高壓旋噴樁在高水位強(qiáng)滲水圍堰防滲中的應(yīng)用

王旭東，鄭永華，徐 剛

（濟(jì)南市水利工程服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250099）

近年來，高壓旋噴樁在基坑支護(hù)和截滲止水中也有著成功的應(yīng)用，但在水庫庫區(qū)高水位、施工圍堰及堰基透水性強(qiáng)的情況下，利用圍堰高壓旋噴咬合樁固結(jié)連續(xù)墻及綜合防滲措施進(jìn)行防滲止水中則鮮有應(yīng)用。在本工程案例中水庫庫區(qū)水位較高水深達(dá)5 m，填筑圍堰材料只有庫區(qū)南部出露河底砂礫石，因此所筑施工圍堰和堰基防滲能力很差，勢(shì)必造成圍堰內(nèi)積水難排，給工程施工造成困難。考慮到工程排水困難工期又十分緊張的情況下，項(xiàng)目組經(jīng)過研究果斷采取施工圍堰綜合防滲措施設(shè)計(jì)，圍堰及堰基內(nèi)采用高壓旋噴咬合樁截滲墻止水帷幕，成功解決了防滲排水困難的問題，保證工程正常進(jìn)行。

1 工程概況

臥虎山水庫位于歷城區(qū)仲宮鎮(zhèn)，玉符河上游三川交匯處，控制流域面積557 km，總庫容11 950 萬m3，為大（2）型水庫。水庫有新老兩個(gè)放水洞，新放水洞于2010—2011 年水庫除險(xiǎn)加固期間建成，設(shè)計(jì)放水流量10 m3/s，主要用于城市供水，同時(shí)兼做從南水北調(diào)輸水干渠引水入庫輸水管道。老放水洞1960 年建成，在大壩右端的，為漿砌石拱涵廊道內(nèi)襯內(nèi)徑1.5 m 的鋼筋混凝土管，全長(zhǎng)211.2 m。在上游進(jìn)口段大壩迎水坡設(shè)豎井1 座，內(nèi)設(shè)1.5 m×1.8 m 平面鋼閘門。進(jìn)口底高程108 m，出口設(shè)控制閥門，設(shè)計(jì)放水流量10 m3/s。

庫區(qū)出露的地層為寒武系頁巖、石灰?guī)r和泥質(zhì)條帶灰?guī)r等，地下水按埋藏條件分為孔隙水和基巖裂隙水兩類。孔隙水埋藏在庫區(qū)河床砂礫石層中，水具承壓性，水量豐富，滲透系數(shù)范圍值4.54×10-2～1.16×10-1cm/s，具強(qiáng)透水性。裂隙水分布在河谷底部及兩岸的斜坡地段，導(dǎo)水性強(qiáng)。

工程內(nèi)容主要是在老放水洞壩腳進(jìn)水口上游50 m 處新建進(jìn)水池，進(jìn)水口至進(jìn)水池防水不銹鋼管鋪設(shè)，混凝土管內(nèi)襯鋼管鋪設(shè)、豎井內(nèi)襯鋼筋混凝土面板，更換閘門及啟閉機(jī)、廊道混凝土管空隙回填、壩后輸水管道鋪設(shè)等。施工前水庫水位113.00 m，庫底高程108 m，水深5 m。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2017），圍堰級(jí)別為4 級(jí)。受水庫度汛要求，豎井閘前項(xiàng)目及自身改造項(xiàng)目要求必須在2021 年汛前完成，實(shí)際施工期只有3 個(gè)月，工期十分緊張，屬于汛前應(yīng)急工程。

2 施工圍堰及防滲措施方案設(shè)計(jì)

按照初步設(shè)計(jì)方案，圍堰施工方案采取在老放水洞進(jìn)口前新建土石圍堰臨時(shí)擋水，工程建設(shè)完成后拆除。圍堰迎水坡面鋪設(shè)防滲膜、背水坡面鋪設(shè)土工布，堰后采用抽水泵排水。為了確保進(jìn)水池施工現(xiàn)場(chǎng)滿足施工需求，降低施工排水難度，保證施工期間能夠干地施工，在擋水圍堰堰體縱向中軸線上作高壓旋噴咬合樁連續(xù)截滲墻。旋噴咬合樁底部于庫底高程108 m 往下1.0 m，旋噴樁寬度（直徑）為0.9 m，兩顆旋噴樁中心距離為0.6 m，搭接長(zhǎng)度0.3 m。

考慮春季風(fēng)速影響，最大風(fēng)速33.3 m/s，水庫水面涌浪估計(jì)在30 cm 左右，圍堰頂標(biāo)高定位為114.00 m（大于施工水位最高水位包括浪高0.5 m的要求），圍堰底高程為108.00 m，圍堰高為6 m?？紤]到旋噴樁壓力，確保旋噴樁施工時(shí)不在圍堰兩側(cè)由于壓力原因造成噴漿，圍堰頂部寬度設(shè)計(jì)為7.0 m。由于在水中進(jìn)行圍堰施工，圍堰迎水和背水面兩側(cè)，自然放坡為1∶3。在迎水坡一側(cè)圍堰頂部用裝土編織袋做成防護(hù)墻,高度0.8 m，寬度0.8 m，在標(biāo)高111.00～114.00 m 之間鋪設(shè)SNGPET-15 土工膜一層，并在其上覆蓋0.3 m 厚編織袋裝土護(hù)坡。為確保施工期進(jìn)水池施工安全，防止河水滲透及圍堰滑坡，在背水面一側(cè)底部（標(biāo)高108.00～111.00 m 位置）鋪設(shè)SNG-PET-15 土工布一層，并在其上覆蓋0.5 m 厚裝石渣編織袋護(hù)坡。經(jīng)壩坡穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)為1.25，大于規(guī)范要求的安全系數(shù)1.2。

施工期設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇，10 年一遇洪峰流量為55.7 m3/s。在施工期將新放水洞作為導(dǎo)流洞，使得水庫水位保持在113.00 m 以下。

3 高壓旋噴樁施工

3.1 利用高壓旋噴咬合樁截滲止水工作原理

高壓旋噴樁在施工過程中鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，高壓旋噴臺(tái)車把安有水平噴嘴的注漿管下到孔底設(shè)計(jì)高程，將高壓水泥漿通過注漿管噴嘴噴射而形成高壓射流，沖擊切割鉆孔周圍的土體，使鉆孔周圍一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)被破壞，漿液與土體相互攪拌混合，隨著注漿管的旋轉(zhuǎn)和向上提升雙重運(yùn)動(dòng)從而在鉆孔以及周圍形成一個(gè)圓柱形樁體，多個(gè)這樣樁體按照相鄰樁體間相互咬合嵌合，凝固后便在土體中形成一排圓柱狀相互咬合且具有一定強(qiáng)度的固結(jié)墻體，從而起到截滲止水及圍堰土體加固的作用。

3.2 材料要求和主要技術(shù)參數(shù)

水泥采用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥, 為確保水泥質(zhì)量達(dá)標(biāo)進(jìn)場(chǎng)水泥必須檢查產(chǎn)品合格證；加入適量早強(qiáng)劑，質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)要求；水使用符合質(zhì)量要求的水庫蓄水。

主要技術(shù)參數(shù)：水壓35～40 MPa，流量80～120 L/min，壓縮空氣0.6～1.2 MPa，流量0.8～1.5 m3/min，水泥漿壓力1～2 MPa，流量100～150 L/min，水灰比1∶1，提升速度8～15 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度11～14 r/min。

3.3 施工流程

在圍堰土石方運(yùn)輸完成后，在圍堰縱向中軸線位置進(jìn)行高壓旋噴咬合樁施工。經(jīng)測(cè)算圍堰實(shí)際軸線長(zhǎng)80 m，有效長(zhǎng)度79 m，需造旋噴樁共計(jì)131 顆。

旋噴工藝采用三重管法，主要機(jī)具有鉆機(jī)、高壓注漿泵、空氣壓縮機(jī)、攪拌桶、儲(chǔ)漿桶。工藝流程：施工場(chǎng)地平整；測(cè)量放線、確定孔位；鉆機(jī)就位；鉆孔；攪拌制漿；下旋噴管；旋轉(zhuǎn)噴射注漿；成樁；沖洗注漿管；移動(dòng)機(jī)具到新孔位。

1）施工場(chǎng)地平整。圍堰頂清理、整平，并碾壓密實(shí)。設(shè)置好排漿溝、回漿池，做好漿液回收處理，防止污染水庫水環(huán)境。

2）測(cè)量放線確定孔位。在圍堰中軸線上確定孔位，依據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量各孔口地面高程。施工前用GPS 配合全站儀測(cè)量定位,確定高壓旋噴樁孔位控制，樁孔中心移位偏差應(yīng)小于50 mm。

3）鉆機(jī)就位?？孜坏孛姹仨毱秸?，將鉆機(jī)安放在設(shè)計(jì)孔位上，鉆機(jī)必須與地面垂直擺放平穩(wěn)，放線樁位與設(shè)計(jì)樁位的偏差要小于50 mm。鉆機(jī)就位后，必須作水平校正，使鉆桿軸線垂直對(duì)準(zhǔn)孔位中心，并固定好樁機(jī)，保證鉆孔達(dá)到規(guī)范要求的垂直度偏差1%以內(nèi)。

4）鉆孔。開啟鉆機(jī)鉆孔到預(yù)定深度即設(shè)計(jì)標(biāo)高（鉆孔孔徑150 mm）,拔出鉆桿。校驗(yàn)孔位、孔深及垂直度是否符合規(guī)范要求?？孜豢v橫向偏差小于50 mm、垂直度偏差小于1%、孔深不小于設(shè)計(jì)深度。

5）漿液配制攪拌。所用水泥必須符合質(zhì)量要求，不得使用過期板結(jié)變質(zhì)的水泥。配制使用前必須經(jīng)過濾篩。水泥漿液配制時(shí)水灰比控制1∶1，使用攪拌機(jī)伴制水泥漿液，控制漿液稠度18～22 s，攪拌5 min 后放入儲(chǔ)漿桶中使用。

6）插入旋噴管。成孔合格后即可下入旋噴注漿管到預(yù)定深度。在下管之前，必須進(jìn)行地面試噴，檢驗(yàn)噴射裝置及漿液發(fā)生裝置是否正常。下管過程中，為防止噴嘴堵塞，可用較小壓力邊射水邊下管。

7）旋轉(zhuǎn)噴射注漿。將注漿管下到預(yù)定深度后，開啟設(shè)備，進(jìn)行地下試噴，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到預(yù)定值后即可邊旋噴邊提升，自下而上進(jìn)行噴射作業(yè)，直至旋噴結(jié)束。旋噴結(jié)束后，因孔內(nèi)水泥漿液固結(jié)體積收縮，孔內(nèi)漿液面會(huì)出現(xiàn)一段時(shí)間沉降，應(yīng)不斷將漿液注入孔內(nèi)直至不再下沉為止。最后對(duì)成樁進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)收。噴射過程中，必須保證漿液流量、壓力、提升速度等參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，并隨時(shí)做好記錄，若出現(xiàn)問題和故障應(yīng)及時(shí)排除修整。

8）沖洗注漿管路。在噴射完成后，及時(shí)沖洗注漿管等機(jī)具設(shè)備，把管內(nèi)機(jī)內(nèi)殘存的水泥漿沖洗干凈，可以用水替換水泥漿在地面噴射，直至把高壓水泥漿泵、注漿管和軟管內(nèi)的漿液全部排除。

9）移動(dòng)機(jī)具。將鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位上。

4 施工注意事項(xiàng)

1）工程施工圍堰時(shí)，迎水面一側(cè)頂標(biāo)高比背水面一側(cè)頂標(biāo)高底14 cm，按2%放坡，并在土袋防護(hù)墻處預(yù)留排水口，確保雨天順利排水。

2）工程采用隔二打一施工工藝，由于工期較緊，施工時(shí)在水泥漿里加入適量早強(qiáng)劑，咬合樁與兩側(cè)樁施工間隔時(shí)間要大于24 h。

3）工程在施工中產(chǎn)生的廢漿，一部分可以利用在圍堰兩側(cè)邊坡，形成3～5 cm 保護(hù)層；一部分可以利用在圍堰頂路面上，進(jìn)行整平、凝固后增加堰頂路面強(qiáng)度；最后剩余部分可以向圍堰背水面排放，最后和廊道內(nèi)渣石外運(yùn)，嚴(yán)禁向水庫內(nèi)排放。

4）待旋噴樁完成后達(dá)到初凝期（大于72 h）后進(jìn)行圍堰內(nèi)排水施工。

5）在圍堰內(nèi)降水前，根據(jù)水泵數(shù)量及規(guī)格，計(jì)算好降水速度。在圍堰內(nèi)降水時(shí)，要時(shí)刻監(jiān)控圍堰邊坡情況，提前做好高程及位移控制點(diǎn)，排水過程中隨時(shí)監(jiān)控沉降值和位移值，密切關(guān)注滲透量，如果出現(xiàn)險(xiǎn)情，立馬啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

6）圍堰內(nèi)排水采取排水溝的方式進(jìn)行排水，在圍堰內(nèi)側(cè)坡腳開挖一條排水溝，于圍堰最頭側(cè)下挖1 m 深的水坑，排水溝呈斜坡狀，便于向水坑倒水，在水坑位置采取機(jī)械降水的辦法，確保圍堰內(nèi)側(cè)無積水。

7）圍堰內(nèi)排水完畢后，清理堰基，在標(biāo)高108.00～111.00 m 位置鋪設(shè)SNG-PET-15 土工布一層，并在其上覆蓋0.5 m 厚裝石渣編織袋護(hù)坡。觀測(cè)滲透情況，在滲透量不符合要求的地方進(jìn)行充填灌漿，確保滲透量在合理、安全范圍內(nèi)。

5 結(jié) 語

圍堰內(nèi)排水完成后，通過觀測(cè)圍堰防滲止水效果十分明顯。在高壓旋噴樁施工完成達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后，經(jīng)過鉆芯取樣檢測(cè)，7 d、28 d 立方體抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)均達(dá)到技術(shù)要求。通過本工程的實(shí)踐應(yīng)用，可以證明高壓旋噴咬合樁固結(jié)防滲墻對(duì)于水庫水位及圍堰相對(duì)較高、圍堰及地基透水性較強(qiáng)、防滲止水難度較大的工程防滲止水，具有良好的效果。