高壓旋噴防滲墻在江都區(qū)高水河東堤除險加固中的應用

吳世新，郭 煒

（1.江蘇省水利建設工程有限公司，江蘇 揚州 225100；2.揚州市江都區(qū)水務局，江蘇 揚州 225200）

對于堤壩中常見的滲透破壞問題，通常需要采用“上堵下排”的工程措施，其中“堵”是指防止水在地層中滲透，常見垂直防滲方案有高壓噴射灌漿防滲墻、混凝土防滲墻、水泥土攪拌樁防滲墻、水泥帷幕灌漿等，其中高壓噴漿成墻法具有適用地層范圍廣，施工設備簡單輕便，造價較低，成墻質量好，而且能有效減小施工干擾帶來的問題［1］。

高壓噴射灌漿技術主要是利用加壓設備噴射出具有高強度、高流速的水流或者漿液，對地基土體進行切割、沖擊，破壞土體結構，同時以水泥漿噴至土層與土體融合，形成圓柱狀或者幕墻狀的凝固體，以此增強基礎的防滲能力或承載能力。其中當使噴射管在土體中做邊旋轉、邊向上提升的運動，由此形成圓柱形樁體的高噴灌漿施工方法就是高壓旋噴［2］。

高壓旋噴防滲墻能夠高效地提升地基的防滲能力,在各類堤壩的地基處理中被廣泛使用［3］，本文以江都區(qū)高水河東堤除險加固工程為例，從高壓旋噴防滲墻施工工藝流程、試樁試驗概況，由試驗結果擬定的最優(yōu)施工方案等闡述了高壓旋噴防滲墻在水利工程堤防地基處理中的應用。

1 工程概況

1.1 工程簡介

高水河東堤大王廟段（0+550～0+050）設計采用高壓旋噴樁進行防滲及抗滑加固處理。樁身材料采用42.5 級普通硅酸鹽水泥。高壓旋噴采用二管法工藝，鉆孔孔徑不小于110 mm，孔間距0.6 m，孔位誤差不大于30 mm，成孔垂直度偏差不大于1%。高壓旋噴后形成的樁體直徑為0.8 m，樁間搭接0.2 m，高壓旋噴灌漿孔平面布置見圖1。

圖1 高壓旋噴灌漿孔平面布置

1.2 工程地質條件

土層地質由上往下依次為：

A 層（Q4ml）：灰黃、褐黃雜灰色粉質黏土、重粉質壤土，雜砂壤土，主要為堤身填土，局部為耕作土。

①2層（Q4al-pl）：青灰色（淤泥質）重黏土。

①3′層（Q4al-pl）：青灰色粉質黏土、重粉質壤土。

①4層（Q4al-pl）：灰色淤泥質及軟粉質黏土、重粉質壤土。

②4層（Q3al-pl）：灰黃色重粉質砂壤土、輕粉質壤土，含云母片。

1.3 設計技術要求

灌漿質量要求防滲墻體水泥土無側限抗壓強度不小于0.5 MPa（28 d齡期抗壓強度），墻體滲透系數(shù)不大于A×10-6cm/s（1≤A＜10）。

2 二重管高壓旋噴樁施工流程

2.1 場地準備

沿防滲墻軸線將現(xiàn)狀道路破除1.0 m×1.0 m（寬×深），清除路面結構層及地下的一切障礙（包括大塊石、樹根和生活垃圾等），同時用作防滲墻施工溝槽。

2.2 測量放樣

首先采用GPS 測放出高壓旋噴樁防滲墻中心線兩端的控制點，然后根據樁距，采用卷尺和線繩傳遞在地面上定位出旋噴樁的樁位位置，并做好標記，撒白灰標識，以確保樁機準確就位［4］。

2.3 鉆孔

噴射臺車由專人指揮，依靠自身履帶緩慢行走至樁位處，樁位對中誤差不大于30 mm。為確保樁機底座水平，導向架和鉆桿垂直于地面，傾斜率小于1.0%，應同時使用水平尺和定位測錘進行校核。對于不符合垂直度與樁位偏差的進行調整，直到達到要求。啟動鉆機后，邊旋鉆邊鉆進，當達到設計標高后，停止工作。在鉆機工作過程中，如遇到異常情況應立刻查清緣由，并采取相應的處理辦法，對地層變化、顆粒大小、硬度等要進行詳細分析，并記錄在冊，當一個鉆孔完成后，應由技術人員進行質量檢查，合格后才可移位準備下一個孔的鉆進工作［5］。二重管高壓旋噴注漿工藝流程見圖2。

圖2 二重管高壓旋噴注漿工藝流程

2.4 漿液配置

根據確定的水灰比和水泥用量，漿液采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥與水拌至而成，攪拌灰漿時，先加水后加水泥，每次灰漿攪拌時間不少于2 min。漿液在灰漿拌合桶中攪拌完成，經濾網把水泥硬塊剔出后流入儲漿池，漿液在儲漿池內要不斷攪拌直到噴漿前，儲漿池至少儲存一根樁的用量［6］。

2.5 噴射注漿

在插入旋噴管之前應先對高壓設備和管路系統(tǒng)進行全面細致的檢查，以確保設備的壓力和輸漿量滿足設計要求。各個部位的密封圈應保持完好，各個通道和噴嘴內部不能存在雜物，在正式噴射前，應做高壓水射水試驗，合格后方可噴射漿液。

噴射時，應先達到設計噴射壓力，座底噴漿5 s，當水泥漿與樁底的土體進行充分攪拌后，再邊噴漿邊旋轉提升注漿管，提升速度為10～15 cm/min，旋轉速度為8～10 r/min，直至達到設計樁頂高層。噴射注漿過程中必須按照預先設定的各項參數(shù)加以控制，操作人員必須時刻檢查各環(huán)節(jié)運行情況（如注漿流量、壓力、提升速度，泥漿比重等），并根據實際情況采取下列措施：

（1）當需對管路系統(tǒng)進行接、卸、換時，速度要快，避免塌孔和堵嘴；

（2）當噴射因故中止時，根據具體情況處理:如果由于機械故障，要盡快采取措施恢復灌漿，最大程度減少中斷時間；如果不可避免的導致中斷時間大于1 h，要及時采取有效的補救措施；當恢復噴漿時，要將噴射管往下多延伸0.3 m，確保凝結體具有良好的連續(xù)性。

2.6 回灌

當結束噴射后，應當立即在噴射孔內采取靜壓的方式進行充填灌漿，直到漿體表面保持穩(wěn)定，不再下沉，由此確保高壓旋噴防滲墻固結后達到設計標高，回灌漿液一般采用鄰孔高噴冒漿靜壓充填。

3 試樁試驗

為確定施工工藝、施工順序的合理性、確定鉆機鉆進時的旋轉速度和提升速度、確定注漿泵的工作壓力以及確定每米水泥用量。需要通過試樁獲取施工數(shù)據，為后續(xù)大范圍施工提供指導，本次選取3根樁進行試樁試驗。

3.1 XPZ1、XPZ2、XPZ3試樁情況

3 根試樁均采用二管法高壓旋噴施工工藝，樁長14.14 m+0.5 m 超高（設計樁頂高程+9.14 m，樁底高程-5.0 m），設計要求樁身水泥用量為350 kg/m，試樁參數(shù)見表1，試樁檢測情況見表2。

表1 試樁情況簡述

表2 試樁檢測情況

根據現(xiàn)場實施過程，XPZ1施工過程機械設備性能良好，實測噴漿持續(xù)時間98 min；XPZ2 施工過程機械設備性能良好，實測噴漿持續(xù)時間113 min；XPZ3施工過程機械設備性能良好，實測噴漿持續(xù)時間147 min。

由表2 可知，XPZ1、XPZ2 和XPZ3 芯樣外觀均較好，芯樣強度代表值均大于0.5 MPa，符合要求。

3.2 試樁結論

根據現(xiàn)場試樁情況簡述、試樁檢測情況綜合分析，可得：

（1）相同水泥用量，不同施工參數(shù)情況下：樁身強度均符合設計要求，且XPZ3＞XPZ1＞XPZ2。

（2）相同樁長，不同施工參數(shù)情況下：噴漿時間XPZ3＞XPZ2＞XPZ1。

（3）相同水泥用量、樁長，不同施工參數(shù)情況下：XPZ1、XPZ2、XPZ3芯樣均連續(xù)、完整。

綜上所述，在相同水泥用量、樁長，不同施工參數(shù)情況下XPZ1、XPZ2、XPZ3 均滿足設計要求，但從工期及施工效率上考慮項目決定在后期施工采用XPZ1試樁參數(shù)。

4 高壓旋噴施工方案

通過試樁施工驗證了試樁時暫定的試樁參數(shù)與所選設備的可行性，并現(xiàn)場測算出各項施工參數(shù)，具體如下：

（1）水灰比（W/C）：0.8∶1。

（2）水泥漿比重：1.60 g/m3。

（3）漿壓：26 MPa（450 r/min）。

（4）氣壓：0.7 MPa。

（5）提升速度：15 cm/min。

（6）旋轉速度：10 r/min。

（7）單根樁水泥用量：4.95 t（樁長14.14 m）。

4.1 投入的人力、材料、機械設備

4.1.1 水泥

水泥采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥進場時必須附出場合格證并經監(jiān)理單位見證取樣送檢合格后用于高壓旋噴樁施工中。

4.1.2 主要機械設備及人員配置一覽表

投入的主要機械設備及人員配置如表3所示。

表3 機械設備及人員配置一覽

4.2 計算工期

測量樁號0+050～0+550段大王廟段采用高壓旋噴樁進行防滲及抗滑加固處理，共計500 m。

（1）單根樁鉆孔及移設備時間暫定10 min，共計834×10=8340（min）；

（2）按照2 臺設備，每天有效工作21 h，計算可得：（71835+8340）/60/21/2≈32（d），計算工期為1.5 個月。

有效噴漿時間計算見表4。

表4 有效噴漿時間計算

4.3 施工注意事項

（1）鉆機或旋噴機放置時機座要保持穩(wěn)定，立軸或轉盤與孔位對正，傾角與設計誤差一般不應超過0.5°。

（2）噴射工作開始前，應細致檢查高壓設備和管路系統(tǒng)，確保設備的壓力和排量符合設計標準。管路系統(tǒng)的密封圈必須完好，全面清理各個通道和噴嘴內存在的異物［7］。

（3）噴射工作時要時刻注意，當注漿泵啟動后，待估算水泥漿的前鋒已經流出噴頭后，才開始向上勻速提升注漿管，自下而上噴射注漿。

（4）噴射注漿工作結束后，由于漿液存在析水現(xiàn)象，導致凝結體會有一定程度的收縮，導致凝結體頂部可能會出現(xiàn)凹陷，所以應及時用水灰比為1∶1 的水泥漿進行補灌，同時避免從相鄰鉆孔排出的泥土或雜物進入。

（5）當需要加大凝結體尺寸，或深層硬土為避免凝結體尺寸減小，可以同通過增大噴射壓力、泵量或減小回轉與提升速度等措施，也可采用重復噴射工藝。

（6）當出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象超過注漿量的20%時，或完全不冒漿時，應及時查明原因，了解土體狀況，采取相應的措施；若是由于地層中有較大空隙引起的不冒漿，則可以在漿液中加入適量的速凝劑，縮短固結時間，使?jié){液在一定土層范圍內凝固。

5 質量控制措施

（1）下放注漿管之前，首先應在地表進行射水實驗，待氣壓、漿壓正常后，才往下放注漿管施工。

（2）采用標號P.O42.5 的普通硅酸鹽水泥作加固材料，每批水泥必須出具合格證明才能進場，并按每批次現(xiàn)場抽樣外檢，合格后才能投入使用。

（3）高噴孔噴射成樁工作完成后，應采用含水泥漿較多的孔口返漿回灌，防止因漿液凝固后造成凝結體體積收縮、樁頂面下降的現(xiàn)象，從而保證樁頂標高達到設計要求。

（4）實行專業(yè)技術人員隨班作業(yè)制，技術人員必須時刻關注檢查漿液的初凝時間、注漿流量、壓力、旋轉提升速度等參數(shù)是否滿足設計要求，及時發(fā)現(xiàn)和處理施工中的質量隱患。

（5）配備一臺備用發(fā)電機組。一旦進入旋噴作業(yè)則應連續(xù)施工，若施工過程中出現(xiàn)停電時間過長時，及時啟用備用發(fā)電機，避免影響施工正常進行。

（6）質量檢查及驗收。①施工完畢，竣工驗收前，應開挖試坑檢查，每350 m 至少開挖一處，開挖深度不小于2.5 m，具體地點由監(jiān)理單位指定，主要檢查其外觀搭接狀況，樁體之間的搭接是否良好，樁體是否規(guī)則、致密均勻；②應鉆芯取樣，經過抗壓試驗和壓水試驗，確定其28 d 齡期的抗壓強度及滲透系數(shù)，鉆芯取樣檢測每350 m 一組；③在防滲墻兩側分別打注水孔和觀測孔，注水孔和觀測孔距離不大于1.0 m，保持注水孔中高水位，觀測防滲墻另一側的觀測孔中的水位，檢測墻體滲透性。鉆孔注水試驗每段700 m 至少1 組，鉆孔注水試驗處設置雙道防滲墻，每處長度大于2.0 m，兩排之間采用交接搭接法施工；④采用地質雷達對全部防滲墻的連續(xù)性進行檢測；⑤探坑開挖、打注水孔及觀測孔及鉆探取芯全過程須由監(jiān)理單位在現(xiàn)場時進行，檢查結束后應及時回填并壓實。

6 結語

本文以江都區(qū)高水河東堤除險加固工程為例，該東堤大王廟段（0+550～0+050）設計采用高壓旋噴樁進行防滲及抗滑加固處理，分析二重管高壓旋噴樁施工流程，通過選取3根試樁并結合試驗結果，確定了最優(yōu)施工方案以及施工技術參數(shù)，并提出質量控制措施，得到主要結論如下：

（1）在相同水泥用量、樁長，不同施工參數(shù)情況下XPZ1、XPZ2、XPZ3 均滿足設計要求，但從工期及施工效率上考慮項目決定在后期施工采用XPZ1 試樁參數(shù)。

（2）通過試樁選定施工參數(shù)為：水灰比（W/C）：0.8∶1；（2）水泥漿比重：1.60 g/m3；（3）漿壓：26 MPa（450 r/min）；（4）氣壓：0.7 MPa；（5）提升速度：15 cm/min；（6）旋轉速度：10 r/min；（7）單根樁水泥用量：4.95 t（樁長14.14 m）。

（3）本工程投入人員共16 名，投入機械有旋噴鉆機、高壓泥漿泵、空壓機和潛水泵，水泥采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥。

（4）通過從施工全過程、全方位進行質量控制，并通過質量檢查和驗收，確保施工質量滿足相關要求。