袖阀管法灌浆施工技术在倒虹吸基础防渗中的应用

袖阀管法灌浆施工技术在倒虹吸基础防渗中的应用

作者：岳秀瑜

来源：《中国高新技术企业》2015年第22期

摘要：袖阀管灌浆法由法国LETANCHE基础工程公司发明问世以来，在国内外得到了广泛应用。笔者参建的南水北调工程倒虹吸因底板下卵石层透水率大，不能满足抗浮要求，采用了袖阀管法灌浆基础处理。文章通过袖阀管法灌浆技术在实际工程中的运用，对试验及施工方法进行了论述，对类似工程起到一定的借鉴作用。

关键词：南水北调；基础处理；袖阀管法灌浆；倒虹吸；基础防渗 文献标识码：A 中图分类号：TV223 文章编号：1009-2374（2015）21-0063-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.032 1 工程概况

南水北调中线工程辉县段午峪河倒虹吸由进口渐变段、进口检修闸、管身段、出口控制闸和出口渐变段组成。进口渐变段长45m，出口渐变段长50m，采用直线扭曲面形式。边坡系数0～2.0，底宽20m～32.42m，底板厚1m。渐变段始端为半重力式挡土墙，墙高10.7m，末端为贴坡式挡土墙。

工程地质条件：场区地层划分为6个工程地质单元，分别为：（1）卵石（alplQ2 4）：层厚0.8～1.2m，分布于河床；（2）卵石（alplQ1 4）：层厚一般4.0～10.3m，层间夹有砂壤土及粉砂透镜体；（3）黄土状重粉质壤土（alplQ1 4）：层厚1.3～6.9m，厚度不稳定，该层在河床及左岸段夹有卵石、中砂透镜体；（4）卵石（alplQ1 4）：层厚2.5～18.2m，局部夹黄土状重粉质壤土透镜体，在场区东南（NDA16-7～NDA16-9孔附近）变薄；（5）黄土状重粉质壤土（alplQ2 3）：层厚1.1～5.0m，呈薄层或宽大的透镜体状分布，厚度不稳定；（6）卵石（alplQ2 3）：未揭穿，揭露最大厚度11m。 2 现场试验确定施工参数 2.1 试验目的

通过调整灌浆压力、孔排距、灌浆材料以及其他灌浆参数使灌浆效果能满足设计渗透系数的要求。为下步灌浆施工提供经济合理的参数。 2.2 设计参数及设计标准

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设计参数：灌浆试验的孔距2.5m，排距2.5m，灌浆压力0.3MPa，灌浆浆液干料与水之比为1∶2（干料中水泥与粉煤灰之比为1∶2）。设计标准：灌浆后地层的渗透系数小于3×10-5cm/s。

2.3 试验参数

现场试验分三种参数进行，方案一依据设计图纸拟定的灌浆参数进行。即：灌浆压力0.3MPa，灌浆孔、排距均为2.5m；方案二选定灌浆参数为：灌浆压力0.25 MPa，灌浆孔间排距均为2.0m；方案三选定灌浆参数为：灌浆压力0.3 MPa，灌浆孔间排距均为2.2m。 2.4 试验过程

灌浆试验分三个区域即方案一区、方案二区、方案三区；灌浆试验于2010年3月5日开始，6月19日完成，历时105天。完成试验孔36个，检查孔3个，钻孔总进尺278.66m，灌浆总进尺246.36m，检查孔进尺20.3m，共用干料116.1T（其中水泥38.7T，粉煤灰77.4T）。其中方案一区钻灌浆孔总进尺79m，灌浆总进尺73m，用干料45.675T（其中水泥15.225T，粉煤灰30.45T），平均每米干耗量626Kg；方案二区钻灌浆孔进尺89.68m，灌浆进尺83.68m，用干料34.725T，（其中水泥11.575T，粉煤灰23.15T），平均每米干耗量415kg；方案三区钻灌浆孔进尺89.68m，灌浆进尺83.68m，用干料35.7T（其中水泥11.9T，粉煤灰23.8T），平均每米干耗量427kg。 2.5 试验结果

在地层透水性一定的情况下，增加灌浆压力能使浆液扩散的更远，灌入更多的浆液。在灌浆过程中，方案一采用0.3MPa压力灌浆，离孔口3m内灌浆时出现了砼垫层抬动、开裂的情况和从砼垫层外冒浆的情况；方案二采用0.25MPa压力灌浆，也出现了砼垫层抬动、开裂的情况和从砼垫层外冒浆的情况，抬动观测值为0.3cm至2cm不等；方案三采用0.3MPa压力灌浆，出现抬动均小于0.4cm，砼垫层未见开裂。本次灌浆试验通过比较灌浆量和压力的关系、发现灌入量与灌浆压力关系不大，灌入量与灌浆孔每米控制、充填的体积、面积基本成正比。 根据试验成果，计算单位控制体积（X）与单位灌入量（Y）的相关系数为0.947，表示单位控制体积（X）与单位灌入量（Y）具有很强的线性相关性。依据试验数据计算得线性回归方程式为：Y=80.45X-7.33。

三种试验方案最终渗透率都能满足设计渗透系数小于3×10-5cm/s的要求，但较大的孔排距施工方案可减少钻孔工程量，最终选定孔排距均为2.5m，灌浆压力为0.3MPa的施工方案。 3 施工方法 3.1 施工布置

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灌浆施工时，将钻机布置在砼垫层上，其他施工机械布置在砼垫层以外不影响交通的地方。

3.2 工艺流程

灌浆施工流程：钻机定位→开孔→（泥浆护壁）钻孔→终孔→注入套壳料→下袖阀管→待凝→开环→（自下而上分段）灌浆→灌浆结束→移机。 3.3 钻孔施工

采用回转式地质钻机成孔。合金钻头要用针形状的，冲洗液用泥浆，开孔的孔径在10mm，灌浆孔孔径91mm。钻孔要一次性成功，钻至设计高程后停止钻进。 3.4 灌注套壳料

灌注套壳料：套壳料是由水泥、黏土按一定配比（水泥∶黏土：水为1∶1.5∶1.9）混合制成的浆液。在导管孔底10cm的地方放置，把套壳料用灌浆泵通过导管放置在孔底，浇注套壳料需要一气呵成，在进行的过程中不能停顿，用最短的时间灌注套壳料，时间最长也要在20min以内。

下花管：袖阀管在套壳料灌注完以后就马上下入，把袖阀管放置在正中间，同时固定中，设计的条件和要求要与管底高程相符合，管口需加以保护，在离地面10～20cm之间。 袖阀管为专用管材，外径55mm，内径39mm，底端封闭，每环钻孔6个，环距33cm，环孔用橡皮箍箍住。袖阀管单根长33cm，可组合任意长度。 待凝：套壳料灌注完毕后，须待凝3～5d才能灌浆。 3.5 灌浆施工

3.5.1 灌浆材料。使用粉煤灰水泥浆液，水泥采用Po42.5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用一级粉煤灰，水采用洁净地下水。水泥与粉煤灰之比为1∶2，干料与水之比为1∶2。制浆的材料称量的误差需要保证在5%以内，制浆材料的称量误差应小于5%。每部灌浆机都配备一部专用的灰浆搅拌机。水泥浆搅拌时间不小于3min。必须把浆液在使用前筛一下，浆液制备必须在4h内用完，如果余浆超过4h，就把它们视作废浆，做废浆处理。寒冷季节在施工的时候应做好御寒措施，浆液的温度控制在5℃～40℃。

3.5.2 灌浆。灌浆的方法是从上到下，灌的时候先灌最后一环，最低环，一环一环网上移动，最上面的一环最后再灌。灌浆的程序是：开始灌浆工作是在套壳料凝固，一直到规定强度范围内，第一是先洗干净袖阀管，必须用清水洗，然后向袖阀管内下入双塞式灌浆塞，灌浆塞出浆口与袖阀管环孔位置应一致。袖阀管里的灌浆段在灌浆泵的作用下，压力越来越大，一直

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到套壳料被清水压开，套壳料有裂缝出现，这样环就是开了。环开以后，把水泥浆灌注在砂卵石层里，灌注一定要按规定操作，开环的比率不能低于95%，中排孔的环必须都要开环，边排空的空段不开环的数量不能超过3个。

3.5.3 灌浆结束标准和封孔。灌浆段在规定最大压力下，注入率要低于每分钟0.4L，之后再灌注大约30min后，灌浆这一过程就可以截止，如果注入率低于每分钟一升，灌注时间可以延长至60min。袖阀管灌浆结束并验收合格后对袖阀管进行封孔，封孔采用纯水泥浆。 3.6 质量检查

灌浆的质量必须要严格检测，时间是在灌浆完毕之后的14d，使用钻孔注水的方法进行检查。

4 质量控制措施 4.1 施工测量控制

测量加深，严格检查工作，为确保准确度，不论是测量的员工还是检测的仪器都需要合理的搭配。加强测量放线及检查工作，配合适当的测量仪器和测量人员，确保钻孔位置和尺寸的准确性。

4.2 原材料质量控制

袖阀管灌浆主要是用水泥和粉煤灰这两种作为原材料，这两种材料的质量必须要达到统一标准，在材料进场后，产品是否有合格证，化验单是不是完整，都必须严格核实，并在有资质的实验室进行复检，确保无误后方可使用；材料的存放位置必须要在地势高、不潮湿的地方，并且要确保交通方便，优先使用先到的材料；材料的配比一定要参照规定的浆液比计算，误差不超过5%。 4.3 钻孔质量控制

务必平稳牢固的安装钻机。钻机设计的空位和实际的空位偏差要在10cm以内；钻孔的深度要和设计的深度相符合，钻完以后，孔底沉下去的渣子要有小于10cm的厚度；袖阀管的安装位置要在中间，安装的深度误差必须在10cm以内，袖阀管在地面上大概10～20cm的高度，封闭管的底部，在管口放上盖子，做到保护措施。 4.4 灌浆质量控制

浆液使用普通搅拌机时应大于3min；浆液在使用前应过筛，浆液自制备至用完的时间不宜大于4h；止塞器止塞于环的上下20cm处，开环压力由小到大，直至开环，当开环压力达到2MPa仍不开环时此环不再开。灌浆时发现砼盖重出现抬动、盖重出现裂缝或边缘地面漏浆，

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应立即降低灌浆压力、减少进浆量继续灌注直至灌浆结束，对于上述情况久灌（3h以上）不能结束者可暂停本环灌浆，待以后复灌。 4.5 整理分析数据资料

详细记录好袖阀管在施工中的数据，资料及时准确的整理好，注浆时遇到难题，应及时有条理的分析，并及时采取相应的措施，尽快处理。 5 结语

袖阀管注浆技术作为一种新的技术，一般适用于表面灌浆，深度在50m，它主要具有以下优点：有上下两拦截器，泥浆可以在任何的范围内工作，以达到原有的目的；注浆前，不必设较厚的砼止浆岩墙；注浆的压力变得很大时，发生冒浆和船桨的几率就会降低，结合底层的结构，使用不同的注浆原料，注入一根注浆管道到里面，在进行注浆的工程时，运用不同的参数和方法；此类灌浆的方法在南水北调中得到了运用，对倒虹吸建筑物进出 口渐变段基础的加固和防渗起到了良好的效果。 参考文献

[1] 󰀀杨晓东.锚固与注浆技术手册[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] 󰀀夏克风.水工建筑物水泥灌浆与边坡支护技术[M].北京：中国水利水电出版社，2007. 作者简介：岳秀瑜（1964-），男，河南南阳人，河南省水利第二工程局副高级工程师，研究方向：水利水电工程。 （责任编辑：秦逊玉）

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