三重管高壓擺噴技術在基礎防滲中的應用

孫士洪

據(jù)不完全統(tǒng)計當前國內(nèi)有各類型攔河壩超過2.5萬座，這些攔河壩在地區(qū)防洪、供水、農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面有著不可替代作用。壩基滲漏是影響壩體安全的主要因素。因此，做好壩基防滲是攔河壩工程成敗的關鍵。三重管高壓擺噴法作為壩基加固防滲的技術之一，在潮白河橡膠壩工程中得到了很好的應用。

1 工程概況

潮白河橡膠壩工程位于日照市五蓮縣潮河鎮(zhèn)境內(nèi)，攔蓄工程橡膠壩全長212.0 m，共3節(jié)，每節(jié)凈長70.0 m，設計壩高3.5 m，庫容45.0萬m3。工程主要內(nèi)容包括橡膠壩和沖排水泵站、壩基防滲墻、消力池、防沖槽等，總投資約2 000萬元。經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)勘查，該壩址地質(zhì)為砂性土，其滲透性較強，在壩基透水層段內(nèi)設置一道防滲墻是最為經(jīng)濟有效的措施。

2 三重管高壓擺噴原理

高壓擺噴連續(xù)墻具有施工方便、適應性強、質(zhì)量可靠等諸多優(yōu)點，可適用于淤泥、粉土、砂土等多種地層。根據(jù)施工工藝不同，高壓擺噴樁技術可分為單管、二重管、三重管，其中三重管法應用最廣泛。

三重管法是通過三重管使高壓水和空氣同時橫向噴射，沖蝕切割土體，借空氣和水的上升將破碎的土漿托舉排出；另外，第三個噴孔將水泥漿以較低壓力同軸噴射，注入到被切割出來的空隙中并固結成柱（墻），達到加固土體，阻斷地下水流的目的。

3 三重管高壓擺噴技術設計及施工工藝

3.1 工程地質(zhì)條件分析

經(jīng)過實地勘察，該項目壩基整平后，其地層自上而下可分為三層：中砂層、粗砂層、礫砂層，其物理力學指標如表1所示。在中砂層中局部夾雜沙壤土，粗砂及礫砂中卵石含量約為30%左右，粒徑在 50～80 mm。

3.2 三重管高壓擺噴技術設計分析

1）鉆孔布置形式及孔距設計。鉆孔布置形式及孔距設計對防滲墻質(zhì)量及工程投資有著直接影響。結合理論計算及現(xiàn)場試驗，鉆孔分為一序孔和二序孔，設計孔距為1.0 m，孔徑0.15 m，擺動角度為30°，連接角度130°，孔深要求深入穩(wěn)定基巖層不少于0.2 m，布置雙排鉆孔，在施工時可根據(jù)具體地質(zhì)條件進行必要調(diào)整。

2）施工參數(shù)的確定。水、空氣、水泥漿的壓力及流量設計直接關系到施工質(zhì)量，在設計時需要考慮以下問題：①增加噴水量及水壓可增加固結體厚度，但泥漿也會有被稀釋；②壓縮空氣可保護水束不分散從而增加切割長度。一般壩基地層土顆粒越大，鉆孔越深，輸氣量及壓力宜越大；③水泥漿稠度及壓力要控制好，輸漿量需根據(jù)試驗確定；④提升速度過快會影響墻體穩(wěn)定，提升太慢造成水泥漿浪費。

水壓F可根據(jù)公式（3-1）計算，其他計算公式省略。結合現(xiàn)場試驗，確定本項目水壓力35～40 MPa，流量 80 L/min；氣壓力 0.7～0.8 MPa，氣量120 L/min；漿壓力 0.2～0.6 MPa，流量 80L/min；提升速度為20～30 cm/min。

式中：ρ 為密度，kg/m3；Q 為噴射流量，m3/s；V為噴水速度，m/s。

3）灌漿材料設計。根據(jù)工程要求不同，噴漿材料可分為普通型、早凝型、高強型、填充型、抗凍型等，由于本項目無特殊要求，因此采用普通型即可。水泥型號為P·O42.5，單管法水灰比為1∶1～1.5∶1；二管法為 0.8～1.0∶1；三管法為 0.7～1.0∶1。本項目為三管法，水灰比采用0.8∶1。

3.3 三重管高壓擺噴技術施工工藝分析

三重管高壓擺噴技術的主要施工流程為：鉆孔→插管→高壓擺噴→檢驗等。本項目應用的主要施工機具有：XY-2型（300型）地質(zhì)鉆機、高壓泵、注漿管、JS1000和JS750強制式制漿機等，下面根據(jù)施工流程進行詳細分析。

1）鉆孔。首先對防滲墻軸線、孔位和孔口高程進行測量放樣，標明鉆孔序號和孔號。開孔位置與設計位置偏差≤5 cm，孔斜率≤1%，若因故必須調(diào)整鉆孔位置，需嚴格履行變更程序。在鉆進中若出現(xiàn)泥漿嚴重漏失、孔口不返漿時，可采取加大泥漿濃度、泥漿中摻砂或填充堵漏材料等措施，直至孔口返漿后再繼續(xù)鉆進?，F(xiàn)場技術員應實時記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿、塌孔等特殊情況。鉆孔暫停或終孔待噴時，應做好孔口加蓋保護；若時間較長，應采取措施防止塌孔。

2）高壓擺噴。本項目先灌注一序孔，再灌注二序孔，且相鄰孔高噴灌漿間隔時間不宜少于24 h。下噴射管前，應進行地面試噴并調(diào)整噴射方向。當噴頭下至設計深度時，應先按確定的施工參數(shù)送漿、水、氣進行靜噴，待漿液返出孔口、情況正常后方可開始噴漿。高壓擺噴采用“全孔連續(xù)”作業(yè)，每當拆卸噴射管后，應進行復噴，其長度不小于0.2 m。

3）防滲墻質(zhì)檢。本項目要求擺噴墻體有效厚度不小于20.0 cm。最小墻厚不小于12.0 cm。具體參數(shù)如下：抗壓強度：R28≧4.0 MPa；墻體滲透系數(shù) K＜i×10-6cm/s（1＜i＜10）；允許滲透比降：〔J〕＞60。圍井試驗宜在噴漿結束7d后進行；墻體鉆孔檢查宜在該部位完成高噴28d后進行。

3.4 異常施工情況處理

1）在供漿正常情況下，孔口回漿密度小且不能滿足設計要求時，應加大進漿密度或進漿量。在富水層，應當減少風量或降低風壓；

2）若發(fā)生串漿，應填堵被串孔，待灌漿孔高噴結束后，應盡快進行被串孔的掃孔、噴漿或繼續(xù)鉆進；

3）現(xiàn)場需有備用設備，保證高噴作業(yè)能連續(xù)進行。高噴灌漿因故中斷恢復施工時，應進行復噴，復噴深度不小于0.5 m。

4 結語

三重管高壓擺噴技術具有施工速度快、固結強度大、綜合成本小、防滲效果好等諸多優(yōu)點，目前配套設備及工藝非常成熟，使施工質(zhì)量有很大保證。白潮河橡膠壩壩基經(jīng)該技術處理后，其防滲性達到設計要求，壩體運行多年后結構穩(wěn)定，相對于其他防滲技術節(jié)約成本30%以上，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。

[1] 張帶娣.水庫除險加固工程中高壓擺噴灌漿的施工技術[J].中國水能及電氣化，2013，（09）：36-39.

[2] 曾興旺.高壓擺噴灌漿技術在水利工程施工中的應用[J].水利規(guī)劃與設計，2015，（01）：29-32.

[3] 徐有前.高壓噴射灌漿技術在病險壩防滲加固中應用及施工質(zhì)量控制措施的研究[D].合肥工業(yè)大學，2003，（09）.

[4] 樊曉東.深挖渠道邊坡工程防護中的高壓擺噴灌漿試驗研究[J].水電能源科學，2012，（07）：56-59.

[5] 楊震.高壓噴射注漿法防滲加固機理與施工技術應用研究[D].中南大學，2008，（07）.

[6] 蘇新程.三管高壓擺噴防滲墻在金雞攔河閘重建閘室工程中的應用[J].水利建設與管理，2008，（10）：44-48.