高壓擺噴施工技術(shù)在洪澤湖大堤堤基防滲處理中的運用

孫 松 徐善安 孫遠(yuǎn)見

（1.江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 洪澤 223100；2.徐州市水利工程建設(shè)監(jiān)理中心，江蘇 徐州 221000）

1 工程概況

洪澤湖大堤位于洪澤湖東岸，北起淮陰區(qū)碼頭鎮(zhèn)，南至盱眙張莊高地，全長67.25 km，里程樁號0+000～67K+250（由北向南編號），堤頂高程19.0～19.5 m（廢黃河零點，下同）。大堤保護著下游里下河地區(qū)200 萬hm2耕地和2600 多萬人口的安全，保護區(qū)內(nèi)有淮安、鹽城、揚州、泰州等經(jīng)濟發(fā)展較快的城市和京滬高速公路、寧連高等級公路、新長鐵路等國家重要基礎(chǔ)設(shè)施。任何時候必須確保大堤安全，萬無一失。

圖1 高壓擺噴截滲墻布置圖（56K+500 處）

2000年以來，洪澤湖大堤背水坡腳發(fā)現(xiàn)多處集中滲流和大面積窨潮等險情。根據(jù)較全面的地質(zhì)勘探，發(fā)現(xiàn)上述險情主要是由于堤基內(nèi)部存在強滲水通道和部分堤身不密實所致。2012年9月，江蘇省發(fā)展改革委員會批準(zhǔn)實施洪澤湖大堤除險加固工程省管段工程。堤基防滲處理工程是本次加固的主要工程之一，主要是根據(jù)地質(zhì)勘探資料中堤基滲流通道③2層土的分布，采用高壓擺噴施工技術(shù)，沿上游堤肩堤身軸線方向布置垂直截滲墻（如圖1），墻體高1～10 m（高程-3～7 m），長15.45 km。

2 高壓擺噴工藝參數(shù)

2.1 設(shè)計要求

2.1.1 施工工藝

噴漿工藝采用三重管法，施工工藝為：利用鉆機引孔至設(shè)計深度后，將噴具下至設(shè)計深度，控制噴嘴擺角，通過高壓水切割造槽，壓縮氣保護水流射程，經(jīng)過切割、攪拌、置換等工序，利用水泥漿液充填槽孔，形成水泥土固結(jié)體防滲墻。

2.1.2 墻體設(shè)計指標(biāo)

截滲墻墻體厚度不小于10 cm；墻體嵌入③2層土的上層土100 cm，下層土50 cm，在施工過程中，依據(jù)地質(zhì)資料，實時調(diào)整；墻體滲透系數(shù)為A×10-6cm/s（1≤A≤9）；28 d 抗壓強度不小于1.0 MPa。

2.2 施工工藝參數(shù)的確定

根據(jù)規(guī)范要求，在高壓擺噴灌漿作業(yè)開始前，應(yīng)選擇地質(zhì)條件具有代表性的地段進行現(xiàn)場灌漿試驗。經(jīng)討論研究，選擇大堤樁號40K+350～40K+450 和52K+034～52K+134 共計200 m 地段進行高壓噴射灌漿的現(xiàn)場工藝試驗，前段代表大堤的綜合情況，后段代表大堤歷史決口處。

根據(jù)工藝試驗結(jié)果，綜合經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，最終確定施工工藝參數(shù)采用：孔距1.4 m，水壓大于40 MPa，氣壓0.5～0.7 MPa，漿壓不小于1.0 MPa，提速15 cm/min，擺速15 次/min，水灰比1.0，噴射角40°（±20°）。

3 截滲墻質(zhì)量控制

3.1 材料、漿液質(zhì)量控制

漿液采用P.O42.5 級普通硅酸鹽水泥，制漿水使用洪澤湖水。經(jīng)取樣檢驗，原材料的各項指標(biāo)均滿足相關(guān)要求。施工時按確定的水灰比用機械攪拌水泥漿液，水泥均勻放料，漿液使用前過篩。定期用比重稱檢測水泥漿液密度，及時調(diào)整漿液濃度，確保漿液質(zhì)量。

3.2 施工放樣

在高壓擺噴墻施工軸線上用鋼尺測放鉆孔位置，孔位放樣精度應(yīng)滿足設(shè)計要求。繪制擺噴鉆孔平面布置圖，用竹簽等標(biāo)定孔位。

3.3 鉆孔質(zhì)量控制

高壓擺噴鉆孔由地質(zhì)鉆機進行，根據(jù)樁位平面布置圖進行鉆孔定位，鉆進過程中泥漿護壁，確?？仔瓮瓿刹惶?，滿足擺噴施工需要。鉆孔前每間距30 m 設(shè)一個先導(dǎo)鉆孔，先導(dǎo)鉆孔采用全斷面取土樣，以進一步探明堤基③2層分布情況，再根據(jù)實測作業(yè)面高程，控制施工高壓擺噴墻頂、墻底高程。

3.4 高噴質(zhì)量控制

高壓擺噴施工是由多臺機械設(shè)備聯(lián)合作業(yè)，施工時各設(shè)備操作人員之間要統(tǒng)一口令，相互溝通，按確定的技術(shù)參數(shù)控制設(shè)備的運行參數(shù)。噴射管噴嘴下設(shè)至高壓擺噴防滲墻底位置試噴，調(diào)整高壓水、注漿壓力、空壓機供氣壓力、擺角、提升速度等達(dá)到試驗確定的參數(shù)要求，開始擺噴提升作業(yè)，施工中控制施工水泥漿液比重、注漿壓力等偏差滿足規(guī)范要求。噴射管噴嘴提升超過設(shè)計防滲墻頂高程后，停止擺噴作業(yè)，提出噴管，并對已完成的高壓擺噴樁上部及時回灌。擺噴作業(yè)完成后，利用后續(xù)孔冒漿連續(xù)回灌至已噴孔內(nèi)封孔，直到漿液面穩(wěn)定為止，封孔后再對漿液收縮留下的空孔部分利用施工冒漿進行二次復(fù)封。

4 截滲墻質(zhì)量檢測

高壓擺噴截滲墻墻體埋深較大，且墻體較薄，工程實體質(zhì)量檢測具有一定難度。故本工程采用多種檢測方法相結(jié)合，以確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確。

4.1 常規(guī)檢測

4.1.1 檢測內(nèi)容及方法

（1）墻體最小厚度及外觀質(zhì)量：探坑檢查。

（2）墻體深度：鉆探法。

（3）墻體水泥土力學(xué)性能及抗?jié)B指標(biāo)：鉆芯法。

4.1.2 檢測結(jié)果

（1）墻體高度

采用地質(zhì)工程鉆機鉆取芯樣共計14 孔。從取芯結(jié)果來看，③2層透水層芯樣總體完整、均勻。墻體實測高度1.0～10.3 m，滿足設(shè)計要求。

（2）水泥土無側(cè)限抗壓強度

在墻體芯樣上取樣進行水泥土無側(cè)限抗壓強度指標(biāo)檢測。每孔芯樣各取1 組，每組3 個，共42 個試樣，單個試件抗壓強度值為1.63～10.66 MPa，全部滿足水泥土28 d 抗壓強度≥1.0 MPa 的設(shè)計要求。

（3）滲透系數(shù)

每孔芯樣各取1 組進行水泥土滲透試驗，每組6 個，共84 個試樣。試件為圓臺體，上口直徑70 mm，下口直徑80 mm，高度30 mm。滲透系數(shù)檢測值為1.18×10-6～7.28×10-6cm/s，全部滿足設(shè)計要求。

（4）墻體厚度及外觀質(zhì)量

為了直觀檢查截滲墻墻體，高壓擺噴灌漿試驗段局部將墻體施工至地表，采用探坑法檢查墻體成型厚度及搭接質(zhì)量。共檢測7 個部位，探坑長度為3～4 m，墻體出露高度約2 m 左右。檢查結(jié)果表明：檢測部位墻身外觀質(zhì)量及搭接狀況良好。墻體厚度實測值10～50 cm，均滿足設(shè)計要求。

4.2 探地雷達(dá)檢測

2013年1月23日，江蘇省水利科學(xué)研究院對洪澤湖大堤樁號40K+350～40K+380、40K +400～40K+450、52K+043～52K+083、52K+083～52K+106 段截滲墻進行了探地雷達(dá)檢測。

4.2.1 工作原理

探地雷達(dá)系統(tǒng)利用天線向被檢測物發(fā)射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號在介質(zhì)內(nèi)部傳播遇到介電差異較大的介質(zhì)界面時會反射并返回，反射回的電磁波被與發(fā)射天線同步移動的接收天線接收后，由雷達(dá)主機精確記錄下反射回的電磁波的運動特征，再通過信號技術(shù)處理形成全斷面的掃描圖。截滲墻存在缺陷時，缺陷處與截滲墻體之間存在一定的電性差異，研究接收到的電磁波雙程旅行時間、波形與波幅變化規(guī)律，就可以判斷是否存在空洞等缺陷，從而研判地下介質(zhì)的連續(xù)性等性質(zhì)。見圖2。

4.2.2 檢測設(shè)備

美國GSSI 公司生產(chǎn)的SIR-20 系列探測設(shè)備，數(shù)據(jù)采用RANDAN6.6軟件進行后處理，最后形成雷達(dá)圖像用于辨別異常及解釋結(jié)果。

4.2.3 檢測結(jié)論

檢測結(jié)果表明：截滲墻墻體總體連續(xù)、完整，不存在空洞、錯斷現(xiàn)象。

以52K+043～52K+083 段檢測結(jié)果為例，截滲墻與上覆土層在雷達(dá)波形圖上有較為明顯的分界線，表現(xiàn)為截滲墻反射信號較強且較連續(xù)，而上覆土層由于經(jīng)過擺噴機械施工擾動，反射信號相位傾斜度較大且反射相對較弱。圖下方的方框標(biāo)注區(qū)域即為截滲墻體部分，可看出雷達(dá)波形總體變化不大，無拋物線狀圓弧雷達(dá)波形等明顯特征，同相軸基本連續(xù)，表明截滲墻墻體總體連續(xù)、完整，不存在空洞、錯斷現(xiàn)象。見圖3。

圖2 探地雷達(dá)工作原理圖

圖3 52K+043～52K+083 區(qū)域探地雷達(dá)剖面圖

4.3 物探檢測

2013年5月28～29日，江蘇省工程勘測研究院有限責(zé)任公司對洪澤湖 大 堤 樁 號40K+363～40K+463 和52K+368～52K+024 段截滲墻進行了物探檢測。

4.3.1 檢測方案

根據(jù)工程的實際情況和測試要求，在截滲墻墻體軸線部位采用高密度地震映像法測定墻體的連續(xù)性，采用多道瞬態(tài)面波測定墻體的頂、底埋深。另外，在墻體軸線外側(cè)3 m 處抽測部分土體，繪制高密度地震映像解譯剖面圖，以與截滲墻墻體部位的波形進行對比。

4.3.2 檢測設(shè)備

北京市水電物探研究所研制的SWS-5 型多波列數(shù)字圖像工程勘探與工程檢測儀。

4.3.3 檢測結(jié)論

檢測結(jié)果表明：截滲墻墻體連續(xù)性較好，墻體頂、底高程與原始施工記錄基本吻合。

以大堤樁號40K+363～40K+463段為例，檢測情況如下：

（1）地震映像

比較軸線處與軸線外的地震映像圖，大致有如下特征：①軸線處高密度地震映像分布比軸線外均勻且絕大部分比較連續(xù)，說明高壓擺噴截滲墻體連續(xù)性較好；②通過軸線東側(cè)3 m 處的高密度地震映像圖和軸線處的影像對比，以40K+413 處為界，往斷面號變小方向面波相位增多，這是由于面波在傳播過程中遇有較高密度介質(zhì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換波且在該介質(zhì)中面波的高階振型發(fā)育，反映了土體強度較軸線外高；往斷面號變大方向面波相位雖多，但比較雜亂，該處曾進行過充填灌漿加固，詳見圖4；③軸線處40K+376～40K+388 部位地震映像圖中上部80 ms 處面波振幅減小，40K+392～40K+397 部位地震映像圖在200 ms 處面波振幅減小，說明上述兩段墻體中存在低速體分布，可能是由于原有土層內(nèi)碎石分布較多所致。

（2）面波及頻散曲線

本段在40K+439.2 附近采用多道瞬態(tài)面波測定墻體的頂、底埋深。頻散曲線詳見圖5。

根據(jù)圖5，在40K+439.2 處高壓擺噴截滲墻墻頂埋深13.5 m，墻底埋深24.0 m，該段地面高程18.6 m，對應(yīng)的墻頂、底高程為5.1 m、-5.4 m；根據(jù)施工原始記錄，該段墻頂、底高程分別為5.4 m、-4.2 m，檢測成果與施工單位提供的資料基本吻合。

5 截滲效果

為了驗證截滲墻的實際效果，在54K+300 斷面設(shè)置2 根測壓管測量截滲墻前后③2透水層的水頭變化，其中，1 號測壓管位于截滲墻上游側(cè)，2 號測壓管位于截滲墻下游側(cè)，具體布置如圖1 所示。部分觀測數(shù)據(jù)如表1 所示。

圖4 40K+363～40K+464 段截滲墻高密度地震映像解譯剖面圖

圖5 40K+439.2 處頻散曲線圖

從觀測數(shù)據(jù)可見，截滲墻前后③2層的水頭有明顯的下降，平均降幅在0.3 m。觀測數(shù)據(jù)表明：截滲墻對③2透水層起到了較為明顯的截滲作用。

6 結(jié)語

通過在施工過程中嚴(yán)格控制高壓擺噴各項工藝參數(shù)，加強過程控制，使得目前對工程采取的各種檢測結(jié)果表明：洪澤湖大堤堤基防滲處理采用的高壓擺噴截滲墻墻體高度、厚度、連續(xù)性、滲透系數(shù)及抗壓強度等各項指標(biāo)均滿足設(shè)計要求，且截滲墻對③2透水層起到了較為明顯的截滲作用，達(dá)到了預(yù)期效果。高壓擺噴截滲技術(shù)在洪澤湖大堤中的大范圍應(yīng)用，可對其他堤防工程堤基防滲處理起到一定的借鑒作用。

表2 54K+300 斷面1、2 號測壓管部分觀測數(shù)據(jù)