港口工程防滲墻墻下堵漏處理

伍琪琳，燕繼宇，王征亮

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510290)

用防滲墻防止?jié)B漏作為常規(guī)的止水措施于20世紀50年代起源于意大利和法國，目前已得到廣泛運用和發(fā)展[1]。防滲墻技術(shù)雖然在我國起步稍晚，但發(fā)展迅速，已廣泛運用于水利、水電、建筑工程、水運工程等領(lǐng)域，目前僅水利水電工程中建造的防滲墻總面積已達54萬余m2。

防滲墻施工設(shè)備及工藝先進，施工過程可控，檢測手段發(fā)達，建造后多數(shù)能取得良好的止水效果。截至目前，因防滲墻墻下或者墻體滲漏導致止水失效的工程案例并不多見，且多集中于技術(shù)水平低下的20世紀60～70年代，例如大江水庫、卡達水庫、大利水庫、紅旗水電站、大龍?zhí)端畮?、拉浪水電站等[2]。最近的有據(jù)可查的防滲墻出現(xiàn)滲漏的工程案例為2006年某水利樞紐主壩防滲墻滲漏[3]。

鑒于以往應(yīng)對圍堰防滲墻墻下滲漏的堵漏工程經(jīng)驗并不豐富，本文結(jié)合工程案例，總結(jié)圍堰防滲墻墻下堵漏的設(shè)計(防滲標準、堵漏范圍確定、灌漿孔平面布置、灌漿深度)及施工(灌漿分段、灌漿壓力、灌漿工藝等)關(guān)鍵技術(shù)，為類似項目提供參考。

1 工程概況

1.1 圍堰防滲墻工程概況

斯里蘭卡某港口工程位于瀉湖范圍，采用內(nèi)挖式港池，一期工程已建設(shè)完畢，并通過航道與外海連接，港池內(nèi)平均潮位0.0 m；二期港池的原地形高程0.0～15.0 m，設(shè)計底高程-17.0 m。一期工程回填建造了南圍堰，二期工程要求在南圍堰內(nèi)建造防滲墻，擬在開挖港池的瀉湖側(cè)建造東北圍堰及防滲墻，并與一期已建防滲墻連接起來形成干施工封閉止水結(jié)構(gòu)(圖1)。

圖1 防滲墻平面布置

東北圍堰及防滲墻于原狀地基中建設(shè)，建造完成后運行效果良好。南圍堰回填段軸線長790 m，由一期港池底高程-17.0 m直接推填至4.3 m而成，堰體材料為一期港池基坑開挖土石料，主要為含少量黏粒的砂性土。堰基面為中風化片麻巖面，由一期港池爆破開挖形成，可能存在滲漏通道。南圍堰典型斷面見圖2。堰體內(nèi)防滲墻采用塑性混凝土防滲墻，厚度60 cm，滲透系數(shù)不大于3×10-7cm/s，28 d無側(cè)限抗壓強度不小于3.0 MPa。

圖2 南圍堰防滲墻結(jié)構(gòu)(單位：m)

1.2 防滲墻墻下滲水情況

南圍堰塑性混凝土防滲墻施工完畢并檢測合格后，一期北圍堰與南圍堰之間的內(nèi)湖抽水過程中出現(xiàn)異常情況：

1)南圍堰27#監(jiān)測斷面鉆孔埋設(shè)水位監(jiān)測管鉆至-17.0 m時，內(nèi)湖水面出現(xiàn)冒氣泡現(xiàn)象(鉆孔工藝會向土體噴射大量高壓氣體)。氣泡現(xiàn)象與鉆孔行為的同步性好，鉆孔停止后，未再有氣泡冒出。

2)南圍堰中部28#監(jiān)測斷面的日水平位移急劇加速，持續(xù)超出設(shè)計警戒值，且該斷面的堰體水位與內(nèi)湖水位相關(guān)性差，抽水期間內(nèi)湖水位持續(xù)下降，但該斷面堰體水位未見明顯下降趨勢。

3)南圍堰29#監(jiān)測斷面防滲墻后方的堤頂水位接近0.0 m，-5 m堰體平臺的水位接近-5.0 m，遠高于理論計算的堰體水位，也遠高于其余監(jiān)測斷面的實際堰體水位。該監(jiān)測斷面埋設(shè)水位管鉆孔至-18.0 m時，大量水從鉆孔套管內(nèi)噴出，持續(xù)一晚未見涌水量減少。且該斷面的堰體水位與內(nèi)湖水位相關(guān)性差，甚至出現(xiàn)過內(nèi)湖降水而堰體水位不降反升的異常現(xiàn)象。

4)圍堰坡面上出現(xiàn)多處潮濕點，掘開后有水流源源滲出。潮濕點(滲出點)的高程明顯異常。

5)內(nèi)湖停止抽水后，基于內(nèi)湖水位上升值計算的日滲流量是(不存在滲漏通道時)理論日滲流量的數(shù)倍。

根據(jù)上述異?，F(xiàn)象判斷圍堰防滲墻存在滲漏通道，結(jié)合施工記錄及其他資料，判斷該滲漏通道位于防滲墻墻下的中風化地層。

2 防滲墻墻下堵漏設(shè)計及施工

2.1 墻下堵漏灌漿設(shè)計

2.1.1堵漏灌漿帷幕的防滲標準

在灌漿帷幕設(shè)計時，確定防滲標準才能確定灌漿帷幕的必要性及范圍[4]。

本工程的堵漏帷幕屬于臨時工程，其目的在于減少施工期防滲墻墻下滲流量、降低堰體水位以確保圍堰安全穩(wěn)定。經(jīng)經(jīng)濟性對比分析、圍堰滲流穩(wěn)定復(fù)核，確定以透水率不大于5 Lu作為基巖堵漏灌漿的標準，并要求基巖灌漿后，經(jīng)注水試驗檢測滲透系數(shù)K≤5×10-5cm/s。

2.1.2滲漏范圍

堰體水位異常則存在滲漏通道，對南圍堰按不大于50 m的間距增補水位觀測管，并按以下步驟確定滲漏(堵漏)范圍[5]：

1)實測水位與理論計算水位及穩(wěn)定斷面水位對比，高水位區(qū)存在滲漏風險；

2)在可能的滲漏段補注漿，如堰體水位明顯下降，則說明注漿段仍處于滲漏范圍內(nèi)。沿圍堰軸線繼續(xù)擴大補注漿范圍，直至堰體水位不再明顯降落，則停止補注漿。

2.1.3灌漿孔平面設(shè)計

墻下堵漏灌漿孔有3種布置形式：防滲墻內(nèi)無鑲管灌漿、墻內(nèi)鉆孔鑲管灌漿及墻外鉆孔鑲管灌漿。

1)防滲墻內(nèi)無鑲管灌漿僅需在孔口鑲1.5 m的孔口管便可與灌漿設(shè)備連接，自上而下分段灌漿。此方法的優(yōu)點在于施工簡單，可與防滲墻形成連續(xù)的防滲帷幕。但實際施工中發(fā)現(xiàn)，由于塑性混凝土防滲墻的強度較低(約3.0 MPa)，灌漿壓力過大(1.0 MPa)將導致墻體出現(xiàn)剪切破壞，而過小的灌漿壓力無法滿足墻下基巖灌漿的要求。因此，當防滲墻的強度不高時，此方法不適用于墻下堵漏處理。

2)墻內(nèi)鉆孔鑲管灌漿是在防滲墻軸線上鉆孔鑲PVC管或鋼管保護防滲墻，以克服防滲墻強度不足的問題。但實際施工中發(fā)現(xiàn)，由于防滲墻較薄而高，鉆孔鑲管過程中容易出現(xiàn)鉆穿防滲墻墻體側(cè)邊的情況。該方法受鉆孔水平、防滲墻厚度、防滲墻高度限制，在很多情況下不適用于墻下堵漏處理。

3)墻外鉆孔鑲管灌漿是在防滲墻的外側(cè)選擇適當?shù)木嚯x在堰體內(nèi)鉆孔鑲管至巖面做孔口管，巖面以下灌漿。由于堰體材料較松散且存在大塊石，此方案的成孔施工難度比前兩者更大，但不受墻體強度及鉆孔垂直度限制，適用于各種情況的墻下灌漿堵漏處理。此方案的另一優(yōu)勢在于，即使防滲墻墻體存在滲漏通道，墻下灌漿或者堰體內(nèi)預(yù)灌漿時，漿液也將沿著防滲墻擴散，形成一薄層高強度水泥結(jié)石膜，封堵堰體滲漏通道。采用墻外鉆孔鑲管灌漿的3個試驗孔段均取得滿意的結(jié)果，因此本工程以此作為最終的墻下堵漏灌漿方案。

結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)條件、水文條件、防滲要求及類似工程經(jīng)驗，于防滲墻上下游雙排布置灌漿孔，灌漿孔排距800 mm、間距1 000 mm、呈“品”字形布置(圖3)。

圖3 灌漿孔平面布置(單位：mm)

2.1.4豎向設(shè)計

由于堰體為松散回填砂性料，無法直接成孔后鑲管。因此，有2種應(yīng)對鉆孔鑲管工藝：跟管鉆進、堰體灌漿后成孔再鑲管。前者施工簡單、成本較低，但本工程的堰體內(nèi)存在較多大塊石，跟管鉆進無法成孔，因此采用后者作為鉆孔鑲管方案。

墻下灌漿深度以基巖透水率不大于5 Lu為標準，現(xiàn)場根據(jù)鉆孔的簡易壓水試驗結(jié)果確定最終的灌漿深度。

2.2 墻下堵漏灌漿施工

2.2.1鉆孔方法

采用XY-2型地質(zhì)鉆機鉆孔，終孔孔徑不小于φ56 mm。為確保堰體內(nèi)成孔，采用預(yù)灌漿處理，當堰體鉆進不能成孔時即停止鉆進，進行灌漿處理，再繼續(xù)鉆進。由于堰體灌漿對滲透指標不做要求，因此，采用注灰量150 kg/m作為灌漿結(jié)束控制標準。采用水灰比為0.7:1的濃漿起灌，并根據(jù)現(xiàn)場地層的可灌性進行適當調(diào)整。堰體灌漿后，鉆孔至基巖面深度時，鑲筑φ89 mm PVC管。

2.2.2鉆孔沖洗及壓水試驗

堰體及基巖段灌漿鉆孔結(jié)束后采用壓力水進行鉆孔沖洗，沖洗壓力可為灌漿壓力的80%；沖洗時間至回水澄清時止，并不大于20 min。如堰體部分不返水可不進行沖孔直接灌漿。

堰體部分不進行簡易壓水，基巖段進行簡易壓水試驗，簡易壓水可與鉆孔沖洗同時進行，壓水時間20 min，每5 min測讀1次壓入流量，以最后流量值作為計算流量。

2.2.3灌漿工藝

采用純水泥漿液進行孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)的灌漿工藝?？卓诜忾]灌漿工藝可對上層灌漿段進行反復(fù)注漿，從而取得良好的注漿效果。堰體灌漿按分序加密、不分排的原則進行，每段灌漿完成后均需待凝。基巖灌漿嚴格按分排、分序加密的原則進行，分兩序灌漿，先施工Ⅰ序孔，再施工Ⅱ序孔，同次序灌漿孔可同時施工。

2.2.4灌漿分段及灌漿壓力

堰體部分不能成孔時即停鉆，進行灌漿處理，再繼續(xù)鉆進。堰體灌漿每段完成后進行足夠待凝，再進行下一段施工?；鶐r灌漿第1分段長2.0 m，其余段長為5.0 m。

灌漿壓力通常在帷幕孔頂段取1.0～1.5倍壩前靜水頭，在孔底段取2.0～3.0倍壩前靜水頭?？紤]到壩前水頭約0.2 MPa，堰體灌漿壓力初步擬定為0.2 ～0.3 MPa，并允許現(xiàn)場根據(jù)注灰量調(diào)整?；鶐r灌漿壓力以盡量使用大壓力但以不破壞墻體或抬動巖層為原則。實際施工時，第1段采用0.7 MPa，其余段采用1.0 MPa。

2.2.5漿液配比及漿液變換

漿液配比由灌漿試驗確定(表1)。鉆孔不返水的孔段，直接采用1:1漿液進行灌注。鉆孔正常返水的孔段，采用純水泥漿液按由稀變濃的原則灌注，漿液比級采用四級變換，水灰比分別為3:1、1:1、0.8:1和0.5:1。

表1 灌漿漿液配比

變漿原則：

1)當灌漿壓力保持不變、注入率持續(xù)減小時，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時，不應(yīng)改變漿液比級；

2)當灌注時間已達30 min，而灌漿壓力和注入率均無明顯改變時，應(yīng)改濃一級；

3)當注入率大于30 L/min時，根據(jù)具體情況越級變濃。

2.2.6灌漿結(jié)束標準

在設(shè)計壓力下注入率小于1 L/min后，持續(xù)灌注30 min即可結(jié)束。

2.2.7灌漿孔封孔

灌漿結(jié)束后，以0.5:1的純水泥漿液采用全孔灌漿法進行壓力封孔。封孔壓力采用最大灌漿壓力，封孔時間為30 min。

2.2.8灌漿質(zhì)量檢測

灌漿施工質(zhì)量檢查在灌漿結(jié)束14 d后進行，以檢查孔注水試驗成果為主。質(zhì)量評定標準為：混凝土與基巖接觸段的透水率的合格率為100%，其余各段的合格率不小于90%，不合格段的滲透系數(shù)不超過設(shè)計規(guī)定的150%，且不合格段的分布不集中。

本工程共進行了7個檢查孔17個試段的注水試驗。試驗結(jié)果表明，所有檢查孔試段的透水率均滿足設(shè)計要求，透水率最大值為4.39×10-5cm/s。

2.3 墻下堵漏灌漿效果評價

墻下堵漏灌漿結(jié)束后進行內(nèi)湖抽水，堰體水位大幅度降低，實測水位接近理論計算水位，且水位下降與內(nèi)湖水位下降相關(guān)性強；圍堰堰體日水平位移速率僅為灌漿前速率的1/7～1/3，遠小于警戒值，呈穩(wěn)定趨勢；內(nèi)湖停止抽水期間，根據(jù)內(nèi)湖水位上升值計算的日滲流量約為灌漿前的0.5倍；內(nèi)湖抽干后，圍堰實測滲水量較小。因此，可判斷本工程的防滲墻墻下堵漏灌漿取得了滿意效果。

3 結(jié)論

1)當防滲墻的墻體強度不高時，采用墻內(nèi)無鑲管灌漿，較大的灌漿壓力會導致防滲墻墻體的剪切破壞，而較小的灌漿壓力無法滿足墻下灌漿的要求；墻內(nèi)鉆孔鑲管灌漿在防滲墻較薄且高度較大時應(yīng)慎用，因為它對于鉆孔垂直度要求很高，才能保證鉆孔不鉆穿墻體側(cè)壁；墻外鉆孔鑲管灌漿可克服以上問題，適用于一般情況下的墻下堵漏處理。

2)通過對監(jiān)測異?，F(xiàn)象及監(jiān)測數(shù)據(jù)(堰體水位、變形、滲水量等)的綜合分析可以發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；通過對堰體實測水位的分析可以初步確定滲漏范圍；通過對比堵漏前后的堰體水位、變形、滲水量等監(jiān)測數(shù)據(jù)可評價堵漏效果。監(jiān)測系統(tǒng)在墻下滲漏的發(fā)現(xiàn)和處理以及堵漏效果評價中起關(guān)鍵作用。

3)采用墻下堵漏灌漿成功地封堵斯里蘭卡某港口工程圍堰防滲墻墻下的滲漏通道，取得滿意的效果，其設(shè)計(防滲標準、堵漏范圍確定、灌漿孔平面布置、灌漿深度)、施工(灌漿分段、灌漿壓力、灌漿工藝等)等關(guān)鍵技術(shù)可為類似項目提供參考。