高壓噴射灌漿防滲墻施工工藝參數(shù)的選定

段純萍

山西某城市河道治理工程，需要在河道上設(shè)壩蓄水，采用高壓噴射灌漿技術(shù)在河床中修建防滲墻，有效地解決了河水通過河床的滲漏問題。高壓噴射灌漿防滲墻施工技術(shù)多用于水利工程基礎(chǔ)處理中，目前對于防滲墻的施工質(zhì)量缺少有效的檢測手段，其缺陷處理難度也較大。因此施工工藝參數(shù)的選取就顯得尤為重要。本工程建設(shè)單位要求各標段(全工程共七個標段)必須通過試驗，測試不同施工參數(shù)條件下墻體的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)尺寸、滲透性能及強度指標等，為最終確定施工參數(shù)提供依據(jù)。

1 工程概況

該工程位于市區(qū)，全長5 744 m，樞紐主要建筑物布置為:在主河槽內(nèi)修建四座橡膠壩，形成蓄水池;在河床右側(cè)設(shè)渾水渠，蓄水池與渾水渠間設(shè)中隔墻，在河床兩岸一級臺地下各設(shè)一排污暗渠。因建筑物坐落在砂性基礎(chǔ)上，為消除地基液化，提高地基承載力，對各建筑物地基分別采取了處理，即:兩岸排污暗渠采用了強夯處理，中隔墻四座橡膠壩采用了振沖擠密處理。為減少蓄水后的滲透量和防止因蓄水造成兩岸浸沒，分別在東岸排污暗渠、中隔墻及四座橡膠壩下設(shè)置了高噴防滲墻，深入下部相對隔水層2 m。

本工程地層從上至下分別為:中砂層及含礫砂層(0 m～20 m)，滲透系數(shù)為 4.7×10－4cm/s～6×10－2cm/s為透水層;粘土層(20 m 以下)，滲透系數(shù)為8.8 ×10－6cm/s～1.5×10－8cm/s為不透水層。

2 質(zhì)量指標

1)板墻厚度15 cm～20 cm，有效墻厚不小于15 cm;2)板墻滲透系數(shù)不大于1×10－5cm/s;3)板墻完整連續(xù)，滿足防滲強度要求。

3 試驗施工工藝及參數(shù)

表1 試驗施工參數(shù)表

本試驗采用三重管噴射方法。其工作原理為:先在預(yù)先打好的孔中插入三重高噴管，固定噴射方向，利用高壓水流氣流切割土層，形成一道縫，水泥漿在此縫中沉淀，形成墻。

試驗施工參數(shù)由設(shè)計院給定，具體見表1。

4 施工技術(shù)要求

1)鉆孔。鉆機要對準孔位，用水平尺測量機身水平，鉆機要平衡牢固。鉆進過程中要記錄完整，對巖層、巖性孔深、塌孔、掉塊、涌水、漏漿等要詳細記錄。終孔沖洗結(jié)束后，由值班技術(shù)人員和質(zhì)檢員進行測斜，測斜合格驗收后鉆機方可移至下一孔。

2)高噴灌漿。下管前應(yīng)在地面進行水、氣試噴，符合要求后下至設(shè)計深度并定準噴射方向后，送入符合要求的水、氣、漿，待漿液冒出孔口后，按設(shè)計要求擺噴提升，自下而上直到設(shè)計高度，停水、氣、漿，提出噴射管，噴射過程中要做好記錄，并按時測量各項技術(shù)參數(shù)，終噴時須經(jīng)質(zhì)檢人員和監(jiān)理驗收。

5 試驗孔的施工情況

本標段高噴防滲墻試驗于當(dāng)年12月19日正式開始，室外鉆孔噴漿工作持續(xù)11 d，于12月30日結(jié)束。折線板墻的開挖于第二年1月18日結(jié)束，圍井注水試驗于1月28日開始至1月29日結(jié)束。

我標段的定噴試驗區(qū)選在強夯區(qū)東側(cè)距強夯區(qū)軸線10 m的地帶，共布置6個淺孔，4個圍井孔，折線板墻的6個淺孔孔深6 m，試1號，試2號，試3號，試4號，試5號，試6號孔的孔距依次為1.6 m，1.6 m，1.8 m，2.2 m，2.2 m。圍井呈菱形，孔深21 m，邊長為2.3 m。試驗采取兩序孔施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，孔與孔之間的搭接采用焊接方式。

6 折線板墻的開挖及描述

折線板墻于1月18日開挖，在板墻兩側(cè)開挖，開挖用挖掘機，開挖深度距地面3 m。機械開挖后又經(jīng)人工在墻體上用鐵鍬開挖直至不掉塊為止。為能更清楚地看到墻體的密實性、有效射徑，又用水籠頭沖洗板墻，直至露出水泥凝結(jié)體為止。

墻體開挖后，發(fā)現(xiàn)Ⅰ序孔、Ⅱ序孔搭接良好，墻體結(jié)構(gòu)完整、表面規(guī)則、連續(xù)性好。

1)各試驗孔水壓與噴射的有效射徑見表2。

表2 各試驗孔水壓與噴射的有效射徑

2)在孔深1.6 m處測得一組墻厚數(shù)據(jù)，見表3。

表3 孔深1.6 m處墻厚數(shù)據(jù)

3)在孔深2.8 m處測得的一組墻厚數(shù)據(jù)，見表4。

表4 孔深2.8 m處墻厚數(shù)據(jù)

7 圍井注水試驗

根據(jù)設(shè)計院的安排，我標段的圍井檢測采用注水試驗。

根據(jù)達西定律:

其中，K為滲透系數(shù)，cm/s;Q為注水量，cm3/s;F為滲透面積，cm2;I為水力坡降;H為水頭，cm;L為滲徑長即板墻厚度，cm。

根據(jù)以上公式計算得 K=4.82×10－7cm/s。

8 成果分析及推薦施工參數(shù)

本次高噴試驗是在粉細砂層中進行，通過板墻開挖表明:墻體較為規(guī)則，結(jié)構(gòu)完整，板墻連接為明顯的焊接式，Ⅰ序孔和Ⅱ序孔的連接較好。圍井注水試驗表明，板墻的滲透系數(shù)K值滿足了設(shè)計K值不大于1×10－5cm/s的要求，說明了板墻的抗?jié)B性能完全能滿足本工程的防滲要求。但從開挖的折線墻看，板墻厚度未達到設(shè)計所要求的不小于15 cm，試驗情況表明，如何提高墻體厚度成為調(diào)整參數(shù)的主要依據(jù)。

1)如不考慮工程量增加和工程單價因素，在本地層采用15°或30°擺噴不僅能解決墻厚的問題，而且能增加墻體的抗?jié)B性。

2)采用定噴，為能滿足設(shè)計的墻厚要求，必須對試驗采用的部分參數(shù)進行調(diào)整。影響墻厚的參數(shù)主要是提升速度和壓縮氣的氣量，提升速度快則高壓射流切割地層時間短，形成墻體厚度就薄，提升速度慢，高壓射流切割地層時間長，形成墻體的厚度就厚，壓縮空氣的作用有兩方面:

a.與高壓水射流同軸噴出，有保護高壓射流束的作用。

b.壓縮空氣有升揚置換地層的作用，進入孔內(nèi)壓縮氣的流量大，則置換和升揚到地面的砂量就大，形成墻體厚度就大。為增加墻體厚度，可將試驗參數(shù)中的提升速度放慢到9 cm/min，壓縮氣的流量可取試驗參數(shù)中的高限，進氣量取1 L/min～1.5 L/min。具體參數(shù)見表5。

表5 高噴試驗相關(guān)參數(shù)

3)圍井試驗表明，在相對不透水層和礫石透鏡體中定噴能滿足設(shè)計要求，如能在以上地層中改用擺噴會更安全。

4)設(shè)計院根據(jù)各標段所提交的試驗報告，綜合考慮地質(zhì)、施工及工程安全等因素，經(jīng)分析研究，最終確定的施工參數(shù)如下:a.建基面以下6 m范圍內(nèi)采用微擺成墻;b.其他范圍內(nèi)一般砂層及粘土層采用定噴成墻;對于礫砂圓礫層，一般可采用定噴成墻，如遇影響定噴成墻質(zhì)量的礫卵石集中或大粒徑卵石，應(yīng)改為擺噴成墻。

設(shè)計院修改施工參數(shù)時充分考慮了我標段的意見，如將定噴改為分段定噴、擺噴;將提升速度減小等?，F(xiàn)該工程已投入運行多年，從觀測井的水位變化和周圍建筑物的沉降觀測來看，防滲墻的防滲效果是良好的，說明施工參數(shù)的選擇是適宜的。

[1]董文超，王金鳳，楊建春.江邊水電站高壓旋噴防滲墻施工技術(shù)[J］.山西建筑，2010，36(7):360-361.