高壓擺噴防滲墻在大治河閘站工程中的應(yīng)用

張 峰，高宜能，盧 勇

（1.杭州市蕭山區(qū)農(nóng)機(jī)水利技術(shù)推廣中心，杭州 311201；2.杭州市蕭山區(qū)河道管理處，杭州 311201；3.杭州市蕭山區(qū)農(nóng)機(jī)水利局，杭州 311201）

大治河閘站工程位于浙江省杭州市蕭山區(qū)新街鎮(zhèn)，該工程新建泵站，1400mm排出口徑潛水貫流泵3臺(tái)套，設(shè)計(jì)流量20m3/s；配套Ⅳ級(jí)航道100t級(jí)船閘，總長480m，閘孔凈寬8m；配套管理房、副廠房及附屬工程等，概算總投資4000萬元。該工程高壓擺噴防滲墻合計(jì)3528m，主要分為2塊，一塊為泵站底板上下游側(cè)兩道高噴墻156m，另一塊為船閘閘室及上下閘首四周側(cè)高噴墻3372m；墻體高度：噴漿起噴標(biāo)高為－7.75，－8.3（泵站部分），－9.5m（船閘部分），終噴高度為底板以上1m，基礎(chǔ)開挖時(shí)鑿樁1m成樁。工程建基面以下土層分別為砂質(zhì)粉土160kPa、粉砂200kPa、砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土150kPa、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土70kPa、粉質(zhì)粘土夾粉土110kPa等。

1 技術(shù)原理

高噴技術(shù)主要是借助于高噴射流，通過沖擊切割和強(qiáng)烈擾動(dòng)，使?jié){液在射流作用范圍內(nèi)擴(kuò)散、充填周圍土層，并與土石粒摻混攪合，硬化后形成凝結(jié)體，從而改變?cè)貙咏Y(jié)構(gòu)和組成，借以達(dá)到防滲或提高承載力的目的。高噴射流強(qiáng)度隨射流距離的增加而較快地衰減至射流束末端，對(duì)地層仍產(chǎn)生擠壓作用；同時(shí)，噴射結(jié)束后，靜壓灌漿持續(xù)進(jìn)行，這對(duì)周圍土體產(chǎn)生滲透作用，這樣不僅可以促使凝結(jié)體與周圍土體結(jié)合更加密實(shí)，凝結(jié)體周圍除了漿皮層外，還在外側(cè)產(chǎn)生明顯的滲透凝結(jié)層，有著良好的復(fù)合防滲作用，從而進(jìn)一步提高了凝體的防滲性能。凝結(jié)體的防滲性能主要取決于地層組成成分和顆粒級(jí)配、施工工藝及漿液材料等，因此，關(guān)鍵是要在施工工藝參數(shù)和質(zhì)量控制方面下功夫。

高噴灌漿技術(shù)包括單管法、雙管法、三管法。本工程采用的是三管法施工，用水管、氣管、漿管同軸布設(shè)組成噴射桿，桿底部設(shè)置有噴嘴，氣、水噴嘴在上，漿液噴嘴在下，高噴時(shí)，隨著噴射桿的旋轉(zhuǎn)和提升，先是高壓水和氣的射流沖擊擾動(dòng)地層土體，呈翻滾松散狀態(tài)，隨后以低壓注入濃漿摻混攪拌，硬化后形成凝結(jié)體。施工設(shè)備價(jià)廉易購，質(zhì)量可滿足設(shè)計(jì)要求，造價(jià)低，工效高，能充分利用原地土體，就地取材，機(jī)械化程度高。

2 施工工藝

高壓噴射灌漿的施工機(jī)具由高壓發(fā)生裝置、鉆機(jī)、特種鉆桿和高壓管路4部分組成，主要包括：鉆機(jī)、高壓泵、空氣壓縮機(jī)、注漿管、噴嘴、流量計(jì)、輸漿機(jī)、制漿機(jī)；本工程高噴機(jī)械采用GP1800－2型高噴臺(tái)車，高壓水泵3KB/75kW，泥漿泵HB80/10型，空壓機(jī)（6m3/min）及拌漿機(jī)、水泵。

施工時(shí)，先確定施工軸線，按單排孔布置，并按設(shè)計(jì)的孔距將孔位先定好；經(jīng)過觀察和分析，當(dāng)?shù)?序墻體有足夠的強(qiáng)度，在進(jìn)行兩序噴灌連接時(shí)，這樣連接防滲效果好；本工程高噴灌漿分兩序進(jìn)行，編號(hào)順序?yàn)橐恍?…3…5…，二序2…4…6…，間隔時(shí)間不少于24h。

工藝流程：高噴臺(tái)車就位→地面試噴→制漿→下高噴管→擺動(dòng)提升沖擊灌漿→終灌→純漿回灌。

（1）進(jìn)行場地平整，挖好排漿溝，鉆機(jī)底盤用方木墊穩(wěn)墊平，做好鉆機(jī)定位，要求安放水平，鉆孔過程中隨時(shí)采用水平尺隨時(shí)測定底盤水平，鉆桿垂直，確?？仔逼钚∮?°的設(shè)計(jì)要求。

（2）鉆孔定位后，利用特種鉆桿在設(shè)計(jì)孔位鉆孔，原漿固壁止設(shè)計(jì)高程，鉆頭直徑146mm，鉆頭對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心，就位偏差小于5.0mm。

（3）下三重管噴射，在地面上進(jìn)行水、氣試噴后下管止設(shè)計(jì)深度，調(diào)整噴射軸線方向呈折線型（折線的軸線與鉆孔的軸線的夾角為15°）。

（4）做好高壓噴射灌漿前的準(zhǔn)備，確保水泥漿充分?jǐn)嚢韬涂刂坪脻{液比重、水灰比等。

（5）嚴(yán)格按施工技術(shù)要求操作，用施工技術(shù)參數(shù)來控制高壓噴射灌漿質(zhì)量。

（6）高壓噴射灌漿結(jié)束后，拔出套管。

（7）噴射完畢后，由于漿液的析水作用，水泥漿固結(jié)收縮，出現(xiàn)孔口下沉，故應(yīng)在完成擺噴后，停滯一定時(shí)間，根據(jù)漿液回落情況，每孔必須及時(shí)作好原漿回灌工作，直至漿面不再下降為止。

3 質(zhì)量控制

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

高噴孔距1.2m，擺噴角度30°，擺噴對(duì)接，滲透系數(shù)K為1×10－6cm/s，抗壓強(qiáng)度R28為3.0MPa，漿液水灰比為1∶1。

3.2 材料技術(shù)參數(shù)

主要材料是水泥，設(shè)計(jì)要求水泥強(qiáng)度等級(jí)不低于R32.5，灌漿所用的水泥應(yīng)保持新鮮無受潮結(jié)塊，其細(xì)度為0.080mm，方孔篩余量不大于5%，水泥使用前，施工單位應(yīng)對(duì)其質(zhì)量作檢測，監(jiān)理單位進(jìn)行平行抽檢，合格后才可使用；攪拌水泥漿所用水，應(yīng)符合JGJ63—89《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定；水泥漿由制漿機(jī)攪拌而成，漿液水灰比1∶1，攪拌時(shí)間不小于2min，超過4h的水泥漿作為廢料處理，不得用于高噴灌漿。

3.3 施工技術(shù)參數(shù)

施工技術(shù)參數(shù)的確定是防滲墻成墻質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，嚴(yán)格按照規(guī)范操作和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工，是確保施工質(zhì)量的關(guān)鍵，現(xiàn)場試驗(yàn)確定技術(shù)參數(shù)、注漿固結(jié)體強(qiáng)度和墻體抗?jié)B指標(biāo)等；施工鉆孔過程中，要注意到各層的地質(zhì)變化情況，及時(shí)調(diào)整高噴灌漿施工技術(shù)參數(shù)。本工程施工技術(shù)參數(shù)如下：

（1）高噴灌漿的孔距為1.2m。

（2）防滲墻鉆孔為垂直孔，其偏斜應(yīng)小于1°。

（3）高噴灌漿孔位與設(shè)計(jì)孔位偏差應(yīng)小于5cm。

（4）高噴灌漿的形式為擺噴，擺角30°。

（5）提升速度的快慢直接影響漿液用量，提升速度過快，則墻后不穩(wěn)定、易產(chǎn)生空洞，且切割半徑不符合要求，會(huì)造成防滲墻搭接處產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)；提升速度太慢，則冒漿量過大，造成水泥浪費(fèi)，因此需根據(jù)灌漿試驗(yàn)確定不同土層的提升速度。本工程的提升速度為12cm/min，擺動(dòng)速率為12～15次/min。

（6）高噴灌漿的水壓為35～40MPa，流量為70～80L/min；空氣壓力為0.6～0.8MPa，風(fēng)量為0.8～1.2m3/min；灌漿壓力為0.2～1.0MPa，流量為60～80L/min。

（7）漿液比重控制在1.5～1.7g/cm3， 回漿比重控制在1.2g/cm3。

其他技術(shù)要求按照DL/T 5200—2004《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。

3.4 關(guān)鍵程序控制

測量放線，定出孔位和中心線，用小木樁做好標(biāo)記，孔位誤差不大于20mm，經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后，才可進(jìn)行下一步工序的施工。

注漿前，要檢查高壓設(shè)備和管理系統(tǒng)，漿管、水管、氣管及噴嘴內(nèi)不得有任何雜物，所用管接頭的密封必須良好，并報(bào)監(jiān)理檢查驗(yàn)收。

鉆機(jī)移開后，將高噴臺(tái)車就位，在地面上試驗(yàn)噴射方向，調(diào)整噴射水壓、氣壓，下入噴射管至設(shè)計(jì)深度，報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收；在下管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水邊下管，水壓一般不超過1MPa。

每孔開始灌漿前必須采用水泥漿比重稱測定比重，不符合設(shè)計(jì)要求及時(shí)調(diào)整配比，每孔灌注的漿液至少測定3次比重，拌漿必須連續(xù)均勻，攪拌時(shí)間不少于30s，漿液自制備至用完不超過4h。

施工單位認(rèn)真填報(bào)有關(guān)原始記錄，鉆孔的終孔深度、高噴灌漿的起噴深度和終噴標(biāo)高，必須由監(jiān)理工程師在原始記錄上簽證驗(yàn)收后，才可進(jìn)行后序作業(yè)；隨時(shí)注意漿液的初凝時(shí)間、注漿量、水、水壓、氣壓、提升速度及冒漿量等參數(shù)，保證孔內(nèi)漿液上下暢通，注意觀察冒漿情況，對(duì)冒漿情況進(jìn)行嚴(yán)格控制；鉆進(jìn)暫?；蚪K孔待噴時(shí)，孔口應(yīng)加蓋保護(hù)。

噴射作業(yè)完成后，應(yīng)將注漿泵的吸水管移到水箱內(nèi)，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管和軟管內(nèi)的漿液全部排除，防止殘存的水泥漿將管路堵塞。

3.5 工程中異常情況的處理

本工程鉆進(jìn)過程中，孔口不返漿，采用以下措施：

（1）對(duì)局部土層有孔隙不冒漿的處理。停止鉆進(jìn)，漿液正常送入，擺噴正常進(jìn)行；若3～5s仍不返漿，關(guān)閉氣、高壓水，提升三重管，漿液繼續(xù)送入孔內(nèi)，并往孔內(nèi)投放粘土球或級(jí)配料；當(dāng)投放粘土球或級(jí)配料無效時(shí)，采取提升2～10cm即停止，在該處噴射2～3s，繼續(xù)提升2～10cm，以此周而復(fù)始直至孔口冒漿。

（2）鉆孔中遇到塊石時(shí)，改用金剛石鉆頭鉆進(jìn)，并降低提升速度，提高比能值，保證終孔直徑不小于130mm。

（3）因故或拆接三管而不能連續(xù)灌漿時(shí)間不得超過2h，而且重新開始時(shí)必須將噴射管從停噴位置下移0.5～0.7m，再進(jìn)行高噴灌漿。

（4）凡經(jīng)特殊處理的滲漏段，待孔口返漿后均應(yīng)將噴射管下至原不返漿的最下位置，再進(jìn)行正常噴射（復(fù)灌），以確保防滲墻墻體質(zhì)量。

4 質(zhì)量檢驗(yàn)

本工程高噴防滲墻設(shè)計(jì)質(zhì)量要求：滲透系數(shù)K為1×10－6cm/s，抗壓強(qiáng)度R28為3.0MPa；在施工過程中由監(jiān)理單位對(duì)鉆孔孔距、孔深、制漿稠度、灌漿三壓等施工工藝進(jìn)行隨機(jī)抽檢，測得指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求；為檢測高噴防滲墻的防滲性能，由監(jiān)理單位隨機(jī)鉆孔取芯，經(jīng)檢測，滲透系數(shù)和抗壓強(qiáng)度均符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

高噴灌漿具有施工速度快、固結(jié)體強(qiáng)度大、水泥灌漿不會(huì)造成環(huán)境和地下水污染，且耐久性較好，施工噪音較小等優(yōu)點(diǎn)。為確保高噴防滲墻施工質(zhì)量，必須合理確定高噴施工參數(shù)，針對(duì)性的采用不同的施工工藝，才能保證高噴施工質(zhì)量，使墻體均勻，連續(xù)性好，連接可靠，在這方面還有待于進(jìn)一步積累經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)提高。因高壓擺噴防滲墻屬隱蔽工程，目前還沒有全面可靠、成本經(jīng)濟(jì)的質(zhì)量檢測方法，其防滲效果需經(jīng)過工程實(shí)際運(yùn)行的考驗(yàn)。

［1］DL/T 5200—2004，水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］SL174—96，水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］SL288—2003，水利工程建設(shè)項(xiàng)目施工監(jiān)理規(guī)范［S］.

［4］SL223—2008，水利水電建設(shè)工程驗(yàn)收規(guī)程［S］.

［5］SL27—91，水閘施工規(guī)范［S］.

［6］SL234—1999，泵站施工規(guī)范［S］.

［7］SL303—2004，水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［8］GB50202—2002，建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［9］JGJ79—2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［10］GB175—92，硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥［S］.

［11］新疆維吾爾自治區(qū)水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督中心站.水利工程質(zhì)量管理文件選編［M］.北京：中國水利水電出版社，2008.