甘富華+張時(shí)賓

摘要：針對(duì)圍堰大空隙拋石地層段止水施工，本文介紹了防滲施工方案比選，論證了采用膏狀漿液可控性灌漿施工的可行性。通過(guò)分析施工中獲取的各種技術(shù)參數(shù)以及對(duì)該段圍堰帷幕灌漿防滲效果進(jìn)行綜合評(píng)定，得出結(jié)論：該技術(shù)處理類似地層是行之有效的。為以后類似海邊高水頭下拋石棱體圍堰進(jìn)行防滲施工提供一種有效經(jīng)濟(jì)的施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：大空隙圍堰膏狀漿液可控性灌漿

工程概述

斯里蘭卡漢班托塔港發(fā)展項(xiàng)目二期工程采用圍堰止水圍閉港池，之后抽干水進(jìn)行基坑干地土石方開挖和水工結(jié)構(gòu)施工。新建南圍堰與一期港池（海水）相接，拋石棱體段位于新建南圍堰西側(cè)沉箱后方，軸線長(zhǎng)40.35m，該段圍堰地質(zhì)條件復(fù)雜，其表面有約1m厚雜填土，下部為1-300kg的人工回填塊石，地層級(jí)配差、結(jié)構(gòu)松散，架空現(xiàn)象嚴(yán)重、孔隙率超過(guò)30%，且經(jīng)過(guò)地下流動(dòng)水的反復(fù)沖刷，其中基本無(wú)細(xì)粒充填物，存在明顯的滲漏通道。地質(zhì)鉆孔揭示，原始地層下部存在砂層，厚度約為1～3m。港池平均水位為+0.5m，二期港池基坑開挖設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-17.0m，因此，二期基坑開挖期間，新建南圍堰及沉箱西側(cè)拋石棱體段止水結(jié)構(gòu)兩側(cè)水位差約17.5m左右，需要承受很大的水壓力。根據(jù)防滲止水施工規(guī)范技術(shù)要求，設(shè)計(jì)入強(qiáng)風(fēng)化基巖不少于1m，設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)格書明確此段可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選用防滲墻止水方案或者灌漿止水方案。

防滲方案的選擇

1、塑性混凝土防滲墻方案

在架空現(xiàn)象嚴(yán)重的地層中進(jìn)行防滲墻成槽施工，存在著護(hù)壁泥漿大量漏失的問題。不但直接增加了護(hù)壁泥漿用量，而且伴隨著護(hù)壁泥漿的集中漏失，容易出現(xiàn)塌孔等現(xiàn)象。同時(shí)大粒徑塊石強(qiáng)度較高，給液壓抓斗成槽施工造成難以克服的困難。一旦出現(xiàn)此類問題，處理時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，甚至可能無(wú)法處理，將直接對(duì)整個(gè)圍堰止水工程的施工工期產(chǎn)生巨大影響。

2、高壓噴射灌漿方案

高壓噴射灌漿是利用土體在10～30Mpa壓力下能被切割、破壞的原理，采用高壓噴射流的沖擊力，對(duì)土體產(chǎn)生穿射、切割、攪拌、擠壓作用，破壞地基土而后被漿液置換、充填、混合，形成漿液與土?；炷姆罎B板墻結(jié)構(gòu)。一般不適用于粒徑在50mm以上的礫石、卵石地基以及堆積松散、含有塊石、存在大裂隙的基礎(chǔ)。在架空結(jié)構(gòu)嚴(yán)重的拋石圍堰地層中進(jìn)行高噴灌漿，對(duì)堰體很難產(chǎn)生切割破壞作用，因此實(shí)際上就是進(jìn)行常規(guī)水泥注漿。

3、常規(guī)水泥灌漿方案

在架空現(xiàn)象嚴(yán)重且有流動(dòng)水的地層中進(jìn)行常規(guī)水泥灌漿，灌漿過(guò)程可控性較差，尤其是不能按照返漿或有壓的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)束，而采用定量的結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，灌漿效果的評(píng)價(jià)、可靠性等難以確定。且水泥漿液在流動(dòng)水條件下難以快速凝固，將隨著水流流失，造成漿液材料的浪費(fèi)。

4、膏狀漿液可控性灌漿方案

膏狀漿液灌漿是近年來(lái)發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，通過(guò)在水泥漿液中加入膨潤(rùn)土來(lái)調(diào)節(jié)漿液的粘稠度，構(gòu)成水泥膏狀漿液，水泥膏狀漿液具有很大的屈服強(qiáng)度和塑性黏度，并具有一定的抗水流沖釋性能和自堆積性能。使?jié){液擴(kuò)散范圍可控，從而控制漿液的注入量和擴(kuò)散度，這樣不僅可達(dá)到最佳的灌漿效果，也可減少漿液不必要的損耗，從而提高灌漿施工的有效性和經(jīng)濟(jì)性。這種灌漿方法特別適合在大空隙并有地下流動(dòng)水的地層中進(jìn)行帷幕灌漿。

經(jīng)過(guò)幾種方案比選，決定采用水泥膏漿可控帷幕灌漿施工方案，與前三種防滲方案相比，膏狀漿液可控性灌漿方案更適合本段圍堰地層特點(diǎn)。對(duì)松散堆積體、強(qiáng)透水且有地下流動(dòng)水存在的條件下，采用膏狀漿液進(jìn)行灌漿較為合適。膏狀漿液具有一定的抗沖刷性能，使?jié){液擴(kuò)散范圍可控，避免了漿液的大量流失，技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)效益明顯。

灌漿方案設(shè)計(jì)

本段圍堰設(shè)計(jì)要求進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層≥1m，進(jìn)入沉箱碎石墊層基礎(chǔ)≥1m，最大灌漿深度約為21m。帷幕灌漿設(shè)計(jì)形成帷幕厚度δ≥3.3m，滲透系數(shù)K≤i×cm/s（i=1～5）。

正式施工前，為了獲得最佳的施工參數(shù)，根據(jù)前期地質(zhì)施工資料，在該帷幕灌漿區(qū)域附近選取和灌漿段地質(zhì)情況相近的區(qū)域，進(jìn)行了水泥膏漿可控帷幕灌漿模擬試驗(yàn)。根據(jù)施工方施工經(jīng)驗(yàn)，以及各方專家意見，決定在試驗(yàn)區(qū)采用較大的孔排距，孔口封閉、自上而下、分段孔內(nèi)循環(huán)、較高壓力灌漿等技術(shù)進(jìn)行灌漿。本工程灌漿試驗(yàn)區(qū)長(zhǎng)6m、寬5m，排距1m，孔距1.2m，分三排錯(cuò)位布置共計(jì)17個(gè)灌漿孔。

試驗(yàn)完成后，通過(guò)注水試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證灌漿效果的同時(shí)，對(duì)灌漿段開挖進(jìn)行直觀觀察灌漿效果。通過(guò)注水試驗(yàn)結(jié)果及開挖直觀觀察顯示，帷幕灌漿不僅可以達(dá)到良好的巖石縫隙充填效果，形成有效止水結(jié)構(gòu)，而且對(duì)加快施工進(jìn)度，降低施工造價(jià)具有較大優(yōu)勢(shì)。同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)段施工，發(fā)現(xiàn)孔與孔之間部分漿石膠結(jié)有待加強(qiáng)，設(shè)計(jì)減小了孔距、排距，增加了排數(shù)；總設(shè)計(jì)灌漿深度129m，膠凝材料總計(jì)用量135575Kg，單位注漿量1050.96Kg/m，結(jié)果偏大，設(shè)計(jì)增加了漿液配比類型，部分配比中加大了膨潤(rùn)土含量，增加了漿液粘稠度。通過(guò)本次灌漿試驗(yàn)，確定了施工段防滲軸線上孔位布置、灌漿漿液配比、灌漿壓力等相應(yīng)施工參數(shù)，為后續(xù)可控帷幕灌漿施工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在灌漿試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，箱后灌漿孔設(shè)計(jì)排數(shù)為4排，外側(cè)兩排排距0.95m，中間排距為0.9m，邊排孔孔距0.5m，中間兩排孔孔距0.8m。沉箱內(nèi)布置三排，孔距和排距以灌滿沉箱為原則。同時(shí)，在沉箱與防滲墻、沉箱與帷幕灌漿段接縫處，單獨(dú)布置注漿孔。

膏狀漿液灌漿施工

1、施工程序

施工時(shí)，按照先下游排，再上游排，最后中間兩排的順序進(jìn)行施工，每排灌漿孔分兩序進(jìn)行加密灌漿施工，每排孔逐序編號(hào)，則奇數(shù)號(hào)為一序，偶數(shù)號(hào)為一序。灌漿施工工藝流程為：澆筑混凝土蓋板→鉆第一段→灌注第一段→鉆第二段→灌注第二段→……→鉆最后一段→灌注最后一段→封孔→移機(jī)至下一鉆孔。

具體施工順序?yàn)椋菏┕て脚_(tái)及臨建施工→下游排Ⅰ序灌漿孔施工→下游排Ⅱ序灌漿孔施工→上游排Ⅰ序灌漿孔施工→上游第Ⅱ序灌漿孔施工→中間排Ⅰ序灌漿孔施工→中間排Ⅱ序灌漿孔施工→檢查孔施工。

2、灌漿工藝

采用孔口封閉、自上而下分段、循環(huán)結(jié)合純壓式灌漿方法。鉆孔設(shè)備采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)，采用金剛石鉆頭，使用清水冷卻鉆頭和攜帶鉆渣，通過(guò)回轉(zhuǎn)式方式鉆進(jìn)成孔。由于地層復(fù)雜，鉆進(jìn)時(shí)注意根據(jù)地層情況隨時(shí)調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)速等技術(shù)參數(shù)，提高鉆孔效率并保證鉆孔質(zhì)量。鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)注意地層情況，防止燒鉆、塌孔事故的發(fā)生。鉆孔分段與灌漿分段相一致，根據(jù)設(shè)計(jì)深度進(jìn)行劃分，原則上以不超過(guò)5m為準(zhǔn)，部分特殊孔段可大于5m。鉆孔深度嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)深度要求執(zhí)行，保證終孔深入強(qiáng)風(fēng)化基巖不小于1.0m。對(duì)返水正常的孔段，進(jìn)行鉆孔沖洗，至回水變清為止。

采用分排分序加密的方式進(jìn)行，每排采用兩序加密，先一序后二序的順序進(jìn)行。灌漿采用孔口封閉的灌漿工藝。開始時(shí)，射漿管距孔底50cm。采用孔口封閉灌漿工藝可以對(duì)上層灌漿段進(jìn)行反復(fù)的灌漿，從而取得良好的灌漿效果，由于是在覆蓋層灌漿，無(wú)法分段卡塞，采用孔口封閉灌漿工藝，可以解決在該類地層卡塞的問題，且孔口封閉利于提高灌漿壓力，提高灌漿效果。

3、灌漿壓力

灌漿壓力控制以壓力表平均值為準(zhǔn)。結(jié)合規(guī)范要求和本工程實(shí)際（技術(shù)規(guī)格書），灌漿施工壓力如表1所示：

4、漿液配合比

灌漿采用五級(jí)水固比的漿液材料，分別為2：1、1：1、0.8：1、0.5：1的純水泥漿液和0.7：1的膏狀漿液。漿液配合比情況見表2：

5、漿液使用原則

上下游邊排灌漿孔拋石層采用膏狀漿液為主進(jìn)行灌注，主要針對(duì)塊石架空地層。原地層和中間排孔主要采用純水泥漿液進(jìn)行灌注，純水泥漿主要對(duì)細(xì)小裂隙進(jìn)行有效充填擠密，根據(jù)灌前簡(jiǎn)易壓水情況采用由稀變濃的變漿原則。

6、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于膏狀漿液，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為在設(shè)計(jì)壓力下基本不吸漿（儲(chǔ)漿桶漿液液面無(wú)明顯下降），可結(jié)束本段灌漿。對(duì)于純水泥漿液，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為在設(shè)計(jì)壓力下注入率小于1L/min后，持續(xù)灌注30min即可結(jié)束。

相關(guān)要求嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，部分規(guī)范中含糊或者選擇較大的地方，主要參考灌漿施工前模擬試驗(yàn)參數(shù)。

灌漿施工效果

灌漿施工質(zhì)量檢查以檢查孔注水試驗(yàn)成果為主，在施工結(jié)束后14天后進(jìn)行。根據(jù)施工中灌漿記錄，結(jié)合規(guī)范要求原則，選取最不利位置進(jìn)行鉆孔注水試驗(yàn)。本工程共布置灌漿檢查孔17個(gè)，包括沉箱檢查孔2個(gè)，沉箱接縫檢查孔1個(gè)，新建南圍堰箱后灌漿檢查孔14個(gè)。檢查孔施工采用分段鉆進(jìn)、取芯、注水試驗(yàn)、水泥灌漿，再鉆進(jìn)下一段，如此循環(huán)，直至終孔。

工程注水試驗(yàn)結(jié)果中，沉箱內(nèi)最大滲透系數(shù)為3.70×cm/s，軸線上最大滲透系數(shù)為4.59×cm/s，軸線外最大滲透系數(shù)為4.28×cm/s，合格率100%，均滿足設(shè)計(jì)防滲要求，說(shuō)明灌漿質(zhì)量良好。

南圍堰內(nèi)側(cè)圍閉區(qū)正在降水，目前水位-13.5m，和外側(cè)海水水位高差大于14米，巡視和監(jiān)測(cè)過(guò)程中，沒有發(fā)現(xiàn)任何滲水、漏水情況，防滲墻狀態(tài)良好，進(jìn)一步證明了灌漿質(zhì)量與此灌漿技術(shù)的可行性。

同時(shí)，根據(jù)灌漿記錄，可以計(jì)算每個(gè)孔、每一層、每一排、每一序的灌漿量，得出如下結(jié)論：

1、單位注漿量（水泥和膨潤(rùn)土）

灌漿下游排Ⅰ序孔膠凝材料單位注入量為1899.01kg/m，Ⅱ序孔為788.23kg/m；上游排Ⅰ序孔膠凝材料單位注入量為595.48kg/m，Ⅱ序孔為370.24kg/m；中間兩排序孔膠凝材料單位注入量為195.60kg/m，Ⅱ序孔為122.95kg/m。由此可以看出隨著灌漿排序的增進(jìn)，單位注入量呈遞減趨勢(shì)，符合正常的灌漿施工規(guī)律，說(shuō)明灌漿效果較好，所采用的工藝技術(shù)、灌注材料、漿液配合比具有合理性。

2、地層透水率

下游排Ⅰ序孔由于裂隙、縫隙和空隙異常發(fā)育，在帷幕灌漿鉆孔施工過(guò)程中出現(xiàn)不返水情況，漏失較為嚴(yán)重，可見地層中滲漏通道較多；Ⅱ序孔鉆進(jìn)時(shí)，大多數(shù)孔段已出現(xiàn)返水，孔段返水較小，極個(gè)別孔段存在不返水情況，說(shuō)明通過(guò)Ⅰ序孔灌注后，大的裂隙、空隙基本被膏狀漿液充填，中小裂隙仍大量存在，并成為主要滲水通道，透水率隨著灌漿次序的增加逐漸減小。中游排施工時(shí)返水基本正常，說(shuō)明經(jīng)過(guò)邊排孔灌注后，幕體范圍內(nèi)的大滲漏通道已被封堵，中小孔隙存在較多，中等以上孔隙已被充填。

以上情況表明，隨著帷幕排間和孔序間的加密施工，滲漏通道不斷被漿液充填和封堵，并逐步密實(shí)，防滲帷幕逐漸形成。

總之，以上灌漿成果資料分析表明，膏狀漿液可控性灌漿防滲施工質(zhì)量和灌漿效果達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。同時(shí)，目前南圍堰內(nèi)側(cè)泄湖抽水已經(jīng)降至-15.0m以下，灌漿段未發(fā)現(xiàn)任何滲水點(diǎn)，止水效果良好，有力地驗(yàn)證了可控帷幕灌漿施工的有效性。因此，高水頭下拋石棱體圍堰的止水施工采用可控性帷幕灌漿施工工藝是可行的，為類似工程提供了一種有效經(jīng)濟(jì)的施工技術(shù)。

結(jié)語(yǔ)

斯里蘭卡漢班托塔港二期新建南圍堰高水頭下拋石棱體段膏狀漿液可控性灌漿是成功的，為類似工程提供一定的施工經(jīng)驗(yàn)。

1、灌漿漿液選擇

由于拋石段圍堰地層情況十分復(fù)雜，上部回填層結(jié)構(gòu)松散，架空現(xiàn)象嚴(yán)重，適合灌注流動(dòng)性小、擴(kuò)散度小的漿液，而小裂隙的充填擠密則適合純水泥漿液。本工程采用的膏狀漿液具有粘度大、擴(kuò)散度小的特點(diǎn)，具有良好的可控性，能有效的封堵較大的滲漏通道。膏狀漿液對(duì)于有地下流動(dòng)水的大空隙地層具有明顯的堵漏作用，是值得推廣應(yīng)用的一種灌漿材料。

2、灌漿工藝

斯里蘭卡漢班托塔港發(fā)展項(xiàng)目二期新建南圍堰可控性灌漿采用多排分序逐漸加密的方法。經(jīng)實(shí)踐證明，通過(guò)上下游排膏狀漿液可控灌漿進(jìn)行封閉，可以有效的確保中間排灌漿施工達(dá)到灌漿效果，形成止水帷幕。

3、灌漿方法

采用孔口封閉、自上而下分段灌漿的施工方法，上部回填強(qiáng)透水段采用純壓式灌漿，一般漏失帶采用孔內(nèi)循環(huán)式灌漿工藝，工效較高，且孔段可得到多次重復(fù)灌注，有利于提高灌漿質(zhì)量。

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