一种在役均质土坝的EICP钻孔注浆一体化防渗加固方法与流程

本发明涉及水利工程堤坝防渗加固，特别涉及于一种在役均质土坝的eicp钻孔注浆一体化防渗加固方法。

背景技术：

1、均质土坝是我国中小型水库广泛采用的坝型，数量众多。由于建设年代较早，受当时施工技术条件限制，坝体填筑压实度普遍不足，加之随着运行年限增加，普遍存在坝体填筑土压实度欠佳、渗透系数超标等隐患。传统防渗加固手段如化学灌浆虽有一定效果，但存在成本高、施工复杂、可能引发环境污染等问题。近年来，eicp技术作为一种新兴的生物矿化加固方法，利用植物脲酶催化尿素水解生成碳酸钙沉淀来填充土体孔隙，具有环境友好、经济性好、无生物入侵风险等优势。相较于微生物诱导碳酸钙沉淀（micp）技术，eicp无需活菌培养，不存在生物入侵风险，反应过程更可控，现场实施难度更低。然而，目前eicp技术多停留在室内试验或小尺度砂柱加固阶段，缺乏针对在役均质土坝现场规模化实施的有效工艺，尤其在隐伏渗流缺陷精准定位、处理液高效利用及加固效果实时评价等方面仍存在技术空白。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种在役均质土坝的eicp钻孔注浆一体化防渗加固方法，旨在解决eicp技术从室内试验向在役土坝工程现场应用转化，实现对坝体隐伏渗流加固，显著降低坝体渗透性，且施工过程对坝体结构扰动小、作业面占用少、绿色环保，尤其适用于中小型水库在不放空库容条件下实施防渗加固。

2、1、技术方案

3、本发明提供了一种在役均质土坝的eicp钻孔注浆一体化防渗加固方法，包括如下步骤：

4、s1：脲酶提取液与胶结液的现场制备

5、以大豆为脲酶提取源，按照豆粉与水配置豆粉混悬液，搅拌并静置后取上清液得到粗制脲酶提取液；配置尿素与氯化钙混合溶液作为胶结液；将脲酶提取液与胶结液按1:1比例混合得到eicp反应溶液；

6、s2：注浆孔位布设

7、在坝顶上游侧设置试验加固平台，注浆孔沿坝长相互交错呈梅花形布置，分为第1序孔和第2序孔；

8、s3：钻孔注浆一体式实施

9、采用钻孔注浆一体式钻机进行造孔，以eicp反应溶液作为钻井液，钻孔与注浆同步进行，并通过导流槽实现溢流回收循环利用；

10、s4：隐伏渗流缺陷的定位与定向治理

11、基于第1序孔注浆过程中的回浆量异常响应定位潜在渗流通道区域，布设验证孔确认渗流缺陷位置，并采用原位干土与细砂混合eicp反应溶液制备泥浆封堵裂隙通道或渗流通道，待胶结反应周期完成后实施二次注浆；

12、s5：加固效果的多手段协同评价

13、综合量水堰流量、长观孔水位、电导率及高密度电法电阻率成像数据，判定加固效果是否达标。

14、优选地，所述步骤s1具体包括：

15、s1-1：以大豆为脲酶提取源，按照豆粉与水75 g/l的比例配置豆粉混悬液，利用工业立式搅拌机搅拌15~20分钟，搅拌过程中加入0.01 mol/l的氯化钙进行盐析；

16、s1-2：搅拌结束后静置10小时，取上清液即为粗制脲酶提取液；

17、s1-3：配置浓度为2 mol/l的尿素与氯化钙等体积混合溶液，作为胶结液；

18、s1-4：采用电导率法测定脲酶活性，将3 ml待测粗制上清液与27 ml的1.1 mol/l尿素溶液混合，室温条件下监测5分钟内的电导率变化，根据公式计算脲酶活性，确保活性满足加固要求；

19、计算脲酶活性的公式为：

20、

21、式中，11.11表示电导率每变化1 ms/min，对应11.11 mm/min尿素水解量；表示稀释倍数，本文中取10；c为每分钟电导率变化值；

22、s1-5：脲酶上清液和胶结液各分装在不同的储存桶中，实施过程通过将胶结液和脲酶溶液混合和搅拌后注入待加固土体。

23、优选地，所述步骤s2具体包括：

24、s2-1：以避开核心防渗区为原则选取坝顶上游侧距坝轴线约1.5~2.0 m范围内的坝体中部区域设置试验加固平台，平台宽度为1.5 m；

25、s2-2：第1序孔分为两排，每排钻孔数覆盖整段测线，第一排与第二排间距350 mm，同排孔间距1000 mm；钻孔顺序采用第1序第一排从右岸到左岸，第1序第二排从左岸到右岸，形成交错布孔；第2序孔为加强孔，布设于第1序注浆过程中eicp反应溶液消耗量较大的异常区域，与第1序第二排间距200 mm；

26、s2-3：钻孔孔径为75 mm，以深入基岩0.2~0.5 m为孔深标准。

27、优选地，所述步骤s3具体包括：

28、s3-1：钻井液采用eicp反应溶液，注浆速度为8~10 l/min；

29、s3-2：以钻井液回浆量显著减少为标志，停止钻机钻进，通过与钻探杆连接的注浆机直接进行加压式注浆，注浆速度为4~5 l/min；

30、s3-3：单孔注浆分2个阶段，第一阶段为带浆钻进阶段，第二阶段为停机加压注浆阶段；记录每个孔的钻进速度、不同深度的注浆速度及回浆量；

31、s3-4：第1序孔注浆过程中，对于回浆量显著下降的孔位，判定为渗漏异常点，在该孔周边布设验证孔或第2序孔；

32、s3-5：在注浆孔排布区域，沿平行于坝轴线方向开挖导流槽，导流槽截面呈倒梯形，从孔口溢出的eicp反应溶液通过导流槽汇流至邻近已注浆孔或待注浆孔周边，由钻机回吸系统回收循环利用；通过导流槽系统，实现eicp反应溶液的最大化利用，减少材料浪费；

33、s3-6：以4孔为一循环，每循环完成后立即对注浆孔进行回填，回填采用原位干土分层填筑，每层虚铺厚度40~60 cm，每层回填结束后向孔内灌注2~3 l的eicp反应溶液同步加固回填土。

34、优选地，所述步骤s4具体包括： s4-1：在异常区域布设验证孔，通过验证孔注浆过程中的回浆变化确认渗流缺陷位置；

35、s4-2：对于确认存在大裂隙或渗流通道的孔位，将原位干土与细砂混合eicp反应溶液制备的泥浆填入孔底封堵裂隙通道或渗流通道；

36、s4-3：待一个胶结反应周期完成后，再次将注浆钻头推进至孔底实施二次注浆，实现裂隙带及其周边介质的定向加固；

37、s4-4：对于第2序加强孔加固后渗漏仍未达标的区段，根据第2序注浆记录进一步加密布孔，重复s3与s4步骤，直至该区段注浆过程中回浆量恢复至正常水平。

38、优选地，所述步骤s5具体包括：

39、s5-1：在坝体下游排水棱体处新建量水堰，采用固定相机延时拍照持续记录量水堰水位变化，按薄壁堰流量公式q=1.4h2.5计算过堰流量，评价坝体整体渗漏量变化；

40、s5-2：在量水堰处固定安装电导率实时监测仪，记录加固期间量水堰水流的电导率变化，据此判断eicp反应溶液在坝体内的留存时间及反应充分程度；

41、s5-3：在坝体下游中部预设长观孔，监测注浆加固期间及加固后的水位变化，反映坝体渗流场响应；

42、s5-4：沿坝体长度方向布设高密度电法测线，采集加固前、加固过程中及加固结束后的坝体电阻率数据，通过电阻率剖面成像追踪eicp反应溶液扩散范围及加固进程；

43、s5-5：若加固效果未达标，则重复s2~s5步骤直至达标。

44、优选地，所述步骤s3-4中，渗漏异常点判定包括：（1）所述回浆量显著下降，回浆量低于注入量的1/2且注浆压力无法上升；（2）现场观测到浆液从非预定部位外逸；（3）钻进至某一深度区间时回浆量突然骤减或中断。

45、优选地，所述步骤s4-4中，所述加密布孔的孔间距缩小至500 mm，正常水平的回浆量大于等于1/2注入量。

46、2、有益效果

47、本发明提出的一种在役均质土坝的eicp钻孔注浆一体化防渗加固方法，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

48、（1）首创了eicp技术在在役均质土坝现场规模化加固的完整工艺体系，将大豆脲酶现场粗制、双液注浆加固、隐伏渗流缺陷定位与定向治理、多指标效果评价整合为完整技术链条，填补了eicp技术从室内试验走向土石坝工程现场应用的技术空白。

49、（2）提出了基于回浆量异常的隐伏渗流缺陷定位方法，通过分析注浆过程中回浆量的异常变化，结合验证孔确认，可精准识别坝体深部渗流通道位置，克服了传统方法难以探测坝体内部隐伏缺陷的难题。

50、（3）开发了“钻孔注浆一体、导流槽循环灌注”的施工工艺，以eicp反应溶液作为钻井液，实现钻孔与注浆同步进行，并通过孔间导流槽实现溢出浆液的循环利用，大幅提高了eicp反应溶液利用率；通过电导率实时监测与室内平行试验验证，确认处理液在坝体内留存时间可达11小时以上，保障了碳酸钙沉淀的充分生成。

51、（4）建立了多指标协同的加固效果实时评价体系，综合量水堰流量、长观孔水位、电导率及高密度电法电阻率成像等多维度监测手段，实现了从渗流量、渗流场、浆液反应进程到介质电性特征的立体化评估，为eicp现场工程效果评价提供了可靠的技术保障。

52、（5）提出了针对大裂隙的eicp混合泥浆封堵与二次注浆结合的定向治理方案，有效解决了大裂隙中浆液流速过快导致胶结效率不足的问题，实现了坝体内部裂隙带的靶向加固。

53、（6）方法绿色环保，采用植物源大豆脲酶，无生物入侵风险，脲酶可自然降解，对环境友好。