塑性混凝土预灌浆加固技术在船闸临时挡水土石坝中的应用

张剑 中交四航局第五工程有限公司

1.应用背景

塑性混凝土作为近年来新兴的一种新型防渗材料，主要是利用混凝土较低的弹性模量、较大的极限应变、和易性强、可塑性好、质量可靠的特点快速形成防渗墙，被广泛应用于船闸临时挡水土石坝防渗施工中。

赣江某船闸上游临时挡水土石坝塑性防渗墙施工，采用预加固技术将下部的砂砾石层予以加固，有效减少塌孔，提高了成槽质量；增加了软弱地质下塑性混凝土防渗墙成功实施的可能，达到了设计预期。

2.工程概况

2.1 工程平面布置及规模

赣江某航电枢纽二线船闸位于一线船闸右岸电站旧管理区内。为创建船闸上游结构施工干地环境，需拆除一线枢纽大坝与船闸重叠部分，并在上游一侧新建临时挡水土坝。新建挡水土坝左侧端部与厂区公路土路基衔接，右侧端部接就近山体，呈现类似倒“7”型布置，临时挡水土石坝（以下简称土石坝）设计防渗轴线总长约540 m，与厂区既有公路土路基衔接部位直线度长约102m，南北方向长度约91m，土石坝圆弧段长度约89 m，东西方向接一线船闸段长度约257m。本工程临时挡水土石坝，建筑物级别同航电枢纽原土石坝，均为1级。设计洪水重现期为一千年，校核洪水重现期为一万年。

2.2 工程防渗设计概述

临时挡水土坝坝壳料主要为硬岩石渣料、开挖石渣料、粘土料和砂砾料，其中硬岩石渣料用于上、下游戗堤水下进占；开挖石渣料用于96.5m高程以上坝体的填筑；砂砾料用于96.5m高程以下戗堤之间的坝体填筑；粘土料用于96.5m高程以上粘土心墙的填筑。

本项目防渗体系采用粘土心墙+塑性混凝土+帷幕灌浆防渗形式，土石坝96m以上高程设计为粘土心墙，96m高程以下采用塑性混凝土防渗墙，其下接帷幕灌浆，整体防渗墙体设计厚度80cm，设计承受的最大水头约40m，顶标高为EL103.6m，底部要求入透水率小于5Lu顶界线以下5.0m。塑性混凝土防渗墙体物理力学指标要求见表1。

表1 塑性混凝土防渗墙设计指标

临时挡水土坝塑性混凝土防渗墙设计面积21201m2，项目于2019年12月9日完成塑性混凝土防渗墙首件施工，2020年8月2日完成最后1个槽段施工，共用时237天。

2.3 工程地质状况

临时挡水土坝位于右岸上游库内，原始地貌为Ⅰ级阶地和Ⅱ级阶地并逐渐过渡到右岸山体。阶地内松散覆盖层厚度为14.7～20.0m，主要地层为人工填土、粘性土和砂砾石层及其混合土，基岩面高程为64～70m。表层为成库后沉积的软土淤泥，淤泥下则是强度较低、变形大的人工填土地层。人工填土因尚未完成自重固结，结构松散。

3.预灌浆加固施工工艺简述

3.1 目的

塑性混凝土防渗墙施工紧跟开挖石渣料和砂砾石料回填施工进度，考虑到设计砂砾石填筑层厚约15～20m，50～200mm粒径占40%，且土石坝下承层地质本身存在砂卵石层，根据卵、砾石透水、松散特性，为防止塌孔，若防渗墙施工采用传统液压抓斗直接抓取，难以成槽，因此在防渗轴线两侧进行钻孔预灌加固处理，处理深度为回填料回填厚度。

3.2 预灌浆孔布置

本工程预灌浆加固范围以防渗轴线为基线，两侧导墙边线为控制边线，预灌浆钻孔中心距离防渗轴线1.4m，孔距1.2m，钻孔成孔直径不小于91mm。

3.3 施工工艺

预灌浆主要采用袖阀管，伸入孔底，由底部开始分段灌注浆液，钻孔达到设计要求深度终孔后，向孔内灌注套壳料并下入套阀管，提起套管，插入袖阀管后灌浆，灌浆下限为土石坝原基面下1.0m。预灌浆做法为后台根据配合比拌制浆液，经注浆泵加压输送浆液，通过连通的管道进入袖阀管（即钻有泄浆孔的PVC管），不断注入的浆液产生的压力撑开袖阀管密封橡胶垫圈，击碎套壳料。随着袖阀管内压力，浆液通过套壳料破口，渗入加固底层，并随着压力不断外延，压力消散，浆液将滞留土石中，最终形成固结体，达到止水防渗的效果。

4.施工过程质量控制措施

（1）通过施作先导孔作为地质补充勘察手段，确定具体的预灌浆深度。

（2）钻孔过程及插入阀管过程中需特别注意垂直度的控制，确保孔底偏斜率≤2.5%，尤其是孔深20m以内范围偏斜率的控制。

（3）袖阀管内浆液灌注需要根据典型施工，获得稠度和强度参数，阻止浆液垂直方向流动，确保灌浆有效范围满足设计的要求。

（4）以配合比试验数据为依据，通过土石坝填筑料密实度质量，调整浆液施工配合比，指导并确定注浆泵压力值。

（5）灌浆单位注入量达到设计规定最大值指标时，及时控制最大灌浆压力，保持持续灌注时间达到20min，保障灌浆的注入率≤20L/min，并确保孔口溢流出浆液后停止灌浆。

5.施工过程出现的问题及对策

（1）污水和异物进入灌浆管道，预灌浆孔成孔后不能及时灌浆的孔口需封闭，在试验检测时需采取保留灌浆孔，并采用细砂填孔，孔口使用木塞等材料保护。

（2）套阀管冲开封闭橡胶环困难，可酌情采取下列方法处理：①灌浆孔内袖阀管临时封堵塞位置发现不正确，可采取拔出袖阀管，通过调整封堵位置纠正；②压力不足时通过调整压力，采取高压冲环方式；③高压冲环失败时可调整封闭环位置或重新开设环位灌浆方式。

（3）灌浆后冒浆位置沿孔壁冒浆，可考虑下列方法：①封闭错误的冒浆位置；②调低灌浆压力，采用较稠的浆液灌注；③采用时间间隔灌浆的方式；④通过试验，调整并使用外加剂或其他符合要求的掺合料。

（4）灌浆时浆液在套阀管道内出现漏点，无法实现孔口返浆，可考虑区别对待，采取下列方法：①探查套阀管出现渗漏点的位置，由管道底部开始，逐一段落排查；②重新安装套阀管内的灌浆环塞，或通过加宽灌浆环宽度；③使用无环塞的套阀管道，并采取上下拔插的方式挤压灌浆。

（5）灌浆由于各种原因导致施工中断，需查明原因、尽快恢复施工。当灌浆注入工效与施工中断前相近，可直接使用原浆液配合比施工；当灌浆施工中断时间较长，灌浆注入工效明显降低，后台吸浆困难，采用最大灌浆压力进行压水冲洗，确保管道畅通后再复灌。

6.预加固灌浆的效果

临时挡水土石坝完成全部施工后，在挡水前完成了坝顶变形测点的埋设，并取得初始值；开展基坑抽水试验检测阶段，基坑降水速度不超过2m/d，抽水过程中采集了渗漏和变形监测数据，抽水完成后连续监测和巡视检查2周后，组织相关专家对成果进行检查、评定。经专家组鉴定，土石坝在采取预加固灌浆措施后成型的塑性混凝土防渗墙和帷幕灌浆已形成挡水条件，土石坝内干水后无渗流现象出现，防渗体系已起作用，临时挡水土石坝初步效果显现。

在进入下一步土石坝内基坑开挖施工中，将持续关注渗流、渗漏现象，及时采取防范措施，确保基坑内船闸结构施工安全及土石坝的安全。

对于预灌浆加固的部位，建议可以尝试以帷幕灌浆位置为基础，加固深度仍考虑坝体卵砾石填筑高度，以便降低成本，加快施工速度。

7.结语

通过临时挡水土石坝塑性混凝土防渗墙实施前采用预灌浆技术的实践证明，预灌浆有效防止了软弱地质状况下，塑性混凝土防渗墙体成孔过程塌孔现象发生，虽然花费了一定成本，但确保了土石坝顺利实现挡水目标，验证了措施可行。