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摘要：南水北调鹤壁段渠道施工范围，地表以下有大量掏砂洞，其分布范围广、位置及埋深无规律，影响总干渠的施工及后续渠道运行安全，为保证渠道的正常施工及后续运行安全，需要对掏砂洞进行灌浆处理。
关键词：掏砂洞 水泥粘土浆 灌浆 处理
1 前言
鹤壁段第Ⅰ标段人工掏砂洞分布于桩号Ⅳ148+850～Ⅳ154+000段，该段发现人工掏砂竖井口60余处，人工掏砂洞洞径一般为1.5～2m，局部达4m，砂洞长度可达百余米，人工掏砂洞延伸方向多为西北东南向，且分布有支洞。
经过调查、访问得知，已发现的掏砂洞为2000年左右当地村民掏砂形成，掏砂洞埋深及直径与砂层分布有关，掏砂洞走向一般沿砂层分布方向延伸、规律不明显，人为因数较强；为保证渠道的正常施工及后续运行安全及降低工程造价，在掏砂洞灌浆处理正式施工前，进行掏砂洞水泥粘土浆灌浆试验，通过试验的成果来指导掏砂洞灌浆施工，为其提供指导性方案和理论依据。
2 掏砂洞水泥粘土浆灌浆施工
2.1 主要施工设备配置
掏砂洞水泥粘土浆灌浆施工选择HGY-100Q液压潜孔钻机跟管钻进钻孔、JZ-400水泥制浆机和NTJ-I型泥浆制浆机组合制浆及SGB-6/10注浆泵进行灌浆处理，掏砂洞水泥粘土浆灌浆及辅助设备配置见表1：
2.2 人员配置
按单班计算，除机械设备配置人员外，管理人员2名，技术人员2名，电工2人，施工人员23名，共计29人。
2.3 主要施工方法
掏砂洞水泥粘土浆灌浆施工在已开挖到位的武庄沟倒虹吸已探明的掏砂洞武0-024～武0+128段进行，分成A、B、C、D、E共5个单元，除E单元跨距为24m外，其它4个单元跨距均为32m，灌浆孔分两序进行，首先施工Ⅰ序孔，孔距按8m布置，Ⅰ序孔施工完成后，在揭露有掏砂洞部位或灌浆量大的地段再施工Ⅱ序孔，孔距按4m布置，于Ⅰ序孔之间进行Ⅱ序孔施工，以确保掏砂洞充填密实。
图1 武庄沟掏砂洞水泥粘土浆灌浆施工平面布置图
掏砂洞水泥粘土浆灌浆处理施工工艺流程
（2）施工步骤
1）测量定位
沿掏砂洞走向中心线位置进行Ⅰ序孔布设，孔距按8m进行控制，Ⅰ序孔施工完成后；在揭露有掏砂洞部位或灌浆量大的部位再布设Ⅱ序孔，孔距按4m进行控制，布设于两个Ⅰ序孔之间。
2）钻孔
钻孔采用HGY-100Q液压潜孔钻机跟管钻进，孔径不小于110mm，掏砂洞处理钻孔深度以洞底高程为界，直接贯穿整个掏砂洞；不能钻到掏砂洞的，按照地质资料，钻透含砂层并深入砂层以下1m为界。
3）PVC注浆管安装
在钻孔完毕后，立即进行PVC灌浆管的下管安装，安装过程中，注意土料等杂物掉入其中，注浆管口要求高出地面10～20cm并进行土工布封口保护。
4）注浆
采用JZ-400水泥制浆机和NTJ-I型泥浆制浆机组合制浆，低速搅拌机储浆后输往注浆点。注浆施工时，灌浆压力不小于0.5Mpa，采用分序注浆方式，先灌注钻到掏砂洞的钻孔，再灌注没有钻到掏砂洞的钻孔；注浆时先两端后中部，多层掏砂洞时先下层后上层，灌浆生产性试验采用自下而上，静压注浆法施工，水泥粘土浆参考配合比见表2。
①材料要求：
水泥：考虑到掏砂洞及含砂层的可灌性和回填体的密实性，选用细度为通过80μm方孔筛的筛余量小于5%要求的PO42.5R普通硅酸盐水泥；
粘土：塑性指数Ip>15，粘粒（粒径小于0.005mm）含量不小于40%、粉粒（粒径0.005～0.05mm）含量不多于50％、含砂量（0.05～0.25mm）不大于5％及有机物含量不大于3%的合格土料；
外加剂：粘土固化剂，用于改善灌浆材料的强度及流体性能；
水：地下水，水质符合水工混凝土拌制的要求。
②注浆结束标准为：
已探明掏砂洞灌浆在规定压力下，当注入率小于10L/min时，继续10min后结束灌浆，或地面冒浆但不回落时结束灌浆。
钻孔未探明的掏砂洞灌浆在规定压力下，当注入率小于10L/min时，继续10min后结束灌浆，
在一定压力下，注入率持续减小，后由于出现或地面冒浆但不回落时便结束灌浆，地面冒浆，且冒浆量与灌入量大致相等时结束灌浆。
5）压力灌浆封孔
钻孔注浆完毕后，采用较高强度的浆液将钻孔时扰动的部位进行压密、注浆封孔处理。
3 施工数据分析总结
本次施工分5个施工单元，Ⅰ序孔共施工钻孔76个，其中16个孔钻到掏砂洞，占I序孔孔数的21%，I序孔灌浆时，发现有9个没钻到掏砂洞的钻孔灌入量比平均灌入量明显偏大（单位灌入量大于100L/m）的疑似掏砂洞的钻孔，即以疑似掏砂洞钻孔和已经钻到掏砂洞的钻孔为中心，在其周围按1～4m间距“十”字型布孔，进一步探明该部位掏砂洞的具体走向和大致轮廓，共在I序孔灌入量较大的9个钻孔周边布孔，其中探测到掏砂洞的有7个，占77.8%，Ⅱ序孔共施工钻孔208个；掏砂洞试验段灌浆工程量见表3、水泥粘土浆取样试块抗压强度检测值见表4。
掏砂洞试验段灌浆结束28d后，进行现场掏砂洞灌浆固结情况开挖检查，并对结石体取样进行室内抗压强度检测，开挖部位选择在A和D单元掏砂洞进行。
（1）A单元TSD2、TSD3灌注浆材配合比为1:6:7，固化剂掺量为15%，浆液中水泥含量为14%，可灌性好，开挖后发现浆材与掏砂洞洞壁结合良好，无脱空现象，现场取浆材结石体，于工地试验室进行结石体抗压强度检测，28天抗压强度值为0.47MPa，不满足设计浆液结石体强度为1～2MPa的要求。
（2）D单元TSD9、TSD10掏砂洞灌注浆材配合比为1:2:3，固化剂掺量为10%，水泥含量33%，浆液可灌性较好，开挖发现浆材与掏砂洞洞体结合良好，无脱空情况，现场取浆材结石体，于工地试验室进行结石体抗压强度检测，28天抗压强度值为1.3～1.6MPa，满足设计浆液结石体强度为1～2MPa的要求。
经过现场不同配合比的掏砂洞灌浆开挖检查及浆材结石体抗压强度检测值的比较，得出用于掏砂洞水泥粘土浆灌浆及灌浆探查的最优施工配合比，见下表5。
4 结论
通过武庄沟倒虹吸已探明的掏砂洞武0-024～武0+128段掏砂洞的施工，现场开挖检查灌浆效果及浆材结石体抗压强度检测结果表明，掏砂洞水泥粘土浆灌浆施工工艺满足南水北调工程及设计技术要求。
参考文献
[1]河南省水利勘测设计研究有限公司《南水北调中线一期工程总干渠施工阶段鹤壁Ⅰ标掏砂洞处理设计变更报告》.
论文作者:宋涛,王珍,袁海鹏
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/27
标签：钻孔论文; 粘土论文; 水泥论文; 抗压强度论文; 结石论文; 注浆论文; 浆液论文; 《防护工程》2017年第22期论文;