雙排高噴樁防滲墻在擾動段防洪墻雜填土中的應用

李銘華 李益進2 樊昆澎

(1.南京市長江河道管理處，江蘇 南京 210011；2.南京市水務局，江蘇 南京 210036)

高壓旋噴樁防滲墻垂直防滲，具有適應地基條件廣、處理深度大、防滲效果好的特點，近年來被廣泛應用于堤壩防滲消險工程中。城區內堤防因受土地資源約束，基本為鋼筋混凝土防洪墻型式。隨著城市的發展，過江通道增加，濱江整治工程逐步開展，城區此類堤防或多或少地受到影響，部分堤防甚至出現滲水險情。以確保過江通道和防洪墻安全穩定為前提，如何在防洪墻后復雜填土中成功實施雙排高壓旋噴樁防滲墻，幾乎沒有可供借鑒的先例。本文以長江南京樹人學校段江堤為例，介紹雙排高壓旋噴樁防滲墻在擾動段防洪墻雜填土中的應用。

1 工程概況

2016年汛期，長江南京樹人學校段江堤背水側出現多處滲水后緊急采用養水盆度汛。出險段江堤長約500m，為鋼筋混凝土防洪墻，墻后填土復雜。防洪墻下穿緯三路過江通道N線，底板距過江通道頂部3m左右，防洪墻曾因過江通道建設進行過加固修復。

2 工程設計

2016年汛后，南京市及時組織相關單位對該段堤防進行除險加固，勘察設計單位通過現場查看、勘測、物探等手段，查明滲水原因并制定了除險方案。

2.1 滲漏原因

出險段江堤歷經過江通道建設、濱江環境整治，情況相對復雜。通過對掌握的資料進行分析，造成該段堤防滲水的原因有：防洪墻基礎局部土質松散；防洪墻后填土復雜，滲透性達到中等—強透水；過江通道上部區域存在疑似滲漏通道。

2.2 防滲方案

考慮迎水面坡面防滲多為建設期采用，且該段防洪墻后通道相對較寬，江堤防滲采用垂直防滲方案；此外，該段江堤位于城區，較為重要，因此采用雙排防滲墻方案；同時對比常規適應性、工藝工效、造價因素以及考慮對現有防洪墻及過江通道的影響，決定迎水側防滲墻采用多頭小直徑深層攪拌樁成墻，背水側采用高壓旋噴樁成墻方案。后根據施工階段補勘及現場情況，因鋼筋混凝土防洪墻后填土成分較復雜，松散夾有塊石、混凝土等，且厚度較大，通過咨詢相關行業專家，若迎水側實施深攪樁需要開挖至較大深度并換填，對現有防洪墻穩定性影響較大；同時迎水側深攪樁在該種地質條件下成墻可靠性差，迎水側深攪樁變更為高壓旋噴樁。迎水側高噴樁距防洪墻底板后趾2.5m，雙排高噴樁距離1.5m，設計樁底高程-11m(吳淞高程，下同)、樁頂高程11m。高噴樁設計樁徑0.6m、樁距0.44m，成墻厚度0.4m，噴射灌漿采用強度等級42.5級的普通硅酸鹽水泥，防滲墻滲透系數不得大于(1～9)×10-6cm/s,水泥用量不少于420kg/m3，水泥漿液的水灰比取1∶1。平面布置示意見圖1，0+373過江隧道斷面示意見圖2。

圖1 平面布置示意

圖2 0+373過江隧道斷面示意

3 高噴樁防滲墻施工

3.1 施工順序

為同時確保迎水側既有鋼筋混凝土防洪墻穩定及高壓旋噴樁成墻效果，先施工迎水側高壓旋噴樁防滲墻，一段時間后再施工背水側高壓旋噴防滲墻。為了初步成墻，且不影響既有防洪墻穩定，施工迎水側防滲墻時噴射壓力較低，施工背水側防滲墻時可以加大壓力，這樣既可確保防滲效果，又保證了既有防洪墻的安全。

3.2 施工設備

初期引孔采用GXY-1型地質勘探鉆機和GXY-1A型地質勘探鉆機進行引孔，成孔效率較低，不能滿足高壓旋噴樁機正常的施工工效需求。后引進YTA820型錨桿鉆機1臺、KY-100J型潛孔鉆車5臺，大幅提高了引鉆孔成孔速度，滿足了施工需求。高噴樁施工采用XD-30A型、XP-20型、SJW-60A型高壓旋噴樁機各2臺，GPB-90D型高壓水泵4臺，GPB-90E型高壓水泵2臺，W-1/8型空壓機6臺，潛水泵6臺，灰漿攪拌機6臺，BW-150型灰漿泵6臺。

3.3 工藝流程

本工程高壓旋噴樁防滲墻施工采用兩噴管法，先采用鉆孔機引孔，穿透上部障礙層，再將高噴設備灌漿管插入孔內，采用高壓灌漿泵從噴嘴噴射水泥漿液，一面噴射一面旋轉和提升，最后在土中形成圓柱狀固結體。根據地質報告，地下地質情況復雜，空隙率較大，因此在高噴施工前先注入水泥黏土漿，復灌三次，充填空隙。高壓旋噴樁防滲墻施工工藝流程見圖3。

圖3 高噴樁施工工藝流程

3.4 技術參數

噴射灌漿管插入預定深度后，由下而上進行噴射灌漿，灌漿壓力20～40MPa，漿液流量70～120L/min，噴嘴2個，直徑16～18mm，灌漿管外徑50～90mm，提升速度10～20cm/min，旋轉速度8～20r/min。

3.5 控制要點

a.選擇有代表性的地層進行高壓旋噴樁防滲墻現場試驗，確定高噴灌漿方法及其適應性，確定施工參數、漿液性能，滿足墻體防滲性能。

b.孔位偏差不大于50mm，有效孔深超過設計墻底0.3m，鉆孔偏斜率不超過1%，鉆進時詳細記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿等情況。

c.噴射灌漿采用強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥，水泥用量不少于420kg/m3，水泥漿液的水灰比取1∶1，漿液攪拌均勻，定時測定其密度，已初凝的漿液不得使用。

d.高噴樁施工過程中，根據堤防變形觀測數據，指導施工；當變形較大時，增加觀測頻率，在保證原防洪墻安全的前提下，盡量增大高噴壓力，保證墻體防滲的效果。

e.加強與過江通道運行管理單位的溝通，根據過江通道健康系統反饋的實時數據，合理動態調整高噴樁施工。

f.不輕易改動主要施工順序。

3.6 問題及措施

a.高壓旋噴樁施工前先用地質鉆機在設計孔位上引孔，穿透堅硬障礙層，再進行高噴樁施工。插管過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，采取邊射水、邊插管的方法，水壓力控制在不超過1MPa，防止因壓力過高造成孔壁射塌。

b.由于防洪墻后填土復雜，空隙率大，通過分析生產性試驗成果，高壓旋噴樁施工時，壓力較大，漿液在松散的土體中無序亂噴，水泥漿液全部噴射到雜填土空隙中，土體無法形成有效的防滲墻體。因此在原樁位和軸線上，每隔1.75m利用引孔充填水泥摻入量為15%的水泥黏土漿，密實土體空隙，改良土體，使雜填土土體變成類似于卵(碎)石層；水泥黏土漿一般在2～5天固結，選擇灌水泥黏土漿后7～15天進行高壓旋噴施工，這時，雜填土體已經完全固結為一體，且固結體強度不大，高壓旋噴漿液能夠對水泥黏土雜填土的土體進行切割、充填，且被約束在一定范圍內，從而能形成墻體。

c.因防洪墻距離防滲墻較近，為防止高壓旋噴樁施工時造成防洪墻產生較大位移，施工時采取先迎水側再背水側的施工順序，同時迎水側壓力為25MPa，背水側壓力為28MPa。施工過程中，同步進行防洪墻位移觀測。

d.根據孔口實際返漿情況，動態調整噴射壓力和提升速度。返漿量大時，可以適當提高噴射壓力和提升速度；返漿量小時，則相反。如樹人學校綜合樓段孔口返漿量小，甚至個別孔不返漿，則降低提升速度至10cm/min，并在孔底懸停噴漿5～30min。

e.為防止高噴施工時氣壓、液壓較大，部分氣體及漿液從先導孔中噴出，造成氣壓損失和漿液浪費。采用木塞對雙排相鄰的3～4個孔位孔口進行封堵。

4 工程效果

工程完工一段時間后，通過局部開挖檢查，防滲墻厚度滿足設計要求；圍井注水試驗共檢測4個點，試驗結果均滿足設計防滲墻滲透系數不大于(1～9)×10-6cm/s的要求；對12個高噴防滲墻取芯樣現場進行注水試驗，試驗結果均小于設計所要求的滲透系數；此外，運行初期滲流監測資料分析表明迎水側防滲墻迎江側各測點隨長江水位變化而變化，背水側防滲墻外側各測點受長江水位影響較小，防滲墻起到了防滲作用。

工程完工至今，運行正常，未發生滲水等險情。

5 結 語

工程段江堤防滲除險加固方案綜合考慮場地、過江通道、既有防洪墻、復雜填土等特定影響因素后制定并實施，工程實施完成后至今工程效果明顯。今后如遇類似工程條件，堤防難以重建，必須采取加固措施時，可以采取本文所述的雙排高噴樁防滲墻，結合技術和經濟條件，建議在防洪墻后通道頂部預留一定數量的灌漿孔，同時采取信息手段，加強對除險加固段江堤的長期監測。