雙排高噴樁防滲墻在擾動段防洪墻雜填土中的應(yīng)用

李銘華 李益進(jìn)2 樊昆澎

(1.南京市長江河道管理處，江蘇 南京 210011；2.南京市水務(wù)局，江蘇 南京 210036)

高壓旋噴樁防滲墻垂直防滲，具有適應(yīng)地基條件廣、處理深度大、防滲效果好的特點，近年來被廣泛應(yīng)用于堤壩防滲消險工程中。城區(qū)內(nèi)堤防因受土地資源約束，基本為鋼筋混凝土防洪墻型式。隨著城市的發(fā)展，過江通道增加，濱江整治工程逐步開展，城區(qū)此類堤防或多或少地受到影響，部分堤防甚至出現(xiàn)滲水險情。以確保過江通道和防洪墻安全穩(wěn)定為前提，如何在防洪墻后復(fù)雜填土中成功實施雙排高壓旋噴樁防滲墻，幾乎沒有可供借鑒的先例。本文以長江南京樹人學(xué)校段江堤為例，介紹雙排高壓旋噴樁防滲墻在擾動段防洪墻雜填土中的應(yīng)用。

1 工程概況

2016年汛期，長江南京樹人學(xué)校段江堤背水側(cè)出現(xiàn)多處滲水后緊急采用養(yǎng)水盆度汛。出險段江堤長約500m，為鋼筋混凝土防洪墻，墻后填土復(fù)雜。防洪墻下穿緯三路過江通道N線，底板距過江通道頂部3m左右，防洪墻曾因過江通道建設(shè)進(jìn)行過加固修復(fù)。

2 工程設(shè)計

2016年汛后，南京市及時組織相關(guān)單位對該段堤防進(jìn)行除險加固，勘察設(shè)計單位通過現(xiàn)場查看、勘測、物探等手段，查明滲水原因并制定了除險方案。

2.1 滲漏原因

出險段江堤歷經(jīng)過江通道建設(shè)、濱江環(huán)境整治，情況相對復(fù)雜。通過對掌握的資料進(jìn)行分析，造成該段堤防滲水的原因有：防洪墻基礎(chǔ)局部土質(zhì)松散；防洪墻后填土復(fù)雜，滲透性達(dá)到中等—強(qiáng)透水；過江通道上部區(qū)域存在疑似滲漏通道。

2.2 防滲方案

考慮迎水面坡面防滲多為建設(shè)期采用，且該段防洪墻后通道相對較寬，江堤防滲采用垂直防滲方案；此外，該段江堤位于城區(qū)，較為重要，因此采用雙排防滲墻方案；同時對比常規(guī)適應(yīng)性、工藝工效、造價因素以及考慮對現(xiàn)有防洪墻及過江通道的影響，決定迎水側(cè)防滲墻采用多頭小直徑深層攪拌樁成墻，背水側(cè)采用高壓旋噴樁成墻方案。后根據(jù)施工階段補(bǔ)勘及現(xiàn)場情況，因鋼筋混凝土防洪墻后填土成分較復(fù)雜，松散夾有塊石、混凝土等，且厚度較大，通過咨詢相關(guān)行業(yè)專家，若迎水側(cè)實施深攪樁需要開挖至較大深度并換填，對現(xiàn)有防洪墻穩(wěn)定性影響較大；同時迎水側(cè)深攪樁在該種地質(zhì)條件下成墻可靠性差，迎水側(cè)深攪樁變更為高壓旋噴樁。迎水側(cè)高噴樁距防洪墻底板后趾2.5m，雙排高噴樁距離1.5m，設(shè)計樁底高程-11m(吳淞高程，下同)、樁頂高程11m。高噴樁設(shè)計樁徑0.6m、樁距0.44m，成墻厚度0.4m，噴射灌漿采用強(qiáng)度等級42.5級的普通硅酸鹽水泥，防滲墻滲透系數(shù)不得大于(1～9)×10-6cm/s,水泥用量不少于420kg/m3，水泥漿液的水灰比取1∶1。平面布置示意見圖1，0+373過江隧道斷面示意見圖2。

圖1 平面布置示意

圖2 0+373過江隧道斷面示意

3 高噴樁防滲墻施工

3.1 施工順序

為同時確保迎水側(cè)既有鋼筋混凝土防洪墻穩(wěn)定及高壓旋噴樁成墻效果，先施工迎水側(cè)高壓旋噴樁防滲墻，一段時間后再施工背水側(cè)高壓旋噴防滲墻。為了初步成墻，且不影響既有防洪墻穩(wěn)定，施工迎水側(cè)防滲墻時噴射壓力較低，施工背水側(cè)防滲墻時可以加大壓力，這樣既可確保防滲效果，又保證了既有防洪墻的安全。

3.2 施工設(shè)備

初期引孔采用GXY-1型地質(zhì)勘探鉆機(jī)和GXY-1A型地質(zhì)勘探鉆機(jī)進(jìn)行引孔，成孔效率較低，不能滿足高壓旋噴樁機(jī)正常的施工工效需求。后引進(jìn)YTA820型錨桿鉆機(jī)1臺、KY-100J型潛孔鉆車5臺，大幅提高了引鉆孔成孔速度，滿足了施工需求。高噴樁施工采用XD-30A型、XP-20型、SJW-60A型高壓旋噴樁機(jī)各2臺，GPB-90D型高壓水泵4臺，GPB-90E型高壓水泵2臺，W-1/8型空壓機(jī)6臺，潛水泵6臺，灰漿攪拌機(jī)6臺，BW-150型灰漿泵6臺。

3.3 工藝流程

本工程高壓旋噴樁防滲墻施工采用兩噴管法，先采用鉆孔機(jī)引孔，穿透上部障礙層，再將高噴設(shè)備灌漿管插入孔內(nèi)，采用高壓灌漿泵從噴嘴噴射水泥漿液，一面噴射一面旋轉(zhuǎn)和提升，最后在土中形成圓柱狀固結(jié)體。根據(jù)地質(zhì)報告，地下地質(zhì)情況復(fù)雜，空隙率較大，因此在高噴施工前先注入水泥黏土漿，復(fù)灌三次，充填空隙。高壓旋噴樁防滲墻施工工藝流程見圖3。

圖3 高噴樁施工工藝流程

3.4 技術(shù)參數(shù)

噴射灌漿管插入預(yù)定深度后，由下而上進(jìn)行噴射灌漿，灌漿壓力20～40MPa，漿液流量70～120L/min，噴嘴2個，直徑16～18mm，灌漿管外徑50～90mm，提升速度10～20cm/min，旋轉(zhuǎn)速度8～20r/min。

3.5 控制要點

a.選擇有代表性的地層進(jìn)行高壓旋噴樁防滲墻現(xiàn)場試驗，確定高噴灌漿方法及其適應(yīng)性，確定施工參數(shù)、漿液性能，滿足墻體防滲性能。

b.孔位偏差不大于50mm，有效孔深超過設(shè)計墻底0.3m，鉆孔偏斜率不超過1%，鉆進(jìn)時詳細(xì)記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿等情況。

c.噴射灌漿采用強(qiáng)度等級42.5的普通硅酸鹽水泥，水泥用量不少于420kg/m3，水泥漿液的水灰比取1∶1，漿液攪拌均勻，定時測定其密度，已初凝的漿液不得使用。

d.高噴樁施工過程中，根據(jù)堤防變形觀測數(shù)據(jù)，指導(dǎo)施工；當(dāng)變形較大時，增加觀測頻率，在保證原防洪墻安全的前提下，盡量增大高噴壓力，保證墻體防滲的效果。

e.加強(qiáng)與過江通道運行管理單位的溝通，根據(jù)過江通道健康系統(tǒng)反饋的實時數(shù)據(jù)，合理動態(tài)調(diào)整高噴樁施工。

f.不輕易改動主要施工順序。

3.6 問題及措施

a.高壓旋噴樁施工前先用地質(zhì)鉆機(jī)在設(shè)計孔位上引孔，穿透堅硬障礙層，再進(jìn)行高噴樁施工。插管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，采取邊射水、邊插管的方法，水壓力控制在不超過1MPa，防止因壓力過高造成孔壁射塌。

b.由于防洪墻后填土復(fù)雜，空隙率大，通過分析生產(chǎn)性試驗成果，高壓旋噴樁施工時，壓力較大，漿液在松散的土體中無序亂噴，水泥漿液全部噴射到雜填土空隙中，土體無法形成有效的防滲墻體。因此在原樁位和軸線上，每隔1.75m利用引孔充填水泥摻入量為15%的水泥黏土漿，密實土體空隙，改良土體，使雜填土土體變成類似于卵(碎)石層；水泥黏土漿一般在2～5天固結(jié)，選擇灌水泥黏土漿后7～15天進(jìn)行高壓旋噴施工，這時，雜填土體已經(jīng)完全固結(jié)為一體，且固結(jié)體強(qiáng)度不大，高壓旋噴漿液能夠?qū)λ囵ね岭s填土的土體進(jìn)行切割、充填，且被約束在一定范圍內(nèi)，從而能形成墻體。

c.因防洪墻距離防滲墻較近，為防止高壓旋噴樁施工時造成防洪墻產(chǎn)生較大位移，施工時采取先迎水側(cè)再背水側(cè)的施工順序，同時迎水側(cè)壓力為25MPa，背水側(cè)壓力為28MPa。施工過程中，同步進(jìn)行防洪墻位移觀測。

d.根據(jù)孔口實際返漿情況，動態(tài)調(diào)整噴射壓力和提升速度。返漿量大時，可以適當(dāng)提高噴射壓力和提升速度；返漿量小時，則相反。如樹人學(xué)校綜合樓段孔口返漿量小，甚至個別孔不返漿，則降低提升速度至10cm/min，并在孔底懸停噴漿5～30min。

e.為防止高噴施工時氣壓、液壓較大，部分氣體及漿液從先導(dǎo)孔中噴出，造成氣壓損失和漿液浪費。采用木塞對雙排相鄰的3～4個孔位孔口進(jìn)行封堵。

4 工程效果

工程完工一段時間后，通過局部開挖檢查，防滲墻厚度滿足設(shè)計要求；圍井注水試驗共檢測4個點，試驗結(jié)果均滿足設(shè)計防滲墻滲透系數(shù)不大于(1～9)×10-6cm/s的要求；對12個高噴防滲墻取芯樣現(xiàn)場進(jìn)行注水試驗，試驗結(jié)果均小于設(shè)計所要求的滲透系數(shù)；此外，運行初期滲流監(jiān)測資料分析表明迎水側(cè)防滲墻迎江側(cè)各測點隨長江水位變化而變化，背水側(cè)防滲墻外側(cè)各測點受長江水位影響較小，防滲墻起到了防滲作用。

工程完工至今，運行正常，未發(fā)生滲水等險情。

5 結(jié) 語

工程段江堤防滲除險加固方案綜合考慮場地、過江通道、既有防洪墻、復(fù)雜填土等特定影響因素后制定并實施，工程實施完成后至今工程效果明顯。今后如遇類似工程條件，堤防難以重建，必須采取加固措施時，可以采取本文所述的雙排高噴樁防滲墻，結(jié)合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，建議在防洪墻后通道頂部預(yù)留一定數(shù)量的灌漿孔，同時采取信息手段，加強(qiáng)對除險加固段江堤的長期監(jiān)測。