注漿技術在河道防滲中的應用探討

韓竹東，樂 應 ，汪 杰

流經礦區河道若不經過治理，經過長時間的滲漏易造成地面塌陷，對礦區周邊居民的人身安全及房屋造成危害，同時河道水潰入礦坑也易造成淹井事故。安徽銅陵新橋礦業圣沖河及新西河經前期物探，發現基巖面附近存在過水通道，為防止產生地面塌陷，河道水潰入礦坑，新橋礦業最終決定采用注漿方案治理河道滲漏。

1 工程概況

新橋礦業位于安徽省銅陵市，該礦山是一座以硫礦為主的大型露天—地下聯合開采的礦山。礦區水文地質條件復雜,礦坑涌水量大，為典型的大水礦山。礦山東側采用露天開采，截止2015 年礦坑開采深度即將達到設計露天開采最終標高。為了防止井采過程中出現水害事故，設計采用露天坑邊坡外側地表近礦體帷幕注漿方案及新西河局部河床防滲注漿方案聯合治水。

2 滲漏問題的原因

由于工程開發的外部條件和內部條件完善程度差異，造成工程建設后極有可能會出現滲漏問題，對水利工程后續開發、應用產生影響。筆者結合當代水利工程建設的實際情況，將出現滲漏問題的原因歸納為：

2.1 內部原因

建設期間滲漏技術的應用，多會按照水利工程建設的整體建設情況，將工程施工區域分為多個部分，而各個部分切割施工竣工后再重新組合起來，但施工時往往對水利工程建設的連接部分防護不到位，導致區域切割部分出現連接縫過大，連接區域破損等，這樣的水利防水結構，自然也就造成了建設后滲水的問題（詳見表1）。同時，防滲技術施工期間，施工人員只注重底部滲水防護，而忽視了水利建設周圍墻體滲水問題分析。水利工程建設后，工程周圍墻體建設區域內，也極有可能會出現表層滲水的問題。

2.2 外部原因

建設過程中應用的建設材料不合格，工程建設后，壩體邊緣、壩體防護區域，就會出現混凝土結構脫落、局部墻體坍塌的問題，防滲技術在水利工程中應用的效果就會明顯下降。

同時，水利工程建設期間，由于施工人員對施工各個環節不夠了解，防滲技術施工要點把握不到位，在區域施工時也會遺留下技術殘缺，導致工程施工后滲水。

此外，由于水利大壩、橋梁等部分，長期處于潮濕，水體強度沖擊的狀態，混凝土建設部分極易出現局域老化的情況，也會造成以混凝土為主的防護墻體區域老化。

3 河道防滲加固區工程量布置

河道防滲加固區范圍主要通過前期物探試驗確定，經物探試驗確定的防滲加固區面積約25983m2。共分為8 個加固區，加固區平面上呈長帶狀，其中圣沖河A 區加固體長度約280m，加固體寬20-50m。新西河B-H 區長度520m，加固體最寬處C 區60m，一般40-60m。

4 河道防滲加固區水文地質條件

根據前期水文地質勘探成果，河道防滲加固區自上而下含水層主要有2 大類：第四系孔隙水及碳酸鹽巖巖溶裂隙水。

4.1 第四系孔隙水

防滲加固區內第四系范圍主要分布于圣沖河、朱沖河河谷、河床地帶，主要分為全新統沖洪積()松散孔隙含水層及中更新統沖洪積()弱孔隙含水層。

（2）弱富水孔隙含水層

4.2 碳酸鹽巖類巖溶裂隙水

強～中等富水碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組

茅口組(P1m)：巖性為灰巖，-150m 以上巖溶裂隙較發育，前期勘探時鉆孔見洞率為66.6%，平均巖溶率6.33%。富水性強，鉆孔遇此層時多處漏水，含水性極不均一，該層滲透系數為0.01 ～26.61m/d，為礦床間接充水頂板。

5 注漿防滲加固設計參數

設計注漿孔間距10m，設計注漿防滲底深度為進入灰巖10m，設計注漿加固體滲透系數為0.06m/d(近似于透水率5Lu)。

6 注漿施工工藝

6.1 注漿材料

河道防滲加固注漿以水泥粘土漿為主，漿液的配制集中在制漿站攪拌配制，自流至二次攪拌桶，再通過注漿泵向鉆孔內灌注。漿液濃度由稀至濃，漿液配比主要有（水泥：粘土：水）1:3:4.8、1:3:4、1:2:3、1:1:2 四種供注漿選擇，添加劑為水玻璃，水玻璃占固體比重多在1%，對于注漿量較大區域，添加水玻璃2%。

注漿水泥：P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥。粘土：塑性指數≥15，小于0.005mm 粒徑含量不小于40%，0.005 ～0.05mm 粒徑含量一般不大于45%，含砂量（0.05 ～0.25mm）不大于5%。水玻璃：模數為2.8 ～3.4，濃度為38 ～45 波美度。

6.2 注漿方式

由于注漿鉆孔較淺，為了防止地面冒漿，便于控壓同時保證注漿質量，本次注漿采用自上而下孔口封閉孔內循環式注漿。

即孔內下入套管，孔口使用孔口封閉器封閉，射漿管穿過孔口封閉器進入鉆孔，注漿時漿液通過射漿管送至孔內。注漿泵安裝回漿裝置，用以注漿時的壓力調節。

6.3 注漿段長

主要分為兩段式注漿，第一段鉆進至基巖面1～2m，封套管后進行注漿，若在第四系土層遇空洞應立即停鉆注漿。第二段直接鉆進至灰巖以下10m，然后進行注漿。

6.4 注漿壓力

注漿過程中，將壓力計安裝在注漿孔口回漿管路上，并依據設計注漿終壓來確定不同孔段的注漿壓力。第四系注漿主要為了加固土層，填充土洞，設計終壓采用0.3MPa；基巖部分按正常注漿壓力控制，因鉆孔較淺（多為30～50m）設計注漿終壓為1.2 MPa，減去漿柱壓力，即孔口表壓為0.4 MPa。

由于鉆孔較淺，第四系注漿極易出現冒漿現象，對于冒漿嚴重鉆孔段，在遵照設計的基礎上，注漿結束壓力可適當降低。

6.5 漿液濃度的變換

單次注漿過程中當某一配比的水泥粘土漿注入量已達25m3，并且注漿壓力無明顯上升時，則改用濃一級配比漿液；當采用最濃配比的漿液灌注仍不起壓時，則增加水玻璃用量，從起注時的1%增加到2%。仍然沒有起壓的，則需間歇注漿，間歇注漿第四系注漿段一次注漿量約100m3，基巖注漿段一次注漿量約150 m3，間歇時長一般為8 小時。

6.6 注漿結束標準

注漿過程中滿足以下兩點即可結束該段注漿：

①注漿壓力均勻持續上升達到設計注漿終壓，同時鉆孔單位吸漿量小于10L/min 時，并且持續30 分鐘即可結束注漿。

②注漿完畢后，經待凝、掃孔、鉆孔沖洗后，再進行單段壓水試驗，段次單位透水率小于3Lu 即可完成該段注漿。

6.7 注漿孔封孔

注漿孔最后一段達到注漿結束標準后，經全孔壓水試驗檢驗合格即可進行封孔，若壓水試驗不合格應進行全孔注漿直到壓水試驗合格。因鉆孔較淺，封孔采用“全孔灌漿封閉法”進行封孔。直接將孔口封閉，進行純壓式灌注封孔。封孔時漿液采用配比為1:1:1.6 的水泥粘土漿，壓力采用1-2 倍最大注漿壓力。封孔結束后，孔內漿液凝結會產生空孔段，對空孔段用漿液配比為1:1:1.6 的粘土漿填滿。

7 注漿防滲效果評價

河道防滲注漿完成后施工了26 個檢查孔，檢查孔多處可見漿液結石體，表明注漿漿液擴散較好。同時對檢查孔進行了壓水試驗，檢查孔透水率均小于3Lu，滿足設計要求，說明注漿漿液對周圍土層及巖層充填較好。

河道防滲加固工程的處理地層很大一部分是第四系卵石土（碎石土），由于壓水試驗時，流量較大，容易沖垮孔壁，遂同時采用注水試驗獲取第四系土層的透水率。本工程注漿加固區域采用降水頭注水試驗。

本工程對檢查孔J11、J12、J17、J19、J25、J26 做了注水試驗，得出試驗結果見表1。

表1 部分檢查孔注水試驗結果

由上表可知，注漿后第四系滲透系數極小，基本不透水。由此可見河道防滲加固工程對河道電阻異常區域注漿效果顯著，有效的加固了第四系碎石土層，充分的填充了灰巖的裂隙、巖溶區域，達到了原設計方案的處理效果。

8 混凝土防滲技術施工設備

8.1 防滲墻施工設備

（1）鋼繩沖鉆機。在建設防滲墻時要使用的設備是鉆孔機械，在應用鋼繩沖鉆機時要先對地層進行破碎沖擊施工。在實際的工作中，這是必須要進行的步驟。之后要有效清理地屑層，此時用到的工具是抽砂筒，但是這種方法其中存在一些缺陷，效率過低就是缺陷之一，不僅如此，還會消耗大量的電能。

（2）沖擊式循環鉆機。在當前的發展階段中，沖擊式反循環鉆機也是一種常用的防滲墻施工設備。與鋼繩沖鉆機相比，具有消耗能量低的優勢，而且施工效率也有所提升。正是因為該設備優勢較為明顯，所以在實際的施工工作中得到了廣泛的應用。

8.2 防滲墻造孔設備

造孔工藝主要應用于防滲墻槽孔筑造施工中，工藝方法有兩種，其中一種是鉆劈法，在砂卵石地層中這種方法比較適用。在具體的施工中，要劃分不同的槽段，之后同時跟進分槽孔和主槽孔工藝。當槽孔達到一定深度后，要劈打副孔，并將石渣清理干凈。另外一種方法是鉆抓法，這種方法在緊密的地層造孔中比較適用，需要用到的工具是沖擊鉆。

9 防滲技術在建設中應用要點探究

9.1 明確技術應用一般流程

防滲技術，是指借助專業的技術手段，在水利工程建設過程中，針對大壩底部、橋梁基墩等部分，開展專業的防護措施。一般來說，防滲技術的應用需經過：灌漿、防滲墻建設、以及邊緣檢驗三方面。

灌漿環節，是防滲技術實施的基礎，該環節主要通過鉆孔、沖洗、注水試驗三個步驟，對水利工程建設的根基部分進行建設。防滲墻建設，是通過鉆進、固壁兩個步驟的工作，對防滲基層進行防滲加固。即，防滲加固處理中的每一次墻體加固建設，都是對地下連體墻建設條件的外部固定;且防滲墻建設中應用的鋼繩，具有堅固和頑固力強的優勢，可直接對水利工程的整體結構進行加固。注水試驗，是指進行水利工程施工建設時，要結合水利工程建設的以上兩個步驟，科學把握水利建設各個環節承受力、穩固性的測驗，三個步驟全部完成后，方可實現了防滲技術的完全應用。

9.2 振動沉模法

理論歸納。振動沉模法，是指以振動沖擊樁固定聯合模板加固的方法，對水利工程建設中的墻體進行加固。該種方法主要是以振動體系的振動沖擊力在振動時所產生的豎向振動強度，將空腹鋼板模型沉入到地層建設當中，使墻體在鋼板加固的狀態下，可在振膜與帷幕之間建立良好的防滲阻隔屏障。該技術的技術要點可歸納為：

（1）振動墻體建設。施工人員按照水利工程建設的一般要求，建立水利工程建設模型，并用振動沖擊樁對其進行固定。

（2）振動沉模板按照垂直與墻面擺放，且保持墻面平整、無縫。

（3）建立墻體抗滲坡，并按照100 平方米為以個模塊的標準，在墻體邊緣修筑防滲坡。

（4）按照墻體振動強度的大小，適當調整防滲板周圍鵝卵石的數量，但鵝卵石放置高度應＞15m。

9.3 噴射灌漿調節法

噴射灌漿調節法，也稱為往復式高壓灌漿法，是指水利工程建設期間，除了按照常規灌漿法進行基層處理之外，還應在后續防滲模板建設時，利用專業的高壓噴射設備，進行防滲層的高壓噴射。一般來說，噴射灌漿發調節法，需在防滲墻建設后，集中進行水泥漿、水體、以及氣體的噴射，以避免防滲墻在后期水體沖擊時，出現開裂、滲水的問題。

9.4 復合土防滲法

復合土防滲法，是指利用水利工程壩的土壩結構，加強水利工程的防滲能力。一方面，復合土應用時，必須是黏度、密度相似的素土作基層。另一方面，復合土防滲工膜部分，需按照現澆混凝土、混凝土預制板、干砌塊石順序逐層放置的方法進行固定。

9.5 托底防滲策略

拖底灌漿防滲技術，是一項大規模區域空間填充防滲措施，或者也可以將該種防滲策略，看作是水利工程建設中的一種懸掛式保護屏障。該技術實施步驟可歸納為：

（1）基層灌漿環節進行初步加固。即，水利工程中的防滲墻體建設時，需尤為注意基層灌漿部分底部灌漿的穩固情況，一般基層灌漿時，采用稠漿和砂礫為灌漿的主要材料。

（2）基層灌漿后，外部加壓強度要在底部預留出2-5cm 的大孔隙。該環節中預留出來的底部孔隙，是為后續帷幕建設期間上層加壓處理時發生下沉提供空間。

（3）將底部大孔隙徹底固定密封。

9.6 防滲墻槽孔技術

防滲墻槽孔技術，是指在水利工程防滲墻體建設過程中，可通過預留水體流動空間的方法，減少防滲墻周圍的沖擊力度。簡單來說，防滲墻孔槽技術，就是在防滲墻體下側留置一個水流孔。當水流區域受到巨大的沖擊時，水流可通過小孔流向對側，而不會增加水體對防滲墻的沖擊。②案例探究。舉例來說，G 地區水利工程建設期間，施工人員為了避免區域水流漲潮、落潮造成的沖擊，在進行防滲墻建設時，按照500m 一個防滲槽孔的標準進行水流強度調節。同時，在小孔建設期間，內部采用巖石層層搭建的方式，設計一個水流調節小孔。而小孔轉折區域采用沿岸管道引流法進行排水。該工程建設過程中所應用的水體引流調節方法，不僅可以減少水利工程水利防滲墻體所受的沖擊，也可以調節漲潮、落潮時的水流沖擊力度，降低水利工程建設區域坍塌的問題發生。

10 結論

通過采用合理的設計參數、施工工藝及漿液材料對河道防滲加固區進行注漿處理，取得了良好的防滲效果。說明注漿技術適用于河道防滲加固處理，對類似河道防滲加固處理具有參考借鑒價值。