喬 剛
(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院,沈陽 110002)
某閘工程位于丹東市W溝口橋下游,工程等別為Ⅰ等,主要建筑物級別為1級,設(shè)計防洪標準為100 a一遇。本工程以防洪為主要任務(wù),采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),設(shè)計擋水深度為5.55 m,最大設(shè)計過閘流量為187.0 m3/s。
該防洪閘設(shè)計為5孔閘,每孔凈高5.0 m,凈寬8.0 m,閘門以上設(shè)置板梁式鋼筋混凝土胸墻。防洪閘閘室段總寬度為52.40 m,順水流方向長15.0 m,閘墩高7.2 m,閘底板厚1.2 m。經(jīng)地質(zhì)勘查,防洪閘建基面為粉砂層,層厚5.0 m左右,其下還有層厚4.5 m左右的粉細砂層,以下為圓礫層和強風化變粒巖層,其中粉砂、粉細砂層基礎(chǔ)條件比較差,承載力低,且輕度液化。
結(jié)合防洪閘對基底的防滲要求,為節(jié)省投資,擬將防滲處理與地基處理一并考慮,經(jīng)多方案比較,最終設(shè)計方案采用高壓擺噴板連續(xù)墻對防洪閘進行防滲處理,同時又可起到圍封的作用進而對基礎(chǔ)進行加固。
高壓擺噴是近些年發(fā)展起來的用于處理防滲和加固地基的新興技術(shù),該技術(shù)最早由日本發(fā)明,是一種利用高壓水力噴射切割原理,將土、化學制劑或水泥漿液攪拌在一起以加固地基的方法[1]。
經(jīng)多年實踐,高壓擺噴在細顆粒和粗顆粒地層(如粉土層、粉砂層、細沙層、中砂層、粗砂層、砂礫層、礫石層)中施工的地下防滲墻都取得了良好的效果,但在卵石層、漂石層中效果不甚理想。高壓擺噴樁連續(xù)墻的優(yōu)點是防滲效果顯著、地層適應(yīng)面廣、施工方法簡便、施工速度快、技術(shù)可靠、工藝成熟、質(zhì)量可控、造價相對較低,是堤壩防滲及地基處理的有效工程措施。
本工程設(shè)計中,沿防洪閘底板以及上、下游翼墻底板邊緣均布置一道高壓擺噴連續(xù)墻,以處理防滲和加固地基。
擺噴連續(xù)墻設(shè)計平均厚度為0.2 m,深度在9 m左右,設(shè)計抗壓強度≥5 MPa,滲透系數(shù)≤5×10-6cm/s,鉆孔布置位單排,間距采用1.2 m,先導孔與后續(xù)孔交叉布置。
灌漿材料為水泥漿,其中水泥為普通硅酸鹽水泥,等級42.5 MPa,水泥漿比重達到1.4以上。其余有關(guān)參數(shù)亦按照《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》DL/T5200—2004的要求執(zhí)行。
本工程采用雙重管高壓旋擺結(jié)合形式,該工藝原理是利用工程鉆機造孔(孔徑Φ 110 mm),將底端帶有氣、漿噴嘴的灌漿管置于預計的地基處理深度,調(diào)試灌漿管的升速、轉(zhuǎn)速及噴嘴出口的壓力、流量等灌漿參數(shù)達到設(shè)計要求值,然后自下而上提升灌漿管,進行連續(xù)不斷地噴射灌漿[2]。
在灌漿管提升(擺)過程中,噴嘴噴出的高壓漿、氣射流沖切破壞地層土體,同時灌入漿液在射流作用范圍內(nèi)與擾動的地層土摻攪混合,形成具有一定形狀的凝結(jié)體,單元孔形成的凝結(jié)體相互交接在一起,構(gòu)成連續(xù)的防滲板墻。
主要施工參數(shù)見表1。
表1 主要施工參數(shù)表(兩管法)
高壓擺噴灌漿是以處理防滲為主要目的的隱蔽性工程,其施工質(zhì)量的好壞一般不易直接觀察,必須采取必要的方法和手段進行檢查。其中外觀檢測、尺寸檢測以及抗壓強度檢測較為簡單,此處不再贅述。
滲透系數(shù)檢測是擺噴連續(xù)墻較為重要的檢測項目,也相對復雜一些。
本工程墻體連接形式為擺噴折接,滲透系數(shù)檢測宜采用圍井檢查法。
本次采用井內(nèi)開挖注水試驗的方法對圍井進行滲透性檢查。對圍井內(nèi)部進行開挖,并在圍井外圍約4.5 m處布置一個觀測孔。
井內(nèi)采用人工開挖,挖至粉細砂層后便進行試驗。
觀測孔采用百米鉆機進行施工,采用回轉(zhuǎn)鉆進工藝進行,孔徑Φ 127 mm,孔深進入粉細砂層一定深度即可。造孔結(jié)束后,下入觀測花管,管徑為Φ 110 mm。試驗前,對地下水位進行觀測,觀測間隔為5 min,當連續(xù)2次觀測數(shù)據(jù)變動幅度<10 cm時,即可結(jié)束觀測,用最后一次觀測值作為計算地下水位。
向開挖后的圍井內(nèi)注水,當圍井內(nèi)充滿水,并確定井內(nèi)一個穩(wěn)定水位后開始計時,每一分鐘觀測注入井內(nèi)的水量和觀測孔內(nèi)的水位變化,穩(wěn)定水位觀測2~3 h。
取得數(shù)據(jù)后,計算圍井防滲墻滲透系數(shù)K值。計算公式為:
式中:Q為穩(wěn)定流量,m3/d;T為高噴墻平均厚度,m;k為滲透系數(shù),m/d;L為圍井周邊高噴墻軸線長度,m;H為圍井內(nèi)試驗水位至井底的深度,m;h0為地下水位至井底的深度,m;根據(jù)注水試驗數(shù)據(jù),圍井參數(shù)為:Q=0.21 m3/d、H=8.12 m、L=9.0 m、h0=7.50 m、T=0.45 m帶入公式計算圍井滲透系數(shù)k=2.5×10-6cm/s,滿足設(shè)計和《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》DLT5200—2004中的相關(guān)要求。
1)選取合適的設(shè)計參數(shù)和施工參數(shù),是保證擺噴連續(xù)墻效果的重要因素,在選取參數(shù)時應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況、現(xiàn)場實驗結(jié)果及以往工程經(jīng)驗,參照規(guī)范要求慎重選擇。
2)注意做好擺噴連續(xù)墻與建筑物的連接設(shè)計,分縫位置應(yīng)隨縫布置,減免不均勻沉降可能對擺噴連續(xù)墻的破壞。
3)結(jié)合沉降量計算,懸掛連續(xù)墻與建筑物底部留有適當距離,避免因建筑物沉降而壓碎墻體,并采用柔性防水填料填縫堵漏,避免滲漏。
4)條件允許的情況下擺噴連續(xù)墻最好采用擺噴對接的方式,易于處理頂部連接部位,如采用擺噴折接,連續(xù)墻頂部,即與建筑物接觸部位可適當切割成較規(guī)則的形狀,易于與上部建筑物連接。
丹東市某閘工程主體工程已完工1 a,經(jīng)過這1 a的實際運行情況來看,擺噴連續(xù)墻取得了較好的防滲效果,在水閘上、下游產(chǎn)生較大水頭差的情況下,水閘、翼墻、消力池等周邊均未見任何滲漏跡象,防洪閘主體未產(chǎn)生不均勻沉降,整體沉降量也很小,應(yīng)該說取得了很好的效果。
[1]王喜波.高壓擺噴截滲墻在基礎(chǔ)防滲上的應(yīng)用[J].東北水利水電,2004(03):33.
[2]朱海利.高壓擺噴灌漿防滲墻在永涸水庫加固工程中的質(zhì)量控制[J].江淮水利科技,2010(06):38-39.