・２４８・ 工程科技 充填灌浆在堤围除险加固工程中的运用 周华清 （广东省水利水电第三工程局，广东东莞５２３７１０） 摘要：许多二十世纪五、六十年代，采用人海战术修建的土坝、堤围都出现失稳、渗漏等问题，现以广东省丰顺县韩江沿岸重点堤围 除险加固工程为例，对黏土充填灌浆的技术要点加以分析。 关键词：除险加固；黏土；充填灌浆；施工工艺；观测 １工程概述 表１粘土的物理力学性质表 丰顺县韩江沿岸重点堤围除险加固工程位于韩江干流中下游 右岸，总长３．５５ｋｍ，其中神砂、高池堤长２．５ｋｍ，上湾堤长１．０５ｋｍ。为 了加强坝体稳定性及防渗堵漏能力，对整段堤原堤进行充填灌浆处 理。灌浆孔单排布置，间距为４．０ｍ，神砂、高池堤共布置６２５个灌浆 孔，钻孔３３６７．０７ｍ；上湾堤布置２６３个灌浆孔，钻孔４５０．６８ｍ。 ２充填灌浆工程施工 ２．１灌浆孔平面布置 充填灌浆沿原堤身轴线从上游向下游布单排孔，孔距为４．Ｏｍ。 钻孔应按设计要求深入内坡脚以下２ｍ，最大允许灌浆压力由 现场试验确定。 ２．２灌浆工艺流程 充填灌浆的施工工艺流程见图Ｉ。 ２．３灌浆材料料选取 根据设计与《土坝坝体灌浆技术规范）（ＳＤ２６６—８８）的要求灌浆 材料采用黏土浆，其最优掺人量通过室内试验和现场灌浆试验确 定，试验成果报送监理。 对灌浆土料的物理力学性质要求如表ｌ。 ２．４灌浆试验 充填灌浆前进行灌浆试验，按《土坝坝体灌浆技术规范》 （ＳＤ２６６—８８）的规定进行充填灌浆试验、压水试验，确定有关的技术 参数，指导施工。并对其变形和位移进行监测，成果报送监理人。 ３灌浆施工设备 充填灌浆施工采用的机械设备如表２。 施工时根据灌浆吃浆量的大小，配置高速各低速浆液搅拌机， 搅拌机的拌和能力应分别与所搅拌的浆液类型及灌浆泵排浆量相 适应，并保证均匀、连续地拌制浆液。所有搅拌设备，在用于拌制浆 液施工前在现场进行试运行。 灌浆管路保证浆液流动畅通，并能承受一定的灌浆压力，灌浆 泵和灌浆孔口处均安装压力表以保证注浆管上端孔口压力小于 ４．９×１０４Ｐａ，进浆管路亦安装压力表，所选用的压力表在使用前进行 确定。使用过程经常检查核对，不合格和已损坏的压力表严禁使用。 压力表和管路之间设有隔浆装置。 ４灌浆施工与工艺 ４．１布孔、造孔及钻孔保护 按设计图纸定点布孔，先造单序孔，钻孔前按监理指示埋设孔 口管，并保证孑Ｌ向准确。坝体填筑部分采用锤击干钻法造孔，到强风 化层改用回转式干法造孔，严禁采用清水循环钻进，造孔时孑Ｌ应保 持垂直，孔斜不得大于孔深２％，灌浆孑Ｌ的开孔孔位与设计位置的偏 差不得大于ｌＯｃｍ。造孔过程要严格控制并做好记录，发现特殊情况 列 缝 纵向列缝加强观测，当裂缝发展到控制宽度时，应立即停灌，等 裂缝基本闭合后再进行灌浆。横向裂缝时，可开挖填夯或用稠浆 灌注裂缝。 立即停灌挖出冒浆出口用粘性土料回填 加强观测对坝体安全无影响可以堵住串浆孔或两孔同时灌注 加强观测当裂缝太于设计允许值时停灌待裂缝基本闭合后再灌 在塌坑部位挖出部分泥浆回填粘性土料分层夯宴 立即停灌分析不影响坝体安全时要继续灌浆并进行监测 应先用水冲洗管路，同时严格泥浆过筛，保证浆合理指标。 冒 浆 串 裂 塌 隆 浆 缝 坑 起 灌浆重压力控制一一满足不进浆 造 孑Ｌ 匹圈 合格厂＿———－１ 接管灌浆 —厂 ｒ＿＿一 初ｌ ｌ满足 灌ｌｌ ｌ蔓求 孽灌 —坝 傩 ｊＬ———土——一 每孔不少－Ｔ－ ６役以上 —————— 变 形 观 —ｋ———————一 终 封 灌 孔 二二［二二 二二］［＝二二 要详细记录，并作出分析处理，当孔深达到要求时终孔，并埋设灌浆 澳 工作面清理 管，所有的钻孔，应妥加保护，直到验收合格为止。 ４．２导管安放和清孑Ｌ 结 束 成孔后在孔内安放导浆管，为了减少孔壁冒浆、反浆，在造孔时 图１灌浆施工工艺流程图 采用的钻头直径要与导管的直径相当，经监理验收合格后接灌浆管 装上压力表准备灌浆。 顺利进行。清孔使灌浆孔有吃浆反映时，再接好导浆管装上压力表、 ４－３清孔 流量计进行灌浆。当遇上孔底严重堵塞时要重新清孑Ｌ，以便浆液能 为了使灌浆能在裂缝内顺利流通，以便充分地填充每一处裂 顺利流通。 缝、洞穴等隐患，灌浆前均要进行清孔（包括复灌）。 ４．４制浆 清孔时用灌浆管接上比导管管径小的镀锌管，插进导管内用稀 制浆前，应对原材料进行称量，称量的误差应小于５％，固相材 浆或风水联合从孔底向孔口进行冲洗。冲洗时注意冲洗水压和时 料采用重量称量法，浆液的稠度暂定为１．３～１．６ｇ／ｃｍ 。 间，对回水达不到澄清要求的孔段应继续进行冲洗，以保证灌浆能 制浆时，把土料投放到专用机械制浆机里按设 （下转７３页） 科技论坛 ・７３・ 降水大量渗入老窑蓄积。采空区积水还可通过导水裂隙带进入或突 通上覆含水层与含煤地层的水力联系，成为地下水活动的良好通 入矿井，成为矿井重要充水水源。紧邻矿区周边的煤矿有永辉煤矿 道。及纸房煤矿，两煤矿都位于矿区南东部，目前两煤矿都在生产中，随 ３．２．４断层破碎带 着开采的不断加深，采空区的面积将会逐步的增大，因此采空区积 断层会破坏了地层的完整性、连续性，降低了岩石的力学强度， 水的蓄积量也会逐步增大。而且两煤矿开采煤层都与本区开采煤层 形成的部分断层破碎带有一定富水性和导水性，可能连通含煤地层 相同，其开采的为浅部煤层，而本矿区开采的为深部煤层。两煤矿开 上部的强岩溶含水层和干溪等地表水，加之未来矿床开采中，人工 采过后形成的采空区将会造成大量积水，如果未对采空区进行排水 采矿裂隙大量出现，改变了断层带附近应力场和地下水的天然流 处理而开采深部煤层的话，将有可能造成突水淹井事故。因此，在煤 场，地表水、强岩溶地下水更可能沿断裂带进入矿井。 层开采过程中，必须搞好采空区排水及先探后掘。 ３．２．５原小煤矿和老窑采空区 （７）断层破碎带裂隙水 矿区内原小煤矿和老窑废弃采面或巷道会成为采空区积水，当 矿区内虽然未发现断层，但有些隐伏断层须引起注意。通常断 煤层开采至采空区时，巷道勾通采空区会成为充水通道。 层会破坏地层的完整性、连续性，降低了岩石的力学强度，形成了部 ３．３充水方式 分断层破碎带，断层破碎带有一定富水性和导水性，可能连通含煤 矿床充水通道主要以岩石原生和采矿节理、裂隙为主，少部分 地层上部的强岩溶含水层和或干溪河等地表水，加之未来矿床开采 为断层破碎带、采空巷道导水，充水水源主要为玉龙山灰岩和长兴 中，人工采矿裂隙大量出现，改变了断层带附近应力场和地下水的 灰岩裂隙岩溶水，茅口组岩溶水、龙潭组裂隙水及老窑采空区积水， 天然流场，地表水、强岩溶地下水更可能沿断裂带进入矿井。 尤其是老窑采空区积水，需引起强烈重视。因此未来矿井充水方式 ３．２充水通道 主要以顶板滴水、淋水，底板冒水、涌水为主。另外局部含煤地层地 ３．２．１岩石天然节理裂隙 带，由于受冲沟水、河水、老窑积水、茅口组岩溶水充水等影响，局部 龙潭组含煤地层在接近地表附近，岩石风化节理、裂隙较发育， 将可能发生突水，需作好安全预防措施。 而深部则发育成岩或构造节理、裂隙，尤其是内部灰岩、细砂岩等脆 ４结论 性岩石更为发育，它们是地下水活动的良好通道，并沟通上覆含水 通过对矿区水文地质条件的分析，本矿区属以碳酸盐岩岩溶含 层与含煤地层的水力联系。 水层充水为主的矿床，水文地质条件复杂，水文地质类型为三类三 ３．２．２溶洞及溶孔 型。因此建议在煤炭资源开发的同时加强矿井水文地质工作，及时 龙潭组地层中的灰岩及燧石灰岩中发育有部分小溶洞及溶孔， 观测矿井内含水岩层出水性质，断层的导水性质，附近老窑积水的 另外茅口组灰岩中也发育有大量溶洞及溶孔，这些小溶洞及溶孔会 位置，预测老窑采空区水量，总结活动规律。建立可靠的排水系统和 成为地下水天然的导水通道，同时这些小溶洞及溶孔在地下水的不 排水设施，保证正常排水不淹井。保证矿井建设和生产的安全，使国 断侵蚀下会慢慢延伸及扩大，增加了储水及导水空间，成为地下水 家煤矿资源得到充分合理的利用。 的活动的良好通道。 ３．２．３人为采矿冒落裂隙 未来的采煤活动将产生大量的采矿裂隙，这些人为裂隙也会沟 （上接２４８页） 计要求加水制浆。搅拌均匀，测定浆液密度和粘 录并把灌浆记录进行统计。 度等参数，并作好记录。浆液同时送至筛网过滤，并经测定达到设计 ５施工中常出现的问题及处理方法 要求后输送到灌浆机进行灌浆，浆液不合格时重新调整制浆。制浆 出现的问题及处理办法见表３。 形成的废料运至弃渣场堆放，保持工作面的清洁和环境保护。 ６灌浆结束标准及封孔 灌浆前的浆液再通过３５孑Ｌ／ｃｍ 的过滤筛，浆液的各项指标按 根据《土坝坝体灌浆技术规范｝ＳＤ２６６—８８标准执行土坝坝体灌 设计要求控制。灌浆过程中浆液容重和输浆量应每小时测定１次并 浆标准，每孔复灌达不少于５次以上，当每孔灌完后，待周围泥浆不 记录，浆液的稳定性和自由析水率１０天测１次，如浆料发生变化 再流动时，总吃浆量与设计吃浆量相符，灌浆至不再吃浆时，可以认 时，随时加测。 为已经灌饱、灌满、灌实即可终止灌浆。 ４．５灌浆 封孔时按规范要求回填稠浆，若浆面下降可继续注入稠浆，直至浆 ａ．灌浆施工。灌浆施工采用自下至上、下套管分段（段长可为 面升至孔口不再下降为止，并在终孔时用粘土球分层回填捣实对灌 ５～１０ｍ）灌注的方法进行。本工程充填灌浆施工顺序为从坝中间向 浆孔进行封堵。 两侧展开，上游排先灌再灌下游排孔，后灌浆中间排孔。灌浆孔分两 ７灌浆期原型观测 序，在同一排灌浆孔施工中，先进行Ｉ序灌浆孔的钻孔及灌浆施工， 按设计要求沿坝轴线方向每隔２０ｍ设一观测标点，每级至少分 接着进行Ⅱ序灌浆孔的钻孔及灌浆施工。灌浆采用“先稀后浓，逐渐 别在坝顶上、下游坝肩处各设一个观测标点，标点用砼桩或木桩做 加稠，分序施灌，少灌多复”的方法进行。每孔复灌次数不少于６次， 成。灌浆施工前应对布设的各桩垂直位移点观测２次，坝面出现裂 每次间隔不少于７天。ｂ．灌浆量的控制。对充填灌浆每孔每次灌浆 缝时，应增加观测次数，灌浆间歇期每２天观测１次。灌浆期间坝顶 量及总灌浆量准确记录，每次灌浆量不得超过设计值，以便控制灌 上下游坝肩处横向水平位移每次不得大于３０ｍｍ，要求在停灌浆后 浆质量。每孔每次平均灌浆量以孔深计，每米孔深按规范控制。ｃ．灌 能基本复原。 浆压力的控制。灌浆压力不大于０．２Ｍｐａ，浆液的稠度定为１．３— 结束语 １．６ｇ／ｃｍ，。灌浆压力是保证灌浆质量的重要因素，在同一孔中一般头 通过上面的施工工艺，灌浆工作完成７天后，由监理单位组织 几次使用较小的灌浆压力，以后随复灌次数增加待坝体逐渐得到密 进行注水试验，检查孔数且为总灌浆孔数５％，共计４５个，检查孔位 实，孔口压力逐渐升高达设计压力。若孔压力下降和注浆管出现负 置由监理单位确定。经过注水试验后测得的各检查孔的渗透系数均 压（压力读数为０以下），加大浆液稠度，浆液的容重按规范控制。 在设计要求范围之内（渗透系数要求不大于１×１０％ｍ／ｓ），符合设计 在灌浆过程中，定时严格记录灌浆压力值，当表压力读数大于设计 标准。采用充填灌浆处理堤围应根据实际情况取合理的灌浆控制参 的最大压力值时，立即调节出浆量或停灌；当表压力读数达到设计 数，采用合理的灌浆工艺，既经济合理，施工简便，又具有显著的处 压力值时按规范要求持续一定的时间。当压力稳定回升两次或超过 理效果，值得推广应用。 设计压力最高值时，应做好换孔准备。在灌浆过程中应随时观测压 力表变化，并注意记录瞬时最大压力，对照坝体位移和接缝张开度 合理控制灌浆压力。同时作好每孔、每次、灌浆延续时间灌浆量的记