高壓噴射灌漿技術在水源地跨管段圍堤防滲處理中的應用

高壓噴射灌漿技術在水源地跨管段

圍堤防滲處理中的應用

江建華， 曹炳華

(太倉市水利局， 江蘇 太倉215400)

【摘要】本文分析了高壓噴射灌漿技術的原理和優勢，結合水源地跨管段圍堤的工程特點，采用高壓噴射灌漿法對跨管段圍堤堤身及堤身正下方管道的8個哈夫接頭進行防滲處理，經檢測取得了良好的防滲效果，可供類似工程參考。

【關鍵詞】高壓噴射灌漿； 跨管段圍堤； 防滲； 應用

中圖分類號：TV543文獻標志碼： A

Application of High Pressure Jet Grouting Technology in Water Source

Cross-pipe Section Cofferdam Seepage Prevention Treatment

JIANG Jian-hua, CAO Bing-hua

(TaicangWaterConservancyBureau,Taicang215400,China)

Abstract：In the paper, principles and advantages of high pressure jet grouting technology are analyzed, engineering characteristics of water source cross-pipe section cofferdam are combined, high pressure jet grouting method is adopted for seepage prevention treatment on eight Huff joints on cross-pipe section cofferdam body and pipelines directly under the cofferdam body. Excellent seepage prevention effect is obtained according to test, which can be provided for similar projects as reference.

Keywords：high pressure jet grouting; cross-pipe section cofferdam; seepage prevention; application

1工程概況

太倉市應急水源地工程位于太倉市長江瀏河口上游側長江邊灘上，由新建的北堤、東堤、南堤共4.49km及2.36km長江老大堤圈成，總庫容1742萬m3。長江進水管穿堤段管道為兩根DN3600×24的鋼管道，長度為110m，管中心標高為-5.00m(85黃海高程，下同)，管道分5段沉放安裝，每段管道長22m，管段之間采用哈夫連接方式，哈夫總數為8個。管道下基礎為φ800高壓旋噴樁，在管道沉放安裝完成后，采用粗砂碎石回填至設計標高-3.20m處，然后在管道上部進行圍堤施工。圍堤兩側堤身棱體采用充泥管袋施工，堤芯采用吹填粉細砂施工，堤頂標高為+6.37m，堤頂寬6m。

由于圍堤堤基淺部地層為粉土、粉砂土，而堤身由透水性較強的粉砂料填筑而成，在庫內外水頭差作用下，均可能產生滲漏和滲透變形，故需采用必要的防滲措施，跨管段圍堤的防滲處理尤為重要。綜合考慮各種垂直防滲方法，著重分析了跨管段圍堤的特殊性和防滲的重要性，決定對跨管段圍堤堤身及大堤堤身正下方管道8個哈夫接頭采用高壓噴射灌漿法進行防滲處理。

2高壓噴射灌漿技術的原理和優勢

2.1高壓噴射灌漿技術原理

高壓噴射灌漿法[1-2]，即利用鉆機將帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層預定深度后，以20～40MPa壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層，形成預定形狀的空間。當能量大、速度快、脈動狀的噴射流的動壓大于土層結構強度時，土顆粒便從土層中剝落下來，一部分細顆粒隨漿液或水冒出地面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等的作用下，與漿液攪拌混合，并按一定漿土比例和質量大小，有規律地重新排列。漿液凝固后，便在土層中形成一個固結體。其具有增大地基強度、提高地基承載力、止水防滲、減少支擋結構物土壓力、防止砂土液化和降低土的含水量等多種功能。

2.2高壓噴射灌漿防滲技術優勢

2.2.1適用范圍廣

高壓噴射灌漿法既可用于工程新建之前、建設之中，還可用于竣工后托換工程，可以不損壞建筑物的上部結構，且能使已有建(構)筑物在施工時不影響使用功能。高壓噴射灌漿法除能強化地基之外，還有防水止滲作用，可用于深基坑地下工程支擋和護底、筑造地下防水帷幕等方面。

2.2.2適用地層較廣

高壓噴射注漿法在淤泥、淤泥質土、碎石類土等土體中均有良好的加固防滲效果。

2.2.3施工簡便

施工時，只需在土層中鉆一個孔徑50mm或300mm的小孔，便可在土中噴射成直徑為0.4～4m的固結體，因而施工時能貼近已有建(構)筑物，成型靈活，在鉆孔全長范圍內形成柱型固結體。

2.2.4可控制固結體形狀

在施工中可調整旋噴速度和提升速度、增減噴射壓力、改變噴射方向、調整噴射持續時間或更換噴嘴孔徑、改變流量等，使固結體形成工程設計所需要的形狀。

2.2.5可垂直、傾斜和水平噴射[3]

通常是在地面上進行垂直噴射注漿，但在隧道、礦山井巷工程、地下鐵道等建設中，亦可采用傾斜和水平方式噴射注漿，噴成垂直樁、傾斜樁和水平樁。處理深度達到30m以上。

2.2.6耐久性較好

由于能得到預期的、穩定的加固效果，并有較好的耐久性，所以可用于永久性工程中。

2.2.7料源廣闊

漿液以水泥為主，化學材料及外加劑為輔。一般地基處理工程中，均可使用來源廣泛的普通硅酸鹽水泥，同時可根據工程需要，在水泥中摻入適量的外加劑，以達到速凝、高強、抗凍、耐蝕和漿液不沉淀等效果。

2.2.8設備簡單

高壓噴射注漿全套設備結構緊湊、體積小、機動性強、占地少，能在狹窄和低矮空間施工。

3技術方案

經綜合考慮，跨管段圍堤防滲設計方案采用高壓旋噴樁灌漿法，對新建大堤堤身正下方管道的8個哈夫接頭及新建圍堤堤身進行防滲處理。

3.1設計方案

跨管段圍堤堤身防滲墻采用雙排旋噴樁柱列式套接，軸線沿堤頂軸線布設，總長26.35m。旋噴樁直徑為800mm，灌漿孔孔距0.6m，樁底高程為-20m，樁頂高程為5.8m。堤身正下方管道8個哈夫接頭進行圍封旋噴樁和土體固化旋噴樁處理，每個哈夫接頭四周采用雙排垂直旋噴樁套接圍封，旋噴樁直徑為800mm，灌漿孔孔距0.6m，樁底高程為-8.00m，樁頂高程為0.00～5.80m；頂部采用高噴進行土體固化，旋噴樁直徑為800mm，灌漿孔孔距0.8m，樁底高程為-8.00～-3.20m，樁頂高程為-1.00m；底部采用斜孔高噴進行套接圍封，旋噴樁直徑為2000mm，灌漿孔孔距為1.5m，樁底高程為-8.00m，樁頂高程為-1.00m，同時，在管道兩側采用單排旋噴樁柱列式套接，形成一個圍封整體結構。跨管段圍堤垂直樁防滲平面布置及縱剖面見下頁圖1～圖5。

圖1　跨管段圍堤垂直樁防滲平面布置

圖2　跨管段圍堤斜孔樁防滲平面布置

圖3　跨管段圍堤垂直樁防滲縱剖面

圖4　跨管段圍堤防滲3-3斷面

圖5　跨管段圍堤防滲5-5斷面

3.2施工工藝參數

垂直高壓旋噴樁采用新二管法工藝[4-5]，斜孔旋噴樁采用“雙高壓旋噴法”工藝。在正式施工前，按照設計規范要求在現場進行高噴施工工藝試驗，確定高噴的注漿流量、壓力、旋轉提升速度等設計及工藝技術參數。施工工藝參數見表1、表2。

表1　垂直高噴施工工藝參數

表2　斜孔高噴施工工藝參數

注： 注漿材料采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

4主要施工方法

4.1施工流程

4.1.1高噴施工工藝流程

高噴施工工藝流程為：平整場地→鉆機就位→調整鉆架角度→鉆機引孔→旋噴機就位→下漿管→試噴→高壓噴射→形成高噴固結體→結束移機。多次重復上述過程形成連續防滲墻體[6]。

4.1.2施工順序

先施工垂直高壓旋噴樁，再施工斜孔旋噴樁；先施工管道兩側哈夫處及沿管道軸線方向的最外側兩排旋噴樁，后施工內側哈夫旋噴樁(目的是形成環形封閉，防止漿液流失)；先施工外圍搭接旋噴樁，后施工內側獨立旋噴樁；圍堤中心30m旋噴樁施工完成后機組施工斜孔旋噴樁。

4.2施工重點

4.2.1精確定位管道哈夫位置

根據大堤兩側堤腳哈夫位置和管道長度推算堤身下部哈夫位置，配合陸上儀器測量驗證哈夫(管道)位置。

4.2.2盡量避免或減少水泥漿液沿哈夫與管道之間縫隙流入水管內部

嚴格控制在哈夫附近1m范圍內旋噴、注漿壓力，注意觀察壓力表有無壓力突然變化或不穩定現象。控制每孔、每樁注漿量，發現不返漿時停止注漿。

4.2.3施工順序不能倒置

施工場地位于大堤兩側，高7.5m。施工時先施工堤頂及1m、2m、3m、4m自然平臺位置，然后順坡分層填土填筑施工平臺。

4.2.4適當控制速度和壓力[7]

針對管道中下部回填的為碎石層、空隙大、上部為粉細砂、介質不一樣的特點，可適當放慢提升速度(<15cm/min)、調低壓力，同時為防止漿液流失，復噴一次。

4.2.5斜孔施工要求高、難度大

在精確定位管道的情況下，根據自然地面(平臺)標高計算孔斜度，固定機械定向施工。

4.3施工質量控制

4.3.1漿液質量控制

按設計水泥漿液水灰比進行配置，利用機械攪拌水泥漿液。漿液[8]必須攪拌均勻，每罐攪拌時間不少于3min。配制好的水泥漿用濾網過濾，避免噴嘴堵塞。水泥漿液要隨配隨用，漿液使用過程中應對漿液進行不間斷的輕微攪拌，防止漿液離析，使漿液濃度降低。定期用比重稱檢測水泥漿液密度，確保漿液質量。

4.3.2高噴質量控制

按設計要求放樣定位，孔位偏差不大于5cm，樁身垂直度偏差率不大于0.3%。斜孔高噴時鉆桿傾斜度偏差小于1°，孔斜過大,易造成旋噴樁底部開叉，形成滲漏。成孔深度和下噴射管深度要達到設計要求，以確保樁長及施工質量[9]。鉆桿旋轉和提升必須連續，拆卸接長鉆桿后繼續旋噴時要保持搭接長度不得小于100mm。下噴射管之前檢查水嘴、氣嘴、漿嘴、氣壓、漿壓等是否正常并調試好，噴射管下到設計深度后，調整好噴射角度，調整高壓泥漿泵注漿壓力及氣泵壓力達到設計要求，按設計確定的提升速度開始高噴作業。噴管提升至設計墻頂高程后，停止高噴作業，并對孔內及時回灌；整個高壓噴射過程中，安排技術人員旁站監督，做好高噴時的壓力、噴漿量、冒漿量、漿液質量的量測與控制工作，使其符合設計要求。做好施工記錄，并按設計和試驗最終確定的水泥摻入比檢查每根樁的水泥用量。

4.3.3質量檢測

a.開挖檢測。防滲墻體強度達到一定值后，對防滲墻體開挖3～5m，檢查墻體外觀搭接質量、整體性、致密性及采用吊垂檢查墻體垂直度等；一般性防滲墻體檢查，開挖深1.5m，檢測樁位偏差、搭接效果以及有無漏樁現象。

b.取芯檢測。采用抽樣鉆孔取芯[10]進行壓水試驗的方法。該工程共抽取6根旋噴樁進行了取芯檢驗，防滲墻強度、滲透系數均滿足設計規范的要求。

c.現場效果檢測。在堤頂防滲墻的水源地側兩根鋼管之間和外側，布置3個防滲處理效果檢查孔，檢查孔在防滲處理完成14d后進行。檢查孔采用灌注無毒紅色水試驗，壓力0.1～0.2MPa，先進行兩管中間檢查孔壓水試驗，后進行兩管外側檢查孔壓水試驗，試驗時目測記錄內外堤腳滲出紅色水時間和滲流量。從現場檢測效果來看，跨管段圍堤的防滲處理達到了預期的效果。

5結語

該工程采用高壓噴射灌漿技術對跨管段圍堤進行防滲處理，充分發揮了該技術所具備的適用范圍廣、施工場地要求低、操作簡便、可傾斜噴射、質量易控制、工期短等優勢，特別是對堤身下方管道哈夫接頭進行圍封防滲處理，具有一定的典型性和代表性，為今后類似工程起到一定借鑒作用。

參考文獻

[1]白永年.中國堤壩防滲加固新技術[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[2]眭聿勝.高壓噴射灌漿防滲技術的應用探討[J].甘肅水利水電技術，2004(3):280-281.

[3]電力行業水電施工標準化技術委員會.水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范[M].北京：中國電力出版社，2004.

[4]肖重華，劉龍虎，劉恒福，等.高壓噴射灌漿防滲技術在水庫大壩基礎處理中的應用[J].水文地質工程地質，2007(6):126-129.

[5]劉剛，史長瑩.高壓噴射灌漿技術在水利工程防滲中的應用[J].山西建筑，2009，35(8):362-363.

[6]周凱華，邱莉.高壓噴射灌漿技術在水庫大壩防滲中的應用[J].江西建材，2012(2):140-142.

[7]張麗，王廣森，李春艷.高壓噴射灌漿技術在堤基防滲中的應用 [J].黑龍江水專學報，2006，33(3):68-69.

[8]馮娟霞，陳保泉.高壓噴射灌漿防滲墻施工技術[J].水利建設與管理，2011(2):27-29.

[9]劉發順，龔云龍.高壓噴射灌漿防滲墻施工質量控制[J].江蘇水利，2006(4):14-15.

[10]滿志強.京塘水庫土壩高壓噴射灌漿防滲墻質量檢測與評價[J].廣西水利水電,2013(3)：12-14.