單管高壓旋噴防滲墻在土壩防滲工程中的應用

丁麗珍

（福建省泉州市洛江區農業水務局 362011）

1 工程概況

新南水庫位于泉州市洛江區雙陽街道新田村，總庫容143萬m3。是一座以防洪為主，兼有灌溉、供水等功能的小（1）型水庫。大壩為均質土壩，最大壩高27.30m，壩頂寬4m，壩頂長210m。水庫保護下游0.7萬人口和67hm2耕地及武警支隊、順源汽車學校等單位。因此，水庫的安全運行對下游廣大群眾的生命財產和經濟建設至關重要。

新南水庫于1956年興建，1959年竣工，1965年大壩加高，土壩加高9m，將位于左岸的溢洪道回填，另在右岸新建溢洪道，由于新舊壩體回填時處理不當，為工程留下了隱患。水庫運行至今已有50多年，據現場調查了解，當水庫運行水位超過70.0m時，大壩下游面中部出現濕坡和散浸現象，大壩左壩坡與山體交界處存在漏水等問題。

2 大壩防滲方案的確定

現場鉆孔注水試驗及土樣試驗顯示，大壩土料的平均滲透系數K=1.53×10-4cm/s，屬中等透水，填土密實度低，孔隙率大。針對壩身存在的上述問題，提出如下處理方案并進行比較：?采用充填灌漿防滲；?在壩體上游鋪設復合土工膜；?混凝土防滲墻；?深層攪拌樁防滲；?高壓旋噴防滲墻防滲。

方案?充填灌漿防滲投資小，施工簡單，可增加壩體密實度及滲透系數，但問題處理不徹底，每3～5年需要重復灌漿。方案?鋪設土工膜，工序多、人工投入多，需放空庫施工，且坡比必須達到1∶2.5以上，新南水庫上游坡太陡，不利于復合土工膜的穩定，壩面與山體、壩底接合部位的搭接質量較難控制。方案?混凝土防滲墻有較高的強度和防滲性能，但其彈性模量也大，與土壩變形不協調，導致防滲墻和土壩接合面脫開，難以滿足防滲墻與土壩協調變形要求，且工程造價較高。方案?深層攪拌樁和方案?旋噴防滲墻都是形成水泥土加固體，在加固效果方面，由于單管高壓旋噴法注漿量大，被加固土體的吸漿量較飽和，而深層攪拌法注漿量相對較小，被加固土體的吸漿量不夠飽和。因此，一般來說單管高壓旋噴樁的承載力及抗滲性要優于深層攪拌樁。但深層攪拌法節省材料用量，深層攪拌樁目前一般的施工深度多在13～14m，工程質量控制較好，該工程平均深度18.23m，深度越深，垂直度偏差越難控制。各方案比較見表1。

鑒于新南水庫是雙陽街道的主要生活水源，水庫保護下游0.7萬人口和67hm2耕地及武警支隊、順源汽車學校等單位，其防洪效益尤為重要。綜合相關因素分析，單管高壓旋噴灌漿防滲墻在其可靠性、耐久性、防滲效果方面明顯優于其他方案，雖然造價略高，但本著徹底處理、不留隱患的原則，該工程采用單管高壓旋噴灌漿防滲墻作為大壩防滲處理方案。

3 高壓旋噴防滲墻設計

單管高壓旋噴法是高壓噴射注漿法之一，它是利用360°旋轉高壓噴射漿流連續地對加固土體產生切割、沖擊破碎和攪動作用，使注入的漿液和土體混合凝固為新的圓柱狀固結體——水泥土，水泥土具有較強的抗壓及抗滲性能，因此采用該工法可起到強化地基和防水止滲的作用。

3.1 樁徑取值

防滲墻厚度按下式計算取值：

表1 各方案分析比較情況

式中 δ——最小防滲墻厚度；

ΔH——防滲水頭差，m；取最不利情況22.5m；

[J]——設計允許破壞比降，水泥土樁體取80。

經計算，δ=0.28m，取工程樁徑D=0.6m，孔距L=0.5m，樁與樁搭接為10cm，樁與樁的交圈厚度e=（D2-L2）1/2=0.33m＞0.28m，滿足要求。考慮到防滲墻體連續性和施工方面的因素，本工程樁徑取不小于0.6m。

3.2 技術參數

新南水庫壩頂全長188m，該方案從大壩壩頂樁號0+000～0+158段布設單排旋噴防滲墻，壩體防滲采用單管高壓旋噴防滲墻，旋噴樁樁徑不小于0.6m，孔距為0.50m，樁與樁搭接不小于10cm。旋噴防滲墻鉆孔進入基巖以下0.5m，施工分兩序孔間隔進行。灌漿施工的各種技術參數見表2。

表2 技術參數表

大壩旋噴樁防滲加固如下圖所示。

旋噴柱防滲墻布置圖

4 高壓旋噴灌漿質量控制

4.1 試樁及施工參數的確定

施工前應根據設計資料，結合工程實際情況進行現場試驗或試驗性施工，檢驗施工設備是否滿足設計要求，確定施工參數及施工工藝。

試樁完成經過一定時間（7天以上）后，可以開挖一定深度進行樁體外觀檢查，測量樁徑，同時在樁體上取芯，進行無側限抗壓試驗，獲取抗壓強度值。從實測樁徑、抗壓強度值中選取滿足設計要求的一組施工參數：孔徑達到0.6m時，注漿壓力需25 MPa以上；基巖內提升速度15cm/min，壩體內提升速度20cm/min；旋轉速度 18r/min；水灰比 1∶1，水泥漿液比重為1.49。

4.2 施工工藝方面的控制

4.2.1 鉆機就位、成孔

鉆機就位應準確，偏差不大于50mm；成孔的垂直精度必須控制在1.5%以內，才能保證樁間的咬合，其施工技術要求較高。該工程采用新型XL—50型履帶式旋噴鉆機，鉆機就位平整，成孔深度滿足設計要求。

4.2.2 漿液配制攪拌

為了保證漿液的濃度，應當采用二次攪拌配制漿液，即在第一只攪拌桶中按確定的水灰比配制并攪拌水泥漿液，用比重計對配制好的漿液密度進行測量，控制漿液密度，并由專人記錄所加水、灰和漿液密度等數據，攪拌3～5min后放入第二只攪拌桶中待用。禁止采用一只攪拌桶，一邊配漿一邊抽漿，否則難以控制漿液水灰比。制備好的漿液不得離析，停置時間：當氣溫在10℃以上超過3h或在10℃以下超過5h，均應按廢漿處理。控制好噴管的提速，使成樁體均勻，注意做好回漿循環回收利用，以降低施工成本。

4.2.3 噴射注漿

注漿管必須下到成孔深度（即設計深度），從設計深度旋轉提升射漿管，同時噴射高壓水泥漿，使其與擾動土體充分混合，由下而上地進行。噴射管分段提升的搭接長度不得小于100mm。高噴灌漿應分兩序進行，先序孔提升速度可稍慢，后序孔相對來講可稍快。相鄰孔高噴灌漿間隔時間不宜少于24h。

4.3 旋噴注漿異常情況的處理

高噴灌漿施工中，在鉆孔和灌漿過程會出現塌孔、漏漿、冒漿、串孔等問題，引起壓力突降或驟增、孔口回漿密度或回漿量異常等情況，此時，必須查明原因，及時進行處理。新南水庫在高壓旋噴灌漿中，以上情況都有不同程度的發生，經過及時恰當的處理，確保了施工進度和質量。

4.3.1 塌孔

塌孔是在成孔后，由于在鉆孔部位的地層中含砂或礫石較多，可能會出現坍塌、脫落，導至灌漿時噴射管無法下到設計深度。

解決方法：可加大泥漿濃度或在泥漿中加入膨潤土護壁，必要時可采用套管護壁法鉆進。

4.3.2 漏漿

施工中如果地層中存在砂、砂礫石或通道，可能出現漏漿現象，主要表現在鉆孔或灌漿時孔口不返漿或返漿量降低。

解決方法：鉆孔時可加大泥漿濃度、在泥漿中摻加細砂或向孔內填充水玻璃等堵漏材料。灌漿時發生漏漿可采取停止噴桿提升或降低提升速度、降低噴射壓力和流量、在漿液中摻入速凝劑、加大漿液密度、灌注水泥砂漿或水泥粘土漿等措施。不論是在鉆孔還是灌漿過程中，均必須待孔口返漿正常后才能正常提升鉆桿或噴桿。

4.3.3 冒漿

冒漿是指在灌漿過程中漿液在壩坡、地面或庫區底部流出或噴出。

解決方法：若土質松軟則適當復噴；若附近有空洞、通道，則應不提升注漿管連續注漿，直到冒漿為止或拔出注漿管待漿液凝固后重新注漿。可采取在冒漿點加覆蓋、降低灌漿壓力、間斷灌漿等措施。

4.3.4 串孔

串孔是指在某一孔口正常灌漿時，漿液從相鄰孔口返出，說明鉆孔在地下有通道相通。

解決方法：可采取將串孔孔口開挖清理后封閉并壓重、降低灌漿壓力等措施。灌漿孔結束后，應盡快對串漿孔復鉆至設計高程。

5 結語

防滲墻完成后進行墻體開挖和抽芯檢測。開挖顯示：墻體成型規則，墻厚30～60cm，防滲墻滲透系數K＝（3.36～3.94）×10－9cm／s；允許滲透比降 J＞100，墻體質量完全滿足設計要求。水庫經汛期滿負荷運行后未發現任何滲漏現象，防滲效果明顯。檢測后證明：單管高壓旋噴灌漿技術在新南水庫土壩防滲工程中得到了很好的應用，它具有工程造價適中、防滲效果良好、施工條件要求低等優點，值得在水利工程加固除險防滲工程中推廣和使用。■