劈裂灌漿技術(shù)在滹沱河北大堤整治工程中的應(yīng)用

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1、工程概況
    滹沱河北大堤自無極縣東羅尚閘，至獻(xiàn)縣樞紐，全長101.123 km，是天津市、華北油田及滹沱河至大清河之間眾多城鎮(zhèn)的重要防洪屏障。為?、竦纫患壍谭?，堤身土料來源于大堤兩側(cè)，主要為黏土、壤土及砂壤土，分層混合填筑，土質(zhì)不均勻，質(zhì)量差異較大，碾壓不實(shí)，存在松散夾層和空洞、裂隙。堤段干容重最大為17.6 kN/m3，最小僅11.6 kN/m3，全堤統(tǒng)計合格率（干容重大于15 kN/m3）為27％，平均干容重為14.4kN/m3。“96·8”洪水以來，堤身多處出現(xiàn)塌陷、管涌、貫通裂縫等重大險情。鑒于滹沱河北大堤在河北省防洪渡汛中的重要地位，1998年以來，連續(xù)對其進(jìn)行了劈裂灌漿、垂直鋪塑、混凝土護(hù)坡等一系列的綜合整治。
    北大堤循環(huán)式劈裂灌漿工程位于深澤縣境內(nèi)，施工日期為2000年3月10日～2000年5月30日。灌漿段樁號為10＋300～16＋700、19＋074～20＋300，其中13＋000～13＋826、14＋850～15＋150為雙排孔，梅花型布置，其余段為單排孔。孔位布置于堤頂迎水側(cè)，雙排孔距堤肩1.0 m，單排孔距堤肩2.0 m，孔深5.5 m，孔距3.0m。
    2、劈裂灌漿原理
    劈裂灌漿利用最小主應(yīng)力面和堤軸線方向一致的規(guī)律，根據(jù)土體水力劈裂的原理，順堤向布孔，在灌漿壓力下以適宜的泥漿液為能量載體，有控制地劈裂堤身，將與漿脈連通的所有裂縫、空洞、空隙等隱患用泥漿充填密實(shí)，同時漿壓將筑堤土壓密，最終在堤內(nèi)順堤向形成密實(shí)、垂直、連續(xù)、有一定厚度的漿液防滲固結(jié)體，從而達(dá)到防滲加固的目的。
    3、灌漿主要設(shè)備
    設(shè)備選用山東泰安產(chǎn)WJ100型臥式灌漿機(jī)，該機(jī)集攪拌、過濾、儲漿、輸漿功能為一體，可以連續(xù)攪漿和輸漿，移動方便靈活。輸漿用80/10型泥漿泵，功率4 kW，最大工作壓力1.0 MPa，輸漿量0.08 m3/min，水平輸送距離60～80 m。動力配備為12 kW柴油發(fā)電機(jī)。
    4、灌漿土料
    設(shè)計要求：土料就近取材，主要為黏性土，在沒有黏性土?xí)r，可選用粉質(zhì)壤土（黏粒含量?12％，粉粒含量約75％，砂粒含量≤13％）。施工時選用土場的采樣試驗(yàn)結(jié)果(表1)。
    由表1可以看出，三個料場的黏粒含量為21.2％～25.6％，粉粒含量65.5％～66.3％，砂粒含量11.3％～12.5％，土料均為壤土，符合設(shè)計要求。
    5、灌漿施工
    （1）施工準(zhǔn)備。由于灌漿需要24小時不間斷施工，為保證工程進(jìn)度與質(zhì)量，施工前必須做好施工準(zhǔn)備，首先，灌漿機(jī)、發(fā)動機(jī)應(yīng)進(jìn)行全面檢修，保證機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行。第二，選擇符合要求的土料場，由于灌漿孔吃漿量的不確定性，所選擇的料場土料必須充足。第三，選好水源及送水車輛。
    （2）場地布置。施工現(xiàn)場主要布置在北大堤堤頂上，根據(jù)灌漿泵的輸送能力及施工中的具體情況，土料每100 m一堆，每堆大約20 m3。攪拌機(jī)、發(fā)電機(jī)等布置在背水坡側(cè)。
    （3）鉆孔。鉆孔之前，先根據(jù)設(shè)計要求布好孔位，采用洛陽鏟打孔，造孔應(yīng)保證垂直，傾斜度不大于2％。
    （4）護(hù)壁管安放。護(hù)壁管的作用是使堤頂不致過早劈裂，保證灌漿效果。護(hù)壁管為DN 100的無縫鋼管，長5 m。下管方法：懸吊起護(hù)壁管放入孔內(nèi)，上管口在離地1.0 m時用布纏繞護(hù)壁管，徐徐落下；在離地0.3 m時，再用布條二次封堵孔口并填土夯實(shí)，防止?jié){液從孔口冒漿。上述封孔方法在施工中效果較好。
    （5）灌漿。采用不分序依次向前推進(jìn)的循環(huán)式劈裂灌漿法。所謂劈裂式，即在套管頂部加回漿管，當(dāng)孔口壓力過高時，從回漿管回漿，以加快漿液的流動性，減少和避免固形物在灌漿管中沉淀。灌漿流程（圖1）。
    漿液由泥漿泵通過注漿管壓入孔內(nèi)，排氣完畢后，關(guān)閉閥門，向孔內(nèi)注漿直至大堤劈裂冒漿。注漿裝置如圖2所示。
    第一，泥漿比重的控制。制漿采用機(jī)械拌制，水與干土重量比為1∶1～1∶1.6。灌漿過程中根據(jù)吃漿量的大小變化，調(diào)節(jié)泥漿比重，吃漿量大時濃些，反之稀些。每孔初灌時，為打開漿路，采用比重為1.53～1.55 g/cm3的稀泥漿，隨后逐漸增大泥漿稠度，一般控制在1.64～1.66 g/cm3之間，封孔泥漿比重控制在1.70～1.74 g/cm3之間，泥漿比重采用比重計測量。
    第二，時間間隔。初灌與第一次復(fù)灌的時間間隔為15 h，復(fù)灌1～2、2～3等以后的復(fù)灌間隔時間均為30 h。
    第三，灌漿壓力。灌漿壓力是保證灌漿質(zhì)量的關(guān)鍵，壓力過大會對大堤的穩(wěn)定不利，過低則會降低灌漿效果，達(dá)不到預(yù)期目的。設(shè)計灌漿壓力0.15～0.6 MPa，但在施工時，不把它作為控制性指標(biāo)，而是以大堤劈裂冒漿為原則。灌漿時壓力由小逐漸加大，達(dá)到0.15 MPa時持續(xù)灌漿5分鐘，如仍不出現(xiàn)劈裂，加大注漿壓力，直至堤頂劈裂。裂縫出現(xiàn)后，為了延長劈裂時間，適當(dāng)減少注漿量（減少20％～30％），繼續(xù)升壓，直至劈裂冒漿。
    第四，結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。灌漿采用初灌一次，復(fù)灌兩次。如果復(fù)灌2的吃漿量大于總吃漿量的15％，則應(yīng)進(jìn)行第三次復(fù)灌、第四次復(fù)灌……直至最后一次的吃漿量小于總吃漿量的15％為止。
    第五，封孔。終灌結(jié)束后在孔內(nèi)注滿容重大于1.6 g/cm3泥漿，漿面下沉后再灌，直至漿面不再下沉為止，施工中一般注入3～5次。
    第六，觀測記錄。灌漿過程中，應(yīng)做好現(xiàn)場施工記錄工作，動態(tài)觀測灌漿過程中的各種變化，如劈裂縫的寬度、長度、方向的變化、地基的鼓起范圍和高程、堤坡局部平面位移、各孔吃漿量等，以備查詢。
    6 灌漿效果
    通過對觀測記錄分析，孔間劈裂縫的搭接率在80％以上，局部段達(dá)到100％，縫寬一般為4～13 mm，最寬的達(dá)到30 mm，平均單孔吃漿量為2.15 m3，最大單孔吃漿量為31.8 m3，吃漿量大的灌漿孔說明其周圍存在較大的洞穴。灌漿結(jié)束后，隨機(jī)挖深3.0 m、長3.0 m、寬1.5 m的深坑5個，深坑中劈裂縫由灌漿孔底部貫通到了堤頂，裂縫最寬處達(dá)到了30 mm，漿脈清楚，漿液固結(jié)體密實(shí)。距漿脈10 cm、30 cm處各取5組土樣進(jìn)行檢測，10 cm組的干容重平均為15 kN/m3，30 cm組的干容重平均為14.6 kN/m3，灌漿效果明顯，達(dá)到了堤防防滲加固的目的。