以內(nèi),具體取值情況詳見表1。

      表1 灌漿壓力控制情況

      2.4.2 漿液變化

      在注漿施工過程中,為確保防滲帷幕厚度、節(jié)省水泥漿液、嚴(yán)控注漿漿液擴(kuò)散范圍,必須保證漿液變化過程的合理性:在注漿壓力即定且漿液灌注率減小時,或在漿液灌注率不變且注漿壓力持續(xù)升高時,水固比應(yīng)保持不變;若特定比級漿液灌注量超出600L或持續(xù)注漿時間超出1/2h以上,且灌漿壓力和水泥漿液灌注率均保持不變時,應(yīng)將水泥漿液濃度升高一級;漿液灌注速率應(yīng)控制在30L/min以內(nèi),持續(xù)灌注時間應(yīng)控制在1/2h以內(nèi),如果達(dá)不到,則應(yīng)改為間歇灌注,且間歇注漿時間應(yīng)不短于1/2h;注漿施工過程中若累計干料注入量超出1.0t/m,則應(yīng)盡快采取間歇灌注及限流措施[2]。

      灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)依所使用的漿液類型而不同:在采用普通水泥漿液的情況下,若漿液灌注速率降至1.0L/min以下,則應(yīng)在持續(xù)澆筑1/2h后結(jié)束該段注漿;在采用膏狀漿液的情況下,基本達(dá)到不吸漿狀態(tài)時便可結(jié)束注漿。由于本堤防工程注漿試驗(yàn)過程中并未使用膏狀漿液,故只需按照普通水泥漿液灌注進(jìn)行灌漿結(jié)束情況的判斷。

      3 灌漿效果檢查

      3.1 檢查孔布置

      結(jié)束灌漿后進(jìn)行為期14d的待凝檢查,并對檢查孔進(jìn)行鉆孔取芯及注水試驗(yàn),檢查孔必須設(shè)置在帷幕中心地質(zhì)條件復(fù)雜且對注漿施工質(zhì)量影響較大的區(qū)域。檢查孔主要通過地質(zhì)鉆機(jī)清水鉆進(jìn),待凝結(jié)48h后進(jìn)行后續(xù)施工。檢查孔鉆孔過程中,孔口管必須欠入原注漿孔注漿頂1.0m深,并待檢查孔實(shí)際深度<原注漿孔終孔深度1.0m后結(jié)束,并按設(shè)計要求逐次段進(jìn)行施工及注水試驗(yàn)。

      3.2 注水及壓水試驗(yàn)

      采用常水頭注水試驗(yàn)方式進(jìn)行檢查孔滲透試驗(yàn)。開始注水前按照5min時間間隔觀測地下水情況,并待連續(xù)兩次觀測數(shù)據(jù)的差額不超出10cm時結(jié)束觀測,地下水位結(jié)果以最后的觀測值為準(zhǔn)。檢查孔注水試驗(yàn)從上至下分段展開,且結(jié)合該堤防工程地質(zhì)條件,將試驗(yàn)段長確定為3-8m。

      為確定該堤防工程注漿加固后地層所實(shí)際承受的水力破壞壓力極限值,應(yīng)對地層復(fù)雜處展開破壞性壓水試驗(yàn),并結(jié)合具體試驗(yàn)過程和結(jié)果確定水力滲透極限與壓水壓力之間的關(guān)系,以便為施工過程提供指導(dǎo)。

      3.3 灌漿效果

      結(jié)合壓水試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行該堤防工程示范點(diǎn)注漿前后地層透水率變動趨勢分析,并據(jù)此進(jìn)行注漿效果評價。根據(jù)各序次注漿孔注漿前透水率頻次曲線、注漿前透水率均值及透水段數(shù)統(tǒng)計情況(圖1)可以看出,隨著注漿孔序的增加,透水率呈明顯的遞減趨勢,Ⅱ序孔透水率均值比Ⅰ序孔透水率均值小25.9%,Ⅲ序孔透水率均值比Ⅱ序孔透水率均值小38.1%,這種各序孔注漿透水率遞減趨勢符合注漿施工質(zhì)量控制實(shí)際[3]。

      圖1 各序次注漿孔注漿前透水率頻次曲線

      根據(jù)所進(jìn)行的注入量、檢查孔注水壓水試驗(yàn)、透水率等試驗(yàn)成果,該堤防工程示范點(diǎn)粗粒土控制灌漿施工效果良好,且透水率和水泥漿液灌注量均表現(xiàn)為明顯的遞減趨勢;各段次檢查孔滲透系數(shù)也均不超出1.0×10-5-9.0×10-5cm/s的范圍。

      4 結(jié) 論

      通過文章對具體堤防工程粗粒土控制灌漿施工過程的分析表明,套閥管注漿施工技術(shù)對于砂卵礫石地層控制灌漿較為適用,由下至上的純壓式分段注漿施工能保證水泥漿液順利灌進(jìn)粗粒土土層結(jié)構(gòu)內(nèi),取得較好的滲透式控制注漿施工效果。堤防工程堤壩粗粒土中砂卵礫石土體粒徑較大,故其注漿孔應(yīng)當(dāng)按照三排設(shè)置,且排距和注漿孔間距均應(yīng)按照1.0m控制,并嚴(yán)格按照設(shè)計要求控制注漿壓力,注漿施工效果良好。

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