羅 偉

（河南省地質礦產勘查開發(fā)局第四地質探礦隊，河南 鄭州450001）

1 引言

中原黃金冶煉廠尾礦庫位于河南省三門峽市北郊黃土塬陳宋坡沖溝內，加固場區(qū)位于黃河南岸Ⅲ級階地與青龍澗河Ⅲ級階地的復合部位，為第四系上更新統(tǒng)風積及中更新統(tǒng)沖－洪積成因類型的黃土狀粉土和黃土狀粉質粘土。地下水位埋深大于70m。依據勘察資料，加固場區(qū)地層為濕陷性黃土，地基土濕陷等級為自重Ⅱ－Ⅲ級，通過壩基巖土工程勘察報告可知，地基土的主要物理力學性質指標統(tǒng)計結果，見下表。

該尾礦庫東西長1100m，南北寬50～95m，溝深40～50m，設計總庫容約330萬立方米，運行已12年。該庫通過三次增容，現(xiàn)已達240萬立方米，庫壩為碾壓式黃土均質壩。第三期增容工程于2010年7月開始施工，10月施工結束，三期壩高10m，壩面寬10m，壩坡長27m。于20011年元月初發(fā)現(xiàn)南北壩肩處出現(xiàn)5條縱向裂縫，裂縫貫通整個三期壩體，主縫寬5～23cm，沿主縫有數(shù)十條分支縫，縫寬0．5～3cm。根據裂縫現(xiàn)狀及施工設計圖判斷是由于壩基不均勻沉降引起的。通過與設計單位、甲方的共同協(xié)商，決定對尾礦庫壩裂縫采用灌漿法進行處理。

表1 巖土勘察報告提供場區(qū)地層結構、物理力學指標及地基土承載力

2 施工技術

2．1 灌漿目的及加固范圍

本次灌漿目的是堵塞壩體裂縫、防止?jié)B漏和消除兩側壩肩黃土的濕陷性，促進壩體變形穩(wěn)定。灌漿范圍為幾條主縫和沿主縫擴散的支裂縫縫體及壩肩。設計在裂縫縫體上不規(guī)則布設灌漿孔，南北壩肩裂縫和兩側壩肩原狀黃土共計布孔273個，孔徑75mm，孔距2．0m，孔深8～25．0m，充填裂縫體積經估算約427m3。

2．2 成孔及灌漿設備

成孔設備視加固深度、地層及場區(qū)條件情況決定采用鉆機或人工洛陽鏟。采用GY－150型工程鉆機干鉆施工兩側壩肩原狀黃土及壩頂主裂縫，灌漿泵采用普通低壓、小流量泥漿泵或清水泵。推薦用BW－160型泥漿泵，灌注管采用1寸鍍鋅金屬花管。

2．3 裂縫灌漿施工工藝

2．3．1 成孔

深孔超過三期壩高10～15．0m，壩坡面淺孔采用人力洛陽鏟成孔。由于裂縫剖面不垂直，呈不規(guī)則擴散。灌漿孔應盡量布置在裂縫上。

2．3．2 漿液配制

考慮到漿液固結后與原壩土料變形的協(xié)調性，裂縫充填灌漿材料采用原筑壩用黃土狀粉質粘土，經采樣確定，土料各種粒徑含量為粘粒含量40%，粉質含量55%，砂粒含量小于5%，符合制漿材料要求。

漿液配制采用濕法制漿，制漿前先將土料過篩經立式攪拌機攪拌均勻，并用5×5mm2網篩除渣后方可灌漿使用。漿液主要參數(shù)為：密度控制在1．3～1．65g／mm3之間，粘度在25～90之間。為提高泥漿的穩(wěn)定性，可邊攪拌邊灌注或摻入0．5%的硅酸鈉溶液。

2．3．3 安放灌漿管

灌漿管采1寸鍍鋅管，長度略小于孔深。將管直接放入孔底。在安放同時，沿裂縫開挖寬約20cm，深約20cm梯形槽（小裂縫可挖得小些），槽內用水泥（加適量水玻璃）封閉。灌漿管與孔壁環(huán)間隙使用麻絮往下?lián)v實后，灌入水泥漿（摻少量膨脹劑和速凝劑）進行封閉，待水泥凝固后即可灌漿。

2．3．4 灌漿

采用全孔間隔灌漿法，用BW－160型泥漿泵，將攪拌好的粘土漿泵至注漿管。由孔底翻向全孔。

（1）初灌時，壓力應大，控制在1．5～2．0MPa，漿液密度宜為1．35g／cm3，當漿液從相鄰注漿管或其它地方冒出時應立即停灌，然后跳打間隔灌注。按同樣方法將所有孔灌注一遍。

（2）二次灌注，應將漿液密度調整為1．4～1．50g／cm3之間，壓力控制在1．2MPa，重復初灌步驟進行灌注2～3遍。

（3）根據估算填充體積對比已用土料量，加上其它影響因素，初步判定填充率。當填充率達60%時，可進行三次灌注，將漿液密度調整為1．65g／cm3，壓力在1．0MPa左右下灌注數(shù)遍。初灌、二、三次灌注間隔時間至少30min。以使泥漿充分失水固結，快速凝固，減少冒漿機會。

2．3．5 復灌

由于粘土漿有失水固結的過程，孔內泥漿會發(fā)生體縮。按上述操作步驟，三次灌注填充率會達到90%以上，由于泥漿發(fā)生體縮，失水后填充率會降低。且泥漿固結時間較長，至少15天或更長時間，因此要在初次施工完成后，將注漿管拔出重新安放至二分之一孔深處。待20天左右進行復灌，復灌漿液密度應在1．6g／cm3以上，壓力1．0MPa。

2．4 壩肩兩側原狀黃土單液硅化灌漿施工工藝

2．4．1 灌注孔的布置

灌注孔徑為50～70mm，單孔的加固半徑為0．25～0．40m，灌注孔宜按正三角形或梅花型布置，灌注孔之間距離為1．73r（r為土的加固半徑），排距為1．5r，局部地層可根據地基土的主要物理力學性質指標進行微調。

2．4．2 溶液用量的計算

單液硅化加固每1m3黃土，需要的溶液用量可按下式計算：

Q＝vnd1a

式中：v——欲加固土的體積（m3）；

n——加固前土的平均孔隙率（%）；

a——溶液填充孔隙的系數(shù)，一般為0．6～0．8；

d1——硅酸鈉溶液稀釋后的比重，一般為1．13～1．15。

當硅酸鈉溶液的濃度大于擬加固地基土要求的濃度時，應將其加水稀釋，每1升硅酸鈉的加水量可按下式計算：

式中：d——硅酸鈉溶液稀釋前的比重，一般為1．45～1．53；

d1——硅酸鈉溶液稀釋后的比重；

N——硅酸鈉溶液稀釋前的數(shù)量（L）。

2．4．3 漿液配制

灌漿材料采用液體水玻璃（即硅酸鈉），其顏色多為透明或稍許混濁，不溶于水的雜質含量不宜超2%，硅酸鈉的模數(shù)M值可按下式計算：

M值愈大，說明硅酸鈉中含SiO2的成分愈多，因為硅化加固主要是由SiO2對土的膠結作用，所以硅酸鈉的模數(shù)值直接影響加固土的強度，試驗研究證明，M值為1的純偏硅酸鈉加固土的強度很小，不宜用于加固地基；M值在2．6～3．3范圍內，加固土的強度可達300～1000kPa，滿足工程要求；M 值大于3．3以上時，隨著M值增大，加固土的強度反而降低，說明SiO2含量過多對土的強度有不良影響。因此，采用硅化法加固地基，硅酸鈉的模數(shù)值宜為2．5～3．3。

配溶液時，先將擬稀釋的硅酸鈉溶液送入金屬或木制的容器內，然后加入計算加水量及1．5～2．5%氯化鈉，攪拌均勻，漿液的攪拌時間，高速攪拌不少于30s，普通攪拌不少于5min，并用比重計測其濃度，稀釋后的硅酸鈉溶液比重一般為1．13～1．15，如果地基土含水量平均值大于22%，可適當提高比重至1．18～1．25。符合要求后即可使用。

2．4．4 工藝流程

成孔及灌注溶液自上向下分層進行，即先施工第一加固層，將帶孔的金屬灌注管送入第1加固層，隨即利用灌注設備將配好的溶液壓入該土層中。第二加固層待第一加固層施工完畢后重復上述步驟。

灌漿工藝流程為：設備安裝→灌漿孔定位→成孔→驗孔→安裝灌漿管→安裝灌漿堵塞→漿液配制→灌漿→封孔

2．4．5 灌漿參數(shù)

施工中采用“信息法”：及時收集施工過程中的反饋信息，根據變化情況，及時調整灌漿壓力、速度、時間參數(shù)，以達到最優(yōu)效果。

由于濕陷性黃土滲透系數(shù)較小，一般為0．50～2．0m／天，漿液滲透較困難，如果壓力過大，加固土體易形成劈裂通道，不但造成漿液大量流失浪費，而且漿液不能均勻滲透入被加固土體，不符合本法加固機理，更達不到單液硅化加固目的；壓力過小，漿液滲透緩慢且影響加固效果。因此灌漿壓力、速度等參數(shù)的調控是灌漿成敗的決定性因素。具體操作步驟方法如下：

初始灌注時采用30～50L／min泵量，泵壓調整到100kPa左右，當孔壓瞬時達到250kPa以上時，立即停止灌注并關閉止回閥，通過孔內壓力使?jié){液均勻滲透，當壓力表顯示孔內壓力降到20kPa以下時，開泵繼續(xù)灌注，如此循環(huán)當達到理論計算吃漿量即可停止。局部出現(xiàn)竄漿和冒漿時應立即停灌封堵，然后跳打間隔灌注。

2．5 冒漿及封孔處理

（1）在冒漿處填一定體積的砂或含砂量不小于40%的砂礫石作為反濾蓋重，有利于排水，阻止冒漿，提高灌漿質量。

（2）在冒漿處開挖且回填一定厚度的粘性土，并夯實，作為阻漿蓋重。

（3）調整漿液參數(shù)和壓力，采用灌、停循環(huán)間歇性灌漿方法。

（4）復灌數(shù)遍后，當啟動灌漿泵，單孔即冒漿，則表明裂縫已充盈，待孔出漿面基本不再下降即可經灌，灌漿管拔出后，用密度1．8g／cm3的稠漿注入孔內封孔，直至液面不再下降為止，最后用粘性土搗實至孔口。

2．6 質量檢查

灌漿結束10天后，在加固范圍內采用動力觸探和探井取樣方法，對加固效果進行檢測，加固土承載力提高到220～280kPa，加固深度內的黃土自重濕陷性全部消除。

3 結束語

（1）雖本次加固灌漿工程量不大，但針對性的選用了合適的加固工藝，簡單實用，節(jié)約了大量材料和專用器具，降低工程造價約40%，受到甲方好評。

（2）本次灌漿工藝為如何提高裂縫充填效果，使裂縫最大限度地充盈提供了施工經驗。

（3）本次灌漿裂縫充填密實，防水效果好，壩肩兩側加固深度內的黃土自重濕陷性全部消除，對阻止壩體不均勻沉降起到明顯作用。