南水北調高填方渠道高噴防滲墻設計與施工

□王志華　□張增印　□杜　暉　□劉洪飛（河南省水利勘測設計研究有限公司）

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南水北調高填方渠道高噴防滲墻設計與施工

□王志華□張增印□杜暉□劉洪飛（河南省水利勘測設計研究有限公司）

摘要：南水北調中線焦作城區(qū)段為唯一橫穿城市市區(qū)高填方渠段，為保證渠道運行和焦作市人民生命財產安全，渠道采用塑性混凝土防滲墻設計以提高渠道安全度，但是防滲墻與渠道交叉建筑物和穿堤建筑物銜接部位防滲墻無法施工，容易產生滲漏通道，為此需要對銜接部位采取高噴灌漿進行防滲加固。文章通過施工工藝試驗，確定了高填方渠段高噴灌漿施工工藝和參數設計，施工完成后總干渠運行情況良好，可供其他高填方渠道防滲設計與施工參考。

關鍵詞：南水北調；高填方渠道；銜接部位；高噴灌漿；兩管法

1工程概況

焦作城區(qū)段是南水北調中線工程總干渠Ⅳ亞段（黃河北～漳河南）的組成部分，也是南水北調中線工程唯一橫穿城市市區(qū)的渠段，本段共涉及焦作1段和焦作2段兩個設計單元，西起自焦作市西三環(huán)豐收路，總干渠設計樁號為Ⅳ32+200，東至山陽區(qū)解放大道，設計樁號為Ⅳ44+100，全長11.90 km。

焦作城區(qū)段全部為半填半挖和全填方渠段，渠堤最大填高達到13m，渠道設計水位遠高出周圍地面，且總干渠流量規(guī)模大，一旦失事，大量總干渠渠水將宣泄而出，并迅速向南側漫溢，淹沒城區(qū)大片區(qū)域，危害到焦作市人民生命和財產安全。

為確保本段渠道安全，焦作城區(qū)高填方渠段采用塑性混凝土防滲墻設計以提高本段渠道安全度。但是該區(qū)段存在大量河渠交叉建筑物和穿堤建筑物，使得渠堤土體和混凝土建筑物結合處由于不能緊密銜接，容易產生滲漏通道，而這些部位目前采用的混凝土防滲墻由于施工空間問題又無法使得防滲墻與建筑物直接結合，為此，對這些部位需采取相應的防滲加固措施，使防滲墻與建筑物及渠堤緊密銜接，形成完整的防滲墻封閉圈。

2防滲墻與建筑物銜接部位處理措施

2.1銜接部位

一是與普濟河、閆河、翁澗河、李河這4座河渠交叉建筑物的銜接處，具體銜接位置為河渠交叉建筑物進出口閘室段左右岸外側翼墻與渠堤土體的銜接處。該銜接部位每個河渠交叉建筑物有4處（普濟河只考慮出口銜接2處），共14處。

二是與2座排污廊道結合處，2座排污廊道穿越位置分別在焦作市民主路西側和建設路北側，穿越處總干渠設計樁號分別為Ⅳ35+465和Ⅳ43+673，各排污廊道中軸線均與總干渠垂直，具體銜接位置為排污廊道管身上下游翼墻以及管身頂面與渠堤土體的銜接處。

三是與2座退水閘結合處，即閆河退水閘、李河退水閘，具體銜接位置為退水閘進口引渠兩側擋墻與渠堤土體的銜接處，該銜接部位每個退水閘有2處，共4處。

四是與1座分水閘結合處，即焦作市蘇藺分水閘，設計樁號Ⅳ43+221.60，具體銜接位置同排污廊道，即管身上下游外側以及管身頂面與渠堤土體的銜接處。

2.2處理措施

目前，處理混凝土防滲墻與建筑物銜接的措施主要為水泥灌漿，根據灌漿壓力和施工方法的不同又分為劈裂灌漿、高噴灌漿及一般的常壓灌漿等，其灌漿材料一般為普通的硅酸鹽水泥或添加一定的膨潤土形成的合成材料。

根據總干渠渠堤堤身較為單薄的特點，采用劈裂灌漿雖然防滲加固影響范圍大，能很好的將渠堤土、防滲墻與混凝土建筑物良好結合，但如果灌漿壓力控制不好可能將質量良好的渠堤劈開，從而損壞渠堤，故也不宜采用。而普通的常壓灌漿，則一般只適用于存有明顯裂縫或孔洞的部位，故也不宜采用。

高噴灌漿，由于影響范圍廣，一方面可以很好的將渠堤土、防滲墻與建筑物結合，另一方面施工簡單，且只要壓力控制合適，基本不會對現有渠堤造成損壞，故作為本次焦作城區(qū)段渠堤防滲墻與建筑物結合的防滲加固處理措施。

2.3主要設計參數

高壓噴射灌漿一般噴射形式有旋轉噴射、定向噴射和擺動噴射三種。定噴套接基礎強度較高，但其可靠性差，影響范圍小；擺噴對接或折接、定噴折接連接方便，擺角范圍內影響范圍大，擺腳范圍外則角基本影響不到，成墻厚度不均勻。

旋噴由于影響范圍大，且影響范圍為360°全方位，一方面能保證自身防滲墻體的有效厚度，另一方面由于影響范圍大可與混凝土防滲墻緊密結合，且結合緊密程度均勻，防滲墻質量更為可靠，故作為本次處理防滲墻與建筑物接頭擬定采用高噴型式。

灌漿孔間距初定為1.20 m，根據銜接部位的不同采取單排或雙排布置，雙排布置兩排孔錯開布置。防滲墻體滲透系數需＜1×10-6cm/s，容許比降≥67.70，破壞滲透比降≥200，抗?jié)B標號W8，有效墻厚范圍內無側限抗壓強度＞5 MPa，最小有效墻厚≥30 cm，旋噴影響范圍≥1.20 m。

墻體材料采用普通型漿液，水泥選用強度等級為42.50硅酸鹽水泥，水灰比一般為0.60：1～1.50：1，根據現場具體施工情況而定，凝結體的抗壓強度（28d）最大需達20 MPa。高壓旋噴防滲墻沿塑性混凝土防滲墻兩側布置，搭接長度≥3 m。高壓旋噴灌漿與銜接防滲墻頂底標高一致。

3高噴施工試驗

3.1試驗目的

一是試驗兩管法在98%壓實度土體中的適應性和工效；二是檢驗不同工況下兩管法旋噴樁單樁成樁有效直徑；三是確定旋噴樁施工間排距并對技術參數提出優(yōu)化整調方案；四是為全面展開高噴防滲墻施工提供孔排距設計參數和施工技術參數。

3.2試驗安排

在閆河退水閘沿渠路南側護坦基坑部位按渠堤填筑要求，形成高約7 m類似渠堤條件的施工平臺，達到兩管法試驗條件與渠堤相同，通過試驗得出的相關參數可以直接用于渠堤防滲墻施工的目的。

試驗施工平臺底寬13 m，填高7 m，頂寬5 m，填筑區(qū)域土方填筑及拆除方量約為3000 m3。為達到試驗與施工同條件的目的，試驗平臺填筑前，按照渠堤填筑標準先進行表土清理30 cm，填筑土料采用渠堤削坡土，鋪土厚度、碾壓遍數及攤鋪和碾壓設備均與渠堤填筑標準一致。

為全面揭示高噴單樁體和三樁連接體成樁效果，高噴樁形成后，采用挖掘機配合人工方式對試驗平臺進行剝離開挖。為防止開挖過程中機械操作破壞樁體，對樁體施工平臺采用機械剝離開挖時，樁體周邊預留約50 cm的土體保護層，再采用人工剝離。剝離開挖過程中，為防止施工平臺開挖下降速度過快，引起樁體傾覆，開挖梯段高度按2.00 m一層控制，自上而下分層開挖。

樁體剝離開挖揭露后，對每種工況下成樁直徑、樁體咬合搭接效果及樁體成墻后有效厚度進行檢查，提交試驗成果，確定兩管法高噴成墻鉆孔間排距及施工技術參數，用于渠堤段高噴防滲墻施工。

試驗平臺于2013年5月15日開始填筑，2013年5月21日平臺形成；兩管法高噴試驗于2013年5月22日展開，2013 年5月30日進行開挖檢查，歷時8 d。

3.3試驗方案

3.3.1鉆孔工藝流程

高壓噴射注漿施工工藝流程圖見圖1。

圖1　新兩管法高壓噴射注漿施工工藝流程圖

3.3.2施工試驗參數

兩管法工藝性試驗按每組單樁和三樁連接體組合進行，共分為四組，根據提升速度和漿壓進行組合，相關施工參數確定見表1。

表1　高噴試驗主要施工參數表

3.3.3鉆孔

“兩管法”高壓旋噴灌漿工藝性試驗鉆孔深度為7 m控制。鉆孔采用京探-100型地質鉆，鉆孔孔徑采用ф91 mm，按照選定的孔距放樣定位，其中心容許誤差≤5 cm。鉆機對準孔位后，用水平尺檢查調整機身水平后，墊穩(wěn)、墊牢、墊平機架后對鉆機固定。鉆進過程及時記錄鉆孔情況，終孔結束后經值班質檢員檢查，成孔偏斜率控制在1%以內。每組試驗參數成型一根單樁體和三柱連接體各一個單元，四種試驗參數總計鉆孔成樁16根。試驗孔按圖2布置。

圖2　鉆孔位置布置圖

3.3.4噴射灌漿

噴射注漿試驗按工程概況中四套試驗參數進行試驗和調整，當噴射管下到設計深度后，送入適合要求的漿液，噴射1-3 min；待注入的漿液冒出后，再按預定參數提升、旋轉。采用同軸噴射，邊提升邊注漿直到設計高度，停送漿液，提出噴射管。

噴射灌漿開始后，時刻注意檢查注漿的流量壓力以及旋、提升速度等參數，并且隨時做好記錄。定期檢測漿液密度，按1.58 g/cm3進行控制，如發(fā)現施工中的漿液密度超出該指標時，則立即停止噴注，并對漿液密度進行調整，到正常范圍后再進行噴射注漿。

3.3.5充填

為解決凝結體頂部因漿液析水而出現的凹陷現象，每當噴射結束后，隨即在噴射孔內進行靜壓充填灌漿，直至孔口液面不再下沉為止，充填漿液比重按1.73 g/cm3進行控制。

3.3.6清洗

當噴射完畢時，及時將各管路沖洗干凈，不留有殘渣，以防堵塞，采用清水連續(xù)沖淡，直到管路中出現清水為止。

3.4試驗結果

試驗完成后，對“兩管法”鉆孔高噴灌漿進行開挖檢查。檢查結果和開挖照片見表2和圖3。

表2　“兩管法”高噴灌漿試驗結果表

圖3　1號三樁連接體照片圖

開挖結果顯示：高噴灌漿未對渠堤造成破壞，成樁連續(xù)完整，全為水泥土結石，單樁最大直徑可以達到80 cm以上，最小直徑約為50 cm。

經對比分析，技術參數2成樁效果最好，且經濟指標合理，所以高噴施工參數采用技術參數2，以達到高噴防滲墻樁體密實、樁體咬合銜接牢固、墻體有效厚度滿足設計要求的目的。在高噴灌漿施工完成28d后，依據相關技術規(guī)范和技術標準要求采用鉆孔取芯、注水試驗進行了質量檢查。注壓水試驗滿足防滲要求，抗壓強度滿足力學強度要求。

4結語

南水北調中線焦作1段第二施工標渠道防滲墻與2～8#抽排泵站、閆河倒虹吸出口左右岸、退水閘、排污廊道等構筑物結合處采用高壓旋噴灌漿銜接，高噴灌漿參數采用施工試驗參數2，為保證高噴防滲墻有效墻厚≥0.30 m，高壓旋噴灌漿孔間距優(yōu)化至0.33 m。2013年8月15日高壓旋噴灌漿開始施工，至2013年12月4日高壓旋噴灌漿施工完成，高壓旋噴灌漿墻體28 d強度滿足規(guī)范和技術標準要求，單元工程全部合格，優(yōu)良率為100%。

（責任編輯：劉長垠）

中圖分類號：TV52

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）05-0025-03

作者簡介：王志華（1981-），男，工程師，主要從事水利水電工程設計工作。

收稿日期：2016-03-23