堤防灌漿加固與防滲技術(shù)圖文詳解
灌漿技術(shù)是利用壓力將能固結(jié)的漿液通過鉆孔注入巖土孔隙或建筑物的裂隙中,，使其物理力學(xué)性能改善的一種方法。
一、灌漿分類
1.按照灌漿的作用來劃分 （1）固結(jié)灌漿 ,；（2）帷幕灌漿；（3）接觸灌漿,。
2.按照基礎(chǔ)的構(gòu)成來劃分 （1）砂礫石灌漿,；（2）巖石灌漿。
3.按照灌漿材料來劃分 （1）水泥灌漿,；（2）水泥粘土灌漿,；（3）化學(xué)灌漿。
4.按照使用的壓力來劃分 （1）常壓灌漿,；（2）高壓灌漿,。
5.按照灌漿工藝所依據(jù)的理論來劃分 （1）滲入性灌漿；（2）劈裂灌漿,；（3）壓密灌漿
還有其他不同的分類方法,，如常見到的有充填灌漿、裂縫灌漿,、應(yīng)急灌漿,、糾偏灌漿、界面灌漿等等,。
二,、灌漿材料
用于堤防工程的灌漿技術(shù)，是在灌漿壓力作用下,，漿液克服各種阻力而滲入孔隙和裂隙,，壓力越大，吸漿量及漿液擴(kuò)散距離就大,，因此又稱滲入性灌漿,。這種灌漿是在地層結(jié)構(gòu)不被破壞的條件下滲入地層，因而漿液的顆粒尺寸必須小于土的孔隙尺寸,，也就是說,，漿液必須滿足地層的可灌性條件,，因此漿材的選用尤為重要。
適合于堤防灌漿的材料主要有以下幾種：
1.水泥漿 水泥漿是由水泥和水混合經(jīng)攪拌而制成的漿液.為了改進(jìn)漿液性能,，有時(shí)需要在漿中加入少量的添加劑,。
水泥漿液具有來源豐富，價(jià)格便宜,，漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度高,、抗?jié)B性能好、工藝設(shè)備簡單,、操作方便等優(yōu)點(diǎn),，但是水泥漿液是一種顆粒狀的懸浮材料，受到水泥顆粒粒徑的限制,，通常用于粗砂層的加固,。
2.粘土漿 粘土漿是粘土的微小顆粒在水中分散，并與水混合形成的半膠體懸浮液,。選擇灌漿用的粘土,，一般有如下幾個(gè)要求：
塑性指數(shù) 17；
粘粒（粒徑小于0.005mm）含量不小于40％～50％,；
粉粒（粒徑0.005～0.05mm）含量一般不多于45％～50％,；
含砂量（0.05～0.25選自.投標(biāo)書代寫網(wǎng) yipai178.com mm）不大于5％。
粘土漿的結(jié)石強(qiáng)度和粘結(jié)力都比較低,，抗?jié)B壓和沖蝕的能力很弱,，故僅在低水頭的防滲工程上才考慮采用純粘土漿灌漿。
在粘土漿液中,，加入水玻璃溶液,，可配制成粘土水玻璃漿液，水玻璃加量為粘土漿的10％— 15％,，漿液的凝結(jié)時(shí)間可縮短為幾十秒至幾十分,，固結(jié)體滲透系數(shù)為10 5～10 6cm/s。
3.水泥粘土漿 水泥粘土漿是由水泥和粘土兩種基本材料相混合所構(gòu)成的漿液,。水泥和粘土混合可以互相彌補(bǔ)缺點(diǎn),，構(gòu)成性能較好的灌漿漿液。
水泥粘土漿液較單液水泥類漿液成本低,，流動性,、抗?jié)B性好，結(jié)石率高,，目前大壩的砂礫石基礎(chǔ)的防滲灌漿帷幕,，幾乎都是采用水泥粘土漿灌注的。
4.水泥— 水玻璃漿液 水泥— 水玻璃漿液是以水泥和水玻璃溶液組成的一種灌漿材料。它克服了水泥漿液凝結(jié)時(shí)間過長的缺點(diǎn),，水泥— 水玻璃漿液的膠凝時(shí)間可以縮短到幾十分鐘,，甚至數(shù)秒鐘?？晒嘈员燃兯酀{也有所提高,，尤其適合在動水狀態(tài)下粗砂層地基的防滲加固處理。
5.水泥砂漿 在對較大缺陷的部位灌漿時(shí),，可采用水泥砂漿灌漿，一般要求砂的粒徑不大于1.0mm,砂的細(xì)度模數(shù)不大于2,。
在水泥砂漿中加入粘土,，組成水泥粘土砂漿，水泥起固結(jié)強(qiáng)度作用,，粘土起促進(jìn)漿液的穩(wěn)定作用,，砂起填充空洞的作用。水泥粘土砂漿適用于靜水頭壓力較大情況下的較大缺陷,，大洞穴的充填灌漿,。
6.水玻璃類漿液 水玻璃類漿液是由水玻璃溶液和相應(yīng)的膠凝劑組成。灌入地層后,，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)生成硅酸凝膠,，在土（砂）的孔隙中充填，達(dá)到固結(jié)和防滲堵漏的目的,。
水玻璃漿液的粘度小,，流動性好，在用水泥漿或粘土水泥漿難于處理的細(xì)砂層和粉砂層地基,，可使用水玻璃漿液,。
在堤防基礎(chǔ)的加固及防滲處理施工中，漿液的可灌性是決定灌漿效果的最重要參數(shù)
堤基灌漿可以用下式評價(jià)其可灌性：
M=D15/d85 (5-1)
式中：M為灌入比,；D15為受灌地層中15％的顆粒小于該粒徑(mm),；d85為灌注材料中85％的顆粒小于該粒徑(mm)。
M 15可灌注水泥漿,；M 10可灌注水泥粘土漿,。如可灌性不好，可采用水玻璃類漿液灌漿,。幾種灌漿材料的主要特點(diǎn)見表5— 2
表5— 2 幾種灌漿材料的主要特點(diǎn)
上述幾種材料中,，除水玻璃漿液外，價(jià)格都比較低,，水玻璃漿液的價(jià)格比其它漿液的價(jià)格要高一些,，工程多采用水泥漿和水泥粘土漿。對一些非均質(zhì)的粉砂土地基還可以采用水泥和水玻璃漿液分別灌注的方法，達(dá)到復(fù)合加固的目的,。
水泥漿液只能灌入粗砂層,，而對顆粒細(xì)、孔隙小,、工程特征欠佳的粉砂土地基,，水泥灌漿只能進(jìn)入地基土體結(jié)構(gòu)受到破壞而形成的空洞或裂縫中，起不到防滲灌漿的作用,，難以提高地基的抗?jié)B性能,。而水玻璃漿液可以進(jìn)入細(xì)砂層和細(xì)砂層的孔隙。
采用復(fù)合灌漿方法,，可取長補(bǔ)短,，先用水泥灌漿處理，使水泥漿液先行填充地基土體中大小不一的孔洞和裂隙,，經(jīng)48小時(shí)的沉淀和固化,，然后對同一孔進(jìn)行清孔，再灌注水玻璃漿液(如酸性水玻璃漿液),。這樣既可以充分發(fā)揮水泥漿液強(qiáng)度高的特點(diǎn),，又可以充分利用水玻璃漿液的優(yōu)點(diǎn)，提高注漿的效果,。這種復(fù)合灌漿的方法,，已在江蘇豐縣廢黃河畔的范樓閘應(yīng)用，粉砂土的滲透系數(shù)由2.7-4.7×10-4cm/s降至1.3×10-7cm/s以下,。
三,、灌漿工藝
（一）灌漿加固工藝
1.灌漿孔的布設(shè)。加固灌漿孔的布設(shè)常用方格形,、梅花形和六角形,，見圖5－1。方格形的主要優(yōu)點(diǎn)是便于補(bǔ)加灌漿孔,，在復(fù)雜的地區(qū)宜采用這種方法,，而梅花形和六角形布孔的主要缺點(diǎn)是不便于補(bǔ)加灌漿孔，預(yù)計(jì)灌漿后不需補(bǔ)加孔的地基多采用這種形式,。
2.鉆孔,。鉆孔可采用機(jī)鉆、錐鉆,、打管等各種成孔方法,。
3.灌漿施工技術(shù)要點(diǎn)
（1）采用“圍、擠,、壓”的原則,，就是先將灌漿區(qū)圈圍住，再在中間插孔灌漿擠密，最后逐序壓實(shí),，這樣易于保證灌漿質(zhì)量,。最好采用分序灌漿的辦法。
圖5－1 灌漿孔布置圖
（2）在可能的情況下,，以采用較大的壓力為好,。
（3）灌漿開始時(shí)，以稀漿開始,，采用逐步加稠的方法,。
（二） 帷幕灌漿工藝
灌漿技術(shù)除作為加固地基外，也適合堤防工程透水地基的防滲處理,，構(gòu)筑防滲帷幕,。
1.帷幕的設(shè)置
（1）帷幕的位置
堤防基礎(chǔ)的灌漿帷幕應(yīng)與堤防防滲體（多由粘土一類的不透水材料所構(gòu)成）相連，因此帷幕宜設(shè)在堤防臨水側(cè)鋪蓋下或臨水坡腳下,，見圖5—2
（2）帷幕的形式
1）均厚式帷幕 帷幕各排孔的深度均相同,。稱為均厚式帷幕,。在砂礫石層厚度不大,，灌漿帷幕不甚深的情況下，一般多采用這種形式,。
2）階梯式帷幕 在深厚的砂礫石層中,，因?yàn)闈B流坡降隨砂礫石層的加深（即隨帷幕的加深）而逐漸減小，故設(shè)置深帷幕時(shí),，多采用上寬下窄呈階梯狀的帷幕,。幕寬的部位，灌漿孔的排數(shù)多,；幕窄的部位,，灌漿孔的排數(shù)少。
圖5—2 灌漿帷幕位置示意圖
（3）帷幕的深度和厚度
一般情況下,，帷幕深度宜穿過砂礫石層達(dá)到基巖,，這樣可以起到全部封閉滲流通道的作用。帷幕的厚度（T）主要是根據(jù)幕體內(nèi)的允許坡降值來確定的,。但可按下式作初步估算：
T=H/J （5-2）
式中 H為最大作用水頭,，m；J為帷幕的容許比降,，對一般粘土漿可采用J≤3～4,。
對于砂礫石厚度較淺，一般設(shè)置1～2排灌漿孔即可,，對基礎(chǔ)承受的水頭超過25～30m時(shí),，帷幕的組成才設(shè)置2～3排。
灌漿孔距主要決定于地層的滲透性、灌漿壓力,、灌漿材料等有關(guān)因素,，一般要通過試驗(yàn)確定，通?？拙酁?～4m,。如果在灌漿施工過程中，發(fā)現(xiàn)漿液擴(kuò)散范圍不足,，則可采用縮小孔距,，加密鉆孔的辦法來補(bǔ)救。
2.帷幕灌漿方法
鉆孔灌漿方法主要有打花管灌漿法,、套管護(hù)壁法,、循環(huán)鉆灌法和袖閥管法。
（1）打花管灌漿法 首先在地層中打入一下部帶尖頭的花管,，然后沖洗進(jìn)入管中的砂土,，最后自下而上分段撥管灌漿。見圖5—3,。此法比較簡單,，但遇卵石及塊石時(shí)打管很困難，故只適用于較淺的砂土層,。
（2）套管護(hù)壁法 套管護(hù)壁法的施工見圖5— 4所示,，邊鉆孔邊打入護(hù)壁套管，直至預(yù)定的灌漿深度（a）,，接著下入灌漿管（b）,，然后拔套管灌注第一灌漿段（c），再用同法灌注第二段（d）及其余各段,，直至孔頂,。
（3）循環(huán)鉆灌法 如圖5—5，這種方法僅在地表埋設(shè)護(hù)壁管,，而無需在孔中打入套管,，自上而下鉆完一段灌注一段，直至預(yù)定深度為止,，鉆孔時(shí)需用泥漿固壁或較稀的漿液固壁,。如砂礫層表面有粘性土復(fù)蓋，護(hù)壁管可埋設(shè)在土層中（a）,，如無粘土層則埋設(shè)在砂礫石層中（b）,。
圖5—3 打花管灌漿法
圖5－4 套管護(hù)壁灌漿法
圖5—5 循環(huán)鉆灌法
圖5— 6 袖閥管法施工程序
（4）袖閥管法
袖閥管法的施工可分四個(gè)步驟，見圖5—6,。 鉆孔 用優(yōu)質(zhì)泥漿（如膨潤土）固壁,，不用套管護(hù)壁（a）,；插入袖閥管 為使套殼料的厚度均勻，應(yīng)設(shè)法使袖閥管位于鉆孔的中心（b）,；澆注套殼料 用套殼料置換孔內(nèi)泥漿（c）,；套殼料的作用是封閉袖閥管與鉆孔壁之間的環(huán)狀空間，防止灌漿時(shí)漿液流竄,，套殼在規(guī)定的灌漿段范圍內(nèi)受到破碎而開環(huán),，逼使灌漿漿液在一個(gè)灌漿段范圍內(nèi)進(jìn)入地層。灌漿 待套殼料只有一定強(qiáng)度后,，在袖閥管內(nèi)放入帶雙塞的灌漿管進(jìn)行灌漿（d）,。
灌漿方法的選用主要取決于施工隊(duì)伍的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)熟練程度，其中打花管法灌漿最為簡單,，袖閥管法比較復(fù)雜一些,，但施工質(zhì)量較高。袖閥管法可根據(jù)需要灌注任何一個(gè)灌漿段,，還可以進(jìn)行重復(fù)灌漿,。而且可使用較高的灌漿壓力，冒漿和串漿的可能性小,。
在砂礫石層灌漿中,，對灌漿壓力的確定，目前還缺乏統(tǒng)一的,、比較準(zhǔn)確的計(jì)算灌漿壓力的公式,。灌漿初期,，也可先憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)估的壓力灌漿,，然后根據(jù)吸漿情況以及對地表的觀察，視有無冒漿或抬動變形情況,，再做壓力調(diào)整,。
灌漿的施工機(jī)具比較簡單，可采用專用灌漿泵,，也可以自行用普通的泥漿泵加設(shè)一個(gè)簡單的攪拌器組成,。對進(jìn)漿量較小的粉砂層灌漿，也可以采用簡單的手壓注漿泵或隔膜泵來代替,。
（三）灌漿效果檢查
灌漿法作為地基加固和地基防滲處理,，灌漿效果的檢查還沒有比較合適的標(biāo)準(zhǔn)，但一般常用下列幾個(gè)方法判斷,。
1.漿液的灌入量 同一地區(qū)堤防地基的差異不是很大,，可以根據(jù)各孔段的單位灌入量來衡量。
2.壓水試驗(yàn) 設(shè)檢查孔做壓水試驗(yàn),，以單位吸水量值表示幕體的滲透性,。
四,、堤身劈裂灌漿
劈裂灌漿是利用堤身的最小主應(yīng)力面和堤軸線方向一致的規(guī)律，以土體水力劈裂原理,，沿堤軸線布孔,，在灌漿壓力下，以適宜的漿液為能量載體,，有控制地劈裂堤身,，在堤身形成密實(shí)、豎直,、連續(xù),、一定厚度的漿液防滲固結(jié)體，同時(shí)與漿脈連通的所有裂縫,、洞穴等隱患均可被漿液充填密實(shí),。適應(yīng)于處理堤身浸潤線出溢點(diǎn)過高、有散浸現(xiàn)象,、裂縫（不包括滑坡裂縫）,、各種洞穴。
堤身劈裂灌漿防滲處理,，多采用單排布孔,。孔距5～10m,。在彎曲堤段應(yīng)適當(dāng)縮小孔距,。
劈裂灌漿和錐探充填灌漿漿液多采用土料漿，參見表5－3,、5－4,。根據(jù)不同的需要可摻入水泥、各種外加劑,。
表5－3 漿土料選擇表
灌漿孔口壓力以產(chǎn)生沿堤線方向脈狀擴(kuò)散形成一連續(xù)的防滲體,，但又不得產(chǎn)生有害的水平脈狀擴(kuò)散和變形為準(zhǔn)，需要現(xiàn)場灌漿試驗(yàn)或施工前期確定,。堤防灌漿口壓力多在0.1～1MPa間,。
堤身劈裂灌漿應(yīng)“少灌多次”，分序灌漿,，推遲壩面裂縫的出現(xiàn)和控制裂縫的開度在3cm之內(nèi),，并在灌后能基本閉合。每孔灌漿次數(shù)應(yīng)在5次以上,，每次灌漿量控制在每米0.5～1m3之間,。形成的脈狀泥墻厚度應(yīng)在5～20cm之間。一年后脈狀泥墻的容重應(yīng)大于14kN/m3,，一般可達(dá)15～17 N/m3,，水平向滲透系數(shù)達(dá)10-6～10-8cm/s,。
考慮到堤身應(yīng)力，劈裂灌漿應(yīng)在不擋水的枯水期進(jìn)行,，同時(shí)應(yīng)核算灌漿期堤坡的穩(wěn)定性,，進(jìn)行堤身變形、裂縫等觀測,，以策安全,。對于較寬的堤防，也應(yīng)核算堤身應(yīng)力分布,，避免貫穿性橫縫產(chǎn)生,。
表5－4 漿漿液物理力學(xué)性能表
劈裂灌漿鉆孔均是一次成孔。在沖擊鉆進(jìn)中一般采用取土鉆頭干鉆鉆進(jìn)或沖擊錘頭錐擊鉆進(jìn),。在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中最好采用泥漿循環(huán)鉆進(jìn),，特別是在一些較重要的水利工程堤壩施工中，應(yīng)合理選用沖洗液循環(huán)鉆進(jìn),，采用清水鉆進(jìn)時(shí),，應(yīng)依據(jù)堤壩的土質(zhì)條件、滲透程度來慎重選用,。鉆孔孔徑可小到Φ25mm,，一般孔徑在Φ60-Φ130mm之間。所有灌漿鉆孔均需埋設(shè)孔口管,，使頂部灌漿壓力由孔口管承擔(dān),，可施加較大的灌漿壓力，促使?jié){液析水固結(jié),，有利于提高漿液的固結(jié)速率和漿體結(jié)石的密實(shí)度,。
灌漿壓力是劈裂式灌漿施工中的一個(gè)重要參數(shù)。應(yīng)注意掌握：起始劈裂壓力,、裂縫的擴(kuò)展壓力,、最大控制灌漿壓力,。灌漿壓力的大小不僅與灌漿范圍大小,、水文工程地質(zhì)條件等因素有關(guān)，而且還與地層的附加荷載及灌漿深度有關(guān),，所以不能用一個(gè)公式準(zhǔn)確地表達(dá)出來,，應(yīng)根據(jù)不同情況通過經(jīng)驗(yàn)和灌漿試驗(yàn)確定。
灌漿過程中,，對冒漿,、串漿、隆起等一些特殊情況做好相應(yīng)的處理,。必須做好灌漿結(jié)束后的封孔工作,。
灌漿效果檢查有：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),、彈性波法、現(xiàn)場透水試驗(yàn),、現(xiàn)場載荷試驗(yàn)等,。
