堤坝膜袋控制注浆关键技术及工程应用研究

《湖南水利水电＞2019年第6期堤坝膜袋控制注浆关键技术及
工程应用研究
t焉，蒋茶取，颍嶽慧，扬盪毅，郭陵初
（湖南水利水电职业技术学院，湖南长沙410131）
摘要：文章针对堤坝注浆除险加固的要求，提出了一种堤坝摸底控制注浆新方法，并从膜袋控制
工作原理、注浆组件的制作以及施工工艺等方面详细阐述了膜袋控制注浆技术，并将研究成果应用
于工程实践。

研究表明，利用膜袋内聚氨酯遇水膨胀实现逐级封孔的思路可行，提出的膜袋注浆方法
施工简便、各组件制作过程简易、施工流程与常规注浆类似。

经现场原型试验表明，注浆后堤防的整
体性得到了提高，防渗加固效果明显，渗透系数降至IO"6cm/s,全孔段注浆过程中，未发生孔口冒浆
研究成果可为堤坝除险加固提供新思路与新方法。

关键词：堤坝；模袋；控制注浆；现场试验
随着湖南省20世纪50-70年代修建的堤坝工程运行年限的不断增长，近几年来大量堤坝工程出现了不同程度的病害，造成湖南省堤坝除险加固任务繁重，而如何通过有效的防渗加固手段高效解决堤坝病害是工程人员普遍关注的问题。

注浆作为一种施工简便、工效高以及对环境影响小的施工方法已广泛运用于湖南省堤坝除险加固工程中叫
目前，常用的注浆加固方法有袖阀管注浆法叫孔口封闭注浆法叫钢管注浆法等。

但实际施工表明，上述常用的注浆工艺尚存在一定的局限性和缺陷，如：釆用孔口封闭法或钢管注浆法注浆时，浆液在持续性压力作用下易沿可灌性强的层面或最小主应力面（跑）串浆,形成单层夹饼或单一型浆脉，浆液可控性差；袖阀管法注浆虽具有可控注浆的优点，但注浆封孔受套壳料性能影响显著，浆液耗能大，浅层封孔困难,易造成浅层地表抬动、易冒浆等。

因此,提岀一种更为有效的堤坝注浆工艺来解决上述问题，具有普遍的现实意义和价值。

膜袋注浆是近年提出的一种新型注浆工艺，已逐渐在路基工程、基坑工程等得到了应用，并获得了一定的研究成果W大量工程实践表明，膜袋注浆具有逐级封孔、可有效避免浅层冒浆、串浆等优点。

因此，若能将袖阀管注浆与膜袋注浆有效结合，兼具袖阀管可控与膜袋注浆可逐级封孔的优点，则可有效解决堤坝注浆问题。

鉴如此，本文在袖阀管注浆工艺与膜袋注浆工艺的基础上进行优化改造，提出堤坝膜袋可控注浆工艺，明确堤坝膜袋可控注浆工艺的特点与工作原理，提出堤坝膜袋可控注浆施工工艺流程与注浆材料，并将研究成果在工程中应用。

研究结果可为堤坝工程注浆提供新思路与新方法。

1膜袋控制注浆原理
膜袋控制注浆工艺的主要思路是釆用膜袋来取代套壳料实现从注浆孔底到孔口逐级封孔，膜袋控制注浆示意如图1所示。

收稿日期:2019-08-30
作者简介：曹磊（1992-）,女，湖南湘乡人.硕士研究生，助理讲师，目前在湖南水利水电职业技术学院从事教学工作。

27
曹需,蒋买页，顾存栽，畅晓雅，郭晓静〃堤坝膜袋控制注浆关键技术及【:科应川研究
(a)(b)(c)
图1膜袋控制注浆示意图材料是一种遇水膨胀止水胶，涂抹厚度2~3mm,比重在1.32-1.35之间，固化时间200-300s可调，挤出性小于30s,体积膨胀率大于200,最大抗水压大于1.5 MPao膜袋可控组件在工棚内集中加工,统一配送到作业点安装，膜袋控制注浆组件安装前与膨胀后实物如图2所示。

图2膜裝组件安装前与膨胀后
第一步：将袖阀管法外管(PVC)上的出浆孔间隔
采用橡皮箍和膜袋进行包裹，如图1(a)所示。

其中，膜袋内侧均匀涂抹有2~3mm厚的聚氨酯材料，膜袋两端用钢卡箍或铁丝扎紧在袖阀管外管上。

第二步:将袖阀管放置注浆孔内，在袖阀管内低压注入清水，则清水先从膜袋包裹的注浆孔内流出，则此时膜袋内侧的聚氨酯遇水发生膨胀反应，使膜袋向外侧膨胀，使注浆孔底到地表实现了分段封孔，如图1 (b)所示。

第三步:待膜袋膨胀且聚氨酯固化后，开始自下而上分段注浆,利用袖阀管注浆可控的特点，先在第一个膨胀膜袋以下段长内进行注浆。

待第一个段长完成后，上提注浆管在第一个膨胀膜袋以上，第二个膨胀膜袋以下段长内注浆，按该类顺序依次自下而上分段灌注。

需要说明的是，当注浆段位于浅层区时,尽管地层盖重减少,但聚氨酯固化强度不断提高膜袋封孔能力提高,故不会出现浅层封孔效果差等问题。

2膜袋控制注浆施工方法与工艺
2.1膜袋控制注浆组件的制作
采用直径为48~50mm的PVC作为袖阀管的外管,PVC管下部设有密封的旋转塞，沿PVC管每隔25-30cm等间距设置出浆孔，出浆孔沿PVC管水平向相互错开，布设4~6个，孔径为5mm。

需要注意的是,在部分注浆孔外面覆上一层橡胶圈，厚度为2mm,直径大于PVC外径约1mm；在另一部分注浆孔外侧采用长度25-30cm的高强纺织土工布包裹，两端采用铁丝或钢卡箍固定，土工布滤布为涤纶材料，断裂伸长大于30%,伸长率15-30%,耐酸碱腐蚀，强度大于4g/D,目数为200-400之间。

土工布内侧涂有聚氨酯材料，该2.2施工方法与工艺流程
2.2.1钻孔
采用地质钻机进行地表垂直钻孔，采用两序钻孔梅花形布置，布设2~3排。

其中，第I序钻孔为正常注浆孔，第II序钻孔为检查及补充注浆孔,1序钻孔各孔间距设为l~2m,II序钻孔内插于I序钻孔。

2.2.2安装膜袋控制注浆组件
待钻孔完成验收合格后，按照2.1步骤制作膜袋控制注浆组件，并将加工好的组件下放到指定的深度内。

孔口注浆管一端与注浆高压管路相连接，并安装好注浆泵等注浆设备。

2.2.3注浆工艺
下管完毕后，向注浆管内注入清水，使膜袋发生膨胀，等待30min至膜袋内聚氨酯固化后正式开始注浆施工。

施工过程中先对第I序钻孔进行注浆，第I序钻孔注浆结束后，对注浆薄弱区域选择部分II序钻孔进行注浆效果检查，并对注浆效果较差的区域进行补充注浆。

1)注浆材料
注浆材料采用水泥浆液，水泥标号为42.5*普通硅酸盐，配比为W/C=l：lo水泥浆采用搅浆桶内拌制，搅拌时间大于5min,釆用比重计检测比重，浆液比重控制在1.5~1.6。

2)注浆结束标准
以单孔注浆量和注浆压力作为控制指标，采用“量-压”双控注浆结束标准进行注浆控制，具体标准如下：①注浆量小于设计注浆量，若注浆压力达到设计终压，则维持注浆5min后停止注浆；②当注浆量达到单孔设计注浆量后，若注浆压力未达到设计终
28
曹磊.蔣买,顾春怂，杨晓雅,郭晓静//堤坝膜袋控制注浆关键技术及I ：程应用研究
压，可通过调整浆液凝胶时间达到设计终压，并停止 注浆。

3工程应用
3.1工程概况
湖南省某防护堤全长1 089 m,堤顶宽度为3.5 m,
地面高程210~221 m,堤顶高程219 m,堤基主要地层
为填土、粉质粘土、含泥砂卵石，基岩为灰色砂岩夹杂 有泥岩。

由于该堤防建设年限久远，部分区域出现掏
空、浸水等现象，为了进一步提高其防汛能力需进行除
险加固，故采用本文提出的膜袋控制注浆技术选取试 验段进行防渗加固。

3.2注浆设计方案
沿堤顶轴线向两侧各延伸10 m,试验防渗处理 长度为50 m 。

沿堤顶轴线共布置三排孔，排距1.0
m,孔间距1.5 m,呈梅花形布置。

钻孔开孔孔径为
91-130 mm,钻孔终孔孔径大于75 mm,帷幕底深入
基岩1.5 m,内侧排与外侧排各布置注浆孔37个，中 间排注浆孔36个，总计注浆孔110个。

其中，检测孔
设置6个，钻孔孔深20 m,总钻孔量约2 320 m,灌浆 量约为2 146 m 。

现场安照先施工外侧排，后施工内 侧排，最后施丄中间排的顺序进行；在各排孔中，均
分三序施工，先施工I 序孔，再施工n 序孔，后施工
DI 序孔。

注浆用的水泥浆水灰比按1：1控制，深度大于20
m 时，灌浆压力不超过0.6 MPa,深度20-10 m 时，灌浆
压力不超过0.4 MPa, 10~1.5 m 灌浆压力不超过0.2
MPa,或累计水泥注入量达到100kg/m 后，上提灌浆管
或终孔结束；或者达到规定最大压力0.6 MPa 时，累计
水泥注入量达到lOOkg/m 后，可以上提灌浆管或终孔 结束,现场施工如图3所示。

图3膜袋制作与现场施工
浆区域进行效果评价。

现场试验表明，检查孔钻孔过程
十分顺利，回水也正常，抽芯孔获得的芯样完整，且强 度均大于2 MPa,地层压水试验获得的渗透系数降至
10"cm/s,满足设计要求。

现场压水试验和取芯芯样如
图4所示。

图4现场压水与芯样
4结论
通过堤防注浆实际施工应用，膜袋控制注浆在堤 坝防渗加固工程中能起到非常好的效果，且膜袋制作 简易，施工简单,注浆工艺更能有效控制注浆质量。

考 虑湖南省堤坝除险加固任务繁重，该技术具有广泛的
应用前景。

参考文献：
[1|张萍.袖阀管灌浆技术在水库坝体防渗加固中的应用卩].
中国给水排水,2017,33(11):56-58.
[2] 魏晨亮，王玉卿，唐高洪.南宁地区富水圆砾层袖阀管注浆
加固技术[J].隧道建设,2014,34(5)： 499-502.
[3]
孙金库，冉懋鸽.不良地质洞段高压固结注浆处理[J].岩
石力学与工程学报,2004,23(18):3196-3202.
[4] 李明.布集注浆桩在高速铁路软土地基加固中的应用[J].
石家庄铁道学院学报,2006,19(3):134-137.
[5] 吴裕铭.布袋注浆桩在时速200km 客运专线铁路上的应
用[J].铁道标准设计，2006(12):4-7.
[6] 叶春林.布袅注浆桩在深厚层夹层软基处理中的应用【J].
铁道工程学报，2008 (4)： 32-36.
[7]
丁光丈，叶春林.布袋注浆桩在深厚层软土地基加固中的
应用[J].岩土工程技术,2007,21(5):239-242.
[8] 丁常国.布条注浆桩加固深厚夹层软弱地基施工技术[J].
铁道标准设计,2009(8)：23-28.
[9]
柳伟，皮志峰，郑卫华.布袋注浆桩及改良土路堤本体施工
技术[J].路基工程,2009(3):161-162.
3.3注浆结果评价
注浆结束28d 后，采用钻孔取芯与压水试验对注
29。