高噴截滲技術在湖西大堤加固工程中的應用

王培林 郭愛波

高噴截滲技術在湖西大堤加固工程中的應用

王培林 郭愛波

一、基本情況

湖西大堤加固2006年度應急工程（淮委實施段）是沂沭泗河洪水東調南下工程的重要組成部分。該次加固堤防包括湖腰段和姚樓河～大沙河段，位于蘇魯兩省交界處，全長14.3km。工程建設內容：堤身培厚、堤防截滲、迎水面護坡、堤頂防汛路、坡面排水設施等。工程于2007年8月6日經水利部水總〔2007〕319號文批復，防洪標準按防御南四湖1957年洪水設計，上級湖水位36.99m,下級湖水位36.49m。堤防工程等級為Ⅰ等Ⅰ級。該工程于2008年2月18日正式開工建設，截至目前，工程已通過驗收。

二、湖西大堤截滲的必要性

南四湖湖西大堤堤身土主要為粘土、壤土，局部含砂壤土、粉土，填土的均勻性和密實度差，孔隙比偏大。堤基主要為裂隙粘土、粉質粘土和壤土，均為透水性較強的土層。

對于土層不均勻，堤基表面弱透水覆蓋層較薄的堤段，在高水頭的作用下，由于水力坡降驟增，會發生流土和管涌現象，如果持續時間長則會導致堤腳及堤基土體力學強度降低，影響工程安全。另外，堤身及堤基滲透系數較大，從而導致滲透量大，堤后會產生沼澤化，并伴有次生鹽漬化災害。因此，對湖西大堤采取截滲措施十分必要。

三、截滲方案的比較分析

根據類似工程經驗，堤壩防滲有水平延長滲徑和垂直截滲等方式。水平防滲占壓土地多，投資大，防滲效果差，湖西大堤湖內側緊靠水面，外側魚塘密布，不宜采取水平防滲措施。垂直截滲措施有粘土灌漿、垂直鋪塑、混凝土地下連續墻、高壓定噴灌漿及水泥土攪拌樁截滲墻等，特別是高壓定噴灌漿及水泥土攪拌樁截滲墻技術日益成熟，防滲體系可靠，具有工效高、作業占地少，造價低，無污染的特點，從而在防滲施工中得到廣泛應用。

水泥土攪拌樁截滲墻技術是利用水泥作為固化劑，通過深層攪拌設備，把水泥漿噴入地層，使土體與水泥漿兩者強制攪拌，相繼搭接，水泥土硬結成連續整體、具有一定強度和不透水性的水泥土截滲墻。結合湖西大堤的土質特點和工程環境，采用水泥土攪拌樁截滲墻方案，可充分利用大堤土體，加固劑為普通水泥，固結后不僅能起到截滲作用，對大堤穩定也十分有利。

在湖西大堤姚樓河～大沙河段（樁號54+608-57+795）處，通過現場調查該堤段原為沿湖群眾的居住地，經探地雷達檢測，堤身內塊石分布較多，攪拌設備難以施工，不宜采用水泥土攪拌樁截滲墻方案，而高壓定噴截滲墻技術，不僅適應于砂類土、粘性土和淤泥等地層，實踐證明，對含有粒徑2～20cm的砂、礫石的地層，在強力升揚置換的作用下，仍可實現漿液包裹作用，取得較好的截滲效果。

綜上所述，湖西大堤的截滲方案以水泥土攪拌樁截滲墻為主，對于堤身內含有塊石的堤段則采用了高壓定噴截滲墻施工技術。

四、高噴截滲技術在湖西大堤加固工程中的應用

1.高噴截滲的技術特性

高噴截滲技術是用鉆機造孔，然后將帶有噴嘴的灌漿管下至預定位置的地層，用高壓泵通過安裝在灌漿管的噴嘴，向周圍土體噴射高壓水泥漿液，直接沖擊、切割、粉碎和剝蝕地層，注入的水泥漿與被破壞地層的土石顆粒之間發生強制的攪拌混合、充填擠壓和移動包裹。同時灌漿管以一定的速度邊旋轉邊提升，形成具有一定性能和形狀的固結體，從而達到防滲的目的。高噴截滲根據固結體的形狀和噴射流的移動方向，分為旋噴、定噴和擺噴。旋噴樁主要用于加固地基，提高地基的抗剪強度，改善地基土的變形性能。定噴固結體呈壁狀，擺噴形成厚度較大的扇狀固結體，通常用于工程防滲，改善土層的水力條件。按噴射介質及管路多少可分為單管法、二管法、三管法等。單管法是通過單根管路，利用高壓漿液，噴射沖切破壞土體；二管法是在單管法的基礎上又加以壓縮空氣，并使用雙通道的二重灌漿管。三管法使用分別輸送水、氣、漿三種介質的三重灌漿管。

考慮到樁號54+608～57+795處堤段的地質特點和施工場地布置，同時為便于施工，在該堤段采取了高壓定噴和二管法的施工方案。

2.施工布置

經綜合考慮，采用了高壓定噴截滲墻方案：軸線布置在大堤中心線靠近湖內側1m處，孔距1.5m，設計墻厚0.2m，墻體抗壓強度3MPa，墻底高程深入其下粘土相對不透水層不少于0.5m。高噴截滲墻結構如圖1所示。

3.現場試驗

正式高噴作業前，選擇地質條件具有代表性的區段，按室內試驗選定的配合比進行高壓噴射注漿的工藝試驗，達到一定齡期后，開挖觀察成墻效果，鉆取芯樣進行固結體強度和滲透性試驗，以選定技術指標及參數。

本堤段采用二管法施工，施工參數如下：水泥漿：壓力30～35MPa；流量70～80L/min；密度1.4～1.5g/cm3；水灰比1∶1～1.5∶1。氣∶壓力0.6～0.8MPa；流量0.8～1.2m3/min。提升速度：15cm/min。

4.高噴施工作業流程

在具體操作中要使高噴管與鉆孔孔向一致。下噴射管：檢查高壓泥漿泵、空壓機運行是否良好；檢查高壓輸漿管、供風管是否暢通及完好；進行漿、氣試噴；準備就緒后下噴漿管。噴射提升：高噴管下至設計深度后，輸入水泥漿液和壓縮空氣，待漿壓和風壓升至設計規定值后，按設計提升速度提升噴管，進行噴漿作業，達到設計高程停止噴射。噴漿過程中，經常檢查高壓泥漿泵壓力、漿液比重、空壓機風壓、旋轉和提升速度以及實際的漿液耗用量。復噴處理：施工過程中，因機械故障、孔內事故、卸接管等原因中斷，恢復噴射時均應進行復噴，復噴搭接長度不小于0.3m?；毓啵簢姖{結束后，隨即向噴射孔進行靜壓充填灌漿，直到漿面不再下沉為止，以確保高噴旋噴樁形成后達到設計樁頂高程。記錄：施工過程中包括孔號、孔深、耗灰量、開噴時間、終噴時間、漿液比重、中斷噴射的原因等，應詳細、及時、準確記錄，所有記錄需按要求使用統一的表格。

5.在含有塊石或砂卵石地層中高噴截滲作業應注意的問題

（1）施工前必須進行現場試驗，以完善施工設計

通過試驗，驗證高噴效果和確定施工參數。由于被處理對象地質條件各異，施工參數的選擇不能完全照搬其他同類工程，應通過現場實驗決定。

（2）合理組織，提高鉆孔效率，不可盲目追求鉆孔進尺

一是鉆進過程中若遇較大粒徑的塊石體時，切不可強行跟進，應采用搗、打相結合的方法，以防套管卡死在孔內，造成廢孔。二是在孔深＞15m鉆進時，新舊套管不宜混用。部分舊套管的外壁及絲扣在使用過程中已受到不同程度的磨損，在進行深孔鉆進時，隨著鉆孔深度的增加，套管外壁所承受的磨擦阻力及管體底部受到的沖擊拉力也不斷增大，若新舊套管混用，在孔內發生脫絲及斷管的機率將會增大，極大影響成孔效率。

（3）嚴格控制鉆孔偏斜

在高噴施工中，鉆孔偏斜是影響墻體可靠搭接的關鍵因素。防止鉆孔發生偏斜的措施：一是鉆機就位后，應墊穩及調整鉆機，使開孔鉆具始終保持在鉛垂狀態。二是開孔鉆具應采用大一級鉆具，在鉆至塊石或卵石層后要反復上下活動，避免回填土中的礫石造成鉆孔偏斜。三是鉆進中若發現套管有偏斜，應全部拔出重新開孔。

（4）把握好兩序孔間的施工間隔

按分序加密的原則，高噴孔多分為兩序孔施工。在前一次序孔高噴施工結束后，合理確定下一次序孔的開孔時間尤為重要。若開孔時間過早，鉆孔時釋放入地層內的高能量壓縮空氣，極可能會破壞前一次序孔已形成的但強度尚很低的水泥墻體；若開孔時間過晚，原已擴散到孔周圍的水泥漿體已具有了較高的凝結強度，將會增加跟管鉆進的難度。

（5）注意孔口補漿回灌工作

這是噴漿的最后一道工序，也是施工中易被忽視的一道工序。在含有塊石或砂卵石地層中，由于地層的透水性很強，漏漿較為嚴重，應在噴漿結束后，安排專人在孔口內補充濃漿，直至漿面不下降為止。

（6）關于返漿不正常的處理

在設備及施工參數均正常的情況下，孔口返漿不正常主要有兩種原因：一是地層漏漿，二是相鄰孔串漿。施工時應根據實際情況采用不同措施進行處理。當孔口不返漿時，應采取停提靜噴的方法；當孔口返漿不正常時，采取間歇提升的方法；當本孔不返漿而鄰孔返漿時，各參數不變，正常提升。

五、結論

湖西大堤截滲工程完工后，河南省水利基本建設工程質量檢測中心站對截滲墻進行了檢測，采取鉆芯法檢測了墻體的抗壓強度，采用地質雷達法進行墻體完整性、連續性檢測?？傮w評價：墻體滲透系數滿足設計要求，墻體基本連續、混凝土基本密實，工程質量滿足規范和設計要求

沂沭泗局沭河水利管理局 276700）