高壓擺噴灌漿技術(shù)在可利江倒虹吸深基坑開挖中的應(yīng)用

【摘要】通過對可利江倒虹吸深基坑開挖防滲方案的設(shè)計(jì)，以及高壓擺噴灌漿成墻技術(shù)施工工藝的探討，為深基坑開挖止水及降水提供了經(jīng)濟(jì)有效的處理方案。

【關(guān)鍵詞】深基坑開挖 帷幕止水 圍堰 高壓擺噴灌漿 二管法

1工程概況

南寧江北引水干渠工程可利江倒虹吸全長376 m，分進(jìn)口段、過江段、出口段，其中過江段長度為300 m，樁號(hào)為K13+070～K13+370，倒虹吸管為有壓流，采用矩形斷面，橫向雙孔箱型結(jié)構(gòu)，單孔孔徑為3×2.7 m，輸水規(guī)模為17.6 m3/s，本工程洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)選取30年，校核選取100年，倒虹吸管為主要建筑物，建筑物等級(jí)為3級(jí)，施工圍堰為臨時(shí)建筑物，等級(jí)為5級(jí)。通過對地質(zhì)條件以及基坑開挖深度等分析，確定對圍堰基坑防滲處理采用帷幕止水+集水井降水。施工流程為：首次圍堰 高壓帷幕灌漿 抽水疏干 基坑開挖 箱涵施工 基坑回填 干擺塊石 清理圍堰 二次圍堰 高壓帷幕灌漿 抽水疏干 基坑開挖 箱涵施工 基坑回填 干擺塊石 清理圍堰

2地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘查資料顯示，可利江倒虹吸過江段地質(zhì)條件較為復(fù)雜，渠道依次穿越軟塑狀粉質(zhì)粘土④1，平均厚度1.2 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為5.4擊，粉質(zhì)粘土④2，平均厚度3.4 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)2.8擊，圓礫層，平均厚度6.9 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)11.4擊，設(shè)計(jì)箱涵底標(biāo)高位于強(qiáng)透水層圓礫層中，基坑開挖可能會(huì)引發(fā)“流土”現(xiàn)象，造成邊坡失穩(wěn)，基坑工程安全等級(jí)屬于一級(jí)。根據(jù)場地水文地質(zhì)條件，可利江常水位為70.80 m。過江段粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂及圓礫層中賦存孔隙水，局部與可利江底直接接觸，主要補(bǔ)給來源為大氣降水垂向入滲和地表水入滲，含水層儲(chǔ)存空間大，補(bǔ)給來源充足，孔隙水水量豐富，且具有承壓性。

3深基坑防滲處理

3.1 圍堰施工

可利江倒虹吸過江段采用二次圍堰導(dǎo)流施工，首次圍堰樁號(hào)為K13+070～K13+230，共施工7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)箱涵段，二次圍堰樁號(hào)為K13+200～K13+370，共施工8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)箱涵段，詳見圖1。圍堰填料采用就近開挖的砂粘土、砂石土的混合料，圍堰填筑高度為3.1～3.5 m，頂面寬4.5 m，圍堰外邊坡為1：2，內(nèi)邊坡為1：1.75，外側(cè)迎水面設(shè)粘土編織袋，厚60 cm，并設(shè)0.4 mm塑料薄膜防滲，內(nèi)側(cè)設(shè)導(dǎo)流排水溝排水。

3.2 止水及降水措施

考慮到該圍堰范圍圓礫石層較厚，該層承壓水頭較高，現(xiàn)可利江常水位為70.80 m，基坑底面標(biāo)高為63.90 m，水頭有6.9 m，即采用高壓擺噴灌漿（高壓二管法）對基坑隔水，布孔范圍沿整個(gè)圍堰中心線四周，封閉成環(huán)，注漿頂面應(yīng)高于施工期內(nèi)可能出現(xiàn)的最高水位，孔深至入泥巖不少于0.5 m，以形成隔水帷幕，為確保轉(zhuǎn)折孔和鄰孔板墻之間緊密連接，遇到轉(zhuǎn)折處，則改為高壓旋噴灌漿。

為防止汛期水位上漲，洪水過頂，結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，圍堰頂標(biāo)高取72.00 m（高于常水位1.2 m），根據(jù)地質(zhì)資料顯示，初步確定孔底高程為57.00 m，因此孔深擬定為15 m，孔距擬定1.2m，實(shí)施時(shí)進(jìn)行圍井實(shí)驗(yàn)，確定實(shí)際參數(shù)。

降水在開挖至接近設(shè)計(jì)高程時(shí)，在基坑四角設(shè)1.5×1.5×1.5 m井坑，配備大功率水泵抽排，邊排水邊施工。

3.3 深基坑開挖

圍堰內(nèi)基坑開挖深度約5 m，依據(jù)地質(zhì)勘探成果，經(jīng)邊坡穩(wěn)定計(jì)算，基坑內(nèi)邊坡采用1：3可達(dá)到安全穩(wěn)定，因此邊坡開挖采取自然放坡方案?；娱_挖斷面詳見圖2。

在施工過程中根據(jù)基坑粘土邊坡自立性情況，確定是否采取2～3排木樁進(jìn)行邊坡防護(hù)。

每倉基坑開挖長度不超過30 m，且需待上一個(gè)基坑區(qū)的構(gòu)筑物施工完成后方可進(jìn)行下個(gè)基坑作業(yè)。

4高壓擺噴灌漿（二管法）成墻原理

高壓噴射灌漿成墻原理是采用鉆機(jī)造孔，再把帶有噴頭的灌漿管下至地層預(yù)定的位置，用從噴嘴噴出的射流沖擊和破壞地層，當(dāng)能量大、速度高、呈脈動(dòng)狀態(tài)的射流動(dòng)壓超過土體的強(qiáng)度時(shí)，土粒便從土體上剝落下來，一部分細(xì)小的土顆粒隨漿液冒出地面，其余土粒在射流的作用下，與同時(shí)灌入的漿液摻攪混合，隨著噴頭一面擺動(dòng)一面提升，形成似啞鈴或扇形柱體的固結(jié)體，如圖3所示。多個(gè)啞鈴或扇形固結(jié)體互相搭接形成混凝土防滲墻，如圖4所示。

高壓擺噴灌漿二管法是利用雙通道的注漿管，通過在底部側(cè)面的同軸雙重噴嘴，同時(shí)噴射出高壓漿液和壓縮空氣，使兩種介質(zhì)射流沖擊破壞土體。內(nèi)噴嘴中的漿液噴射壓力一般為25～40 MPa，外圈環(huán)繞的高壓氣流壓力為0.6～0.8 MPa，在兩種介質(zhì)的共同作用下，破壞土體的力量顯著增大，與單管法相比，在相同條件下，其形成凝結(jié)體的直徑和長度可增加1倍左右。

5技術(shù)參數(shù)

為保證防滲墻的工程質(zhì)量，獲取合理的技術(shù)參數(shù)，在圍堰的中部進(jìn)行了高壓擺噴灌漿試驗(yàn)，具體方法是，選擇1.0 m孔距與1.2 m孔距對比，分別做圍井試驗(yàn)，高噴灌漿結(jié)束7d后，在圍井內(nèi)做注水試驗(yàn)，以確定高噴墻滲透系數(shù)K值，28d后，在兩孔中間鉆孔取芯，以確定搭接情況及固結(jié)強(qiáng)度等指標(biāo)，初步試驗(yàn)結(jié)果表明，采用高壓擺噴折接結(jié)構(gòu)，孔距1.2 m，成墻質(zhì)量較好，既能滿足防滲墻最小厚度要求，又能滿足止水要求。

根據(jù)試驗(yàn)段，確定的技術(shù)參數(shù)如下：孔距1.2 m，擺角30°，氣壓0.6～0.8 MPa，漿壓25～40 MPa，水泥漿密度1.6 g/cm3 （425#普通硅酸鹽水泥），返漿密度1.3～1.4 g/cm3，提升速度8～10 cm/min，擺頻8～10次/min。

6施工工藝

高壓擺噴灌漿施工采用兩序鉆孔灌漿，即先施工1序孔，等水泥漿液凝固后再進(jìn)行第2序孔施工。工藝流程為：放線布孔 鉆機(jī)就位造孔 高噴臺(tái)車就位、試噴 下噴射管 噴漿、擺動(dòng)、提升 孔口回灌 沖洗管路。

（1）放線布孔

用全站儀在圍堰軸線上精確放點(diǎn)，利用木樁和紅油漆做好標(biāo)記，統(tǒng)一編號(hào)，區(qū)分開1序孔和2序孔，孔位偏差不得大于50 mm。

（2）鉆機(jī)就位造孔

鉆孔采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)，孔徑不小于150 mm，且大于噴射管外徑20 mm以上，正循環(huán)鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁。

鉆機(jī)移至所鉆孔位后，應(yīng)用水平尺和框式水平調(diào)整機(jī)身水平、立軸垂直，墊平、墊牢機(jī)架，反復(fù)測試，確保鉆孔偏斜率不超過1%。

由于噴嘴距噴管底端有一定距離，另外考慮孔底會(huì)有少量沉淀，因此鉆孔有效深度應(yīng)超過設(shè)計(jì)墻底深度30 cm，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)詳細(xì)記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿、掉鉆等情況，以便高噴灌漿時(shí)針對不同的地層條件和孔內(nèi)情況采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

（3）高噴臺(tái)車就位、試噴

重點(diǎn)調(diào)試和檢查高噴臺(tái)車提升、制動(dòng)、油路、電路、擺動(dòng)、換向等系統(tǒng)是否工作正常，必須先進(jìn)行地面試噴，檢查機(jī)械及管路運(yùn)行情況及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)是否正常，并調(diào)準(zhǔn)噴射方向和擺動(dòng)角度。

（4）下噴射管

將檢查和試噴符合要求的注漿管逐根連接下入孔底，為防止孔內(nèi)護(hù)孔泥漿進(jìn)入或堵死噴嘴，下孔前將噴嘴用膠帶包封密實(shí)，開始噴灌時(shí)高壓水可將膠帶沖開。

（5）噴漿、擺動(dòng)、提升

按試驗(yàn)段確定的氣壓、漿壓先進(jìn)行原位噴射，先送水泥漿液，再送氣，待孔口返出漿液密度達(dá)到1.3 g/cm3后再按設(shè)計(jì)的提升速度由下至上持續(xù)擺噴作業(yè)，采用的噴射管長大于孔深，噴射管一次提升噴射完畢，保證了防滲墻的連續(xù)性。在高噴過程中，必須加強(qiáng)對各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的檢查、檢測，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理。

（6）孔口回灌

高噴灌漿結(jié)束后，由于孔內(nèi)的漿液發(fā)生析水、沉淀和凝固收縮，高噴凝結(jié)體的頂部會(huì)產(chǎn)生凹穴，需用水泥漿液及時(shí)回灌填補(bǔ)，直到漿液凝固后的高程滿足設(shè)計(jì)要求為止。

為節(jié)約水泥，減少水泥漿排放對環(huán)境的污染，宜收集“孔口回漿”灌注，但需將孔口回漿用篩網(wǎng)過濾，加入適量的水泥干料處理。

7特殊情況處理

（1）鉆孔時(shí)塌孔，表現(xiàn)為鉆進(jìn)過程中，出現(xiàn)泥漿嚴(yán)重漏失，孔口不返漿。原因?yàn)殂@孔部位的地層中含砂或礫石較多，容易坍塌。處理方法：加大泥漿濃度或向孔內(nèi)填充堵漏材料，直到孔口正常返漿后再繼續(xù)鉆進(jìn)。

（2）高噴灌漿時(shí)，孔內(nèi)嚴(yán)重漏漿，表現(xiàn)為注漿孔孔口出現(xiàn)不返漿或返漿量降低。原因是地層較疏松、空隙較大或存在通道。處理方法：當(dāng)孔口不返漿時(shí)，應(yīng)立即停止提升，孔口少量返漿時(shí)，降低提升速度，根據(jù)實(shí)際情況加大漿液密度或向孔內(nèi)填入砂、土等堵漏材料，待孔口返漿正常后，再正常提升噴桿。

（3）高噴灌漿時(shí)，發(fā)生串漿，表現(xiàn)為漿液從相臨孔口返出。原因是鉆孔在地下有通道相通。處理方法：立即停止噴射提升，用粘土填堵串漿口，待孔口不在出現(xiàn)串漿現(xiàn)象時(shí)，再繼續(xù)進(jìn)行高噴作業(yè)，高噴灌漿結(jié)束后，應(yīng)盡快對串漿孔復(fù)鉆至設(shè)計(jì)高程。

（4）高噴灌漿時(shí)，中斷噴漿。原因是機(jī)械故障、突然停電等意外因素。處理方法：應(yīng)及時(shí)查明原因，盡快恢復(fù)施工，中斷時(shí)間小于30 min時(shí)，復(fù)噴搭接長度不得小于0.2 m，中斷時(shí)間大于30 min時(shí)，復(fù)噴搭接長度不得小于0.5 m，以保證連續(xù)性和可靠性。

（5）鉆孔時(shí)，遇到特大孤石，造成噴射灌漿不能形成搭接連續(xù)墻，此時(shí)，應(yīng)在孤石兩側(cè)補(bǔ)孔噴射灌漿形成連續(xù)墻，如圖5。

8深基坑開挖止水成果

采用圍井法檢驗(yàn)高壓擺噴墻體的防滲性能，以被檢查的高噴墻段為一邊，在其一側(cè)用同樣的方法構(gòu)筑封閉形井狀結(jié)構(gòu)物， 7d 后，在井內(nèi)中心鉆孔進(jìn)行注（抽）水試驗(yàn)，鉆孔孔徑應(yīng)大一些，并應(yīng)深至圍井底部（不超過井深），全孔應(yīng)下入過濾花管，通過在透水層中進(jìn)行的圍井注水試驗(yàn)，計(jì)算得出高噴墻滲透系數(shù)K值小于1.0×10-5cm/s，滿足設(shè)計(jì)要求。

在基坑開挖時(shí)發(fā)現(xiàn)局部有滲流現(xiàn)象，但滲流量很小，通過集水井抽水排出即可，不影響基坑內(nèi)正常施工，防滲效果達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。

9結(jié)語

高壓擺噴灌漿技術(shù)在可利江倒虹吸深基坑開挖中得到了很好的應(yīng)用，它具有成墻厚度小、防滲效果好、不需要開挖、施工速度快、工程造價(jià)適中等優(yōu)點(diǎn)，與其他工法相比，具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] SL 174-96，水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范。