圍井檢測在晉陽湖南擴(kuò)湖防滲墻的應(yīng)用

袁向宇

(山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030024)

1 工程概況

太原市晉陽湖景區(qū)建設(shè)南擴(kuò)湖及排水工程項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于太原市南端金勝鎮(zhèn)南阜村。晉陽湖是原太原市第一發(fā)電廠的冷卻水來源地，是一座由人工筑堤而成的淺型水庫，湖水由汾河西干渠引入，為內(nèi)陸水體，屬于“旁引水庫”。本次景區(qū)建設(shè)南擴(kuò)湖工程將新增湖面面積約53萬m2。工程建設(shè)目的是把原水庫改造成集人文、旅游、生態(tài)保護(hù)、水土保持為一體的大型市內(nèi)公園。該建設(shè)工程主要內(nèi)容為太原市晉陽湖的南擴(kuò)湖區(qū)和原湖區(qū)西北角沙灘浴場的防滲墻施工，其中南擴(kuò)湖區(qū)的主要工程內(nèi)容有：4.6 km防滲墻、4.3 km湖岸大堤、3.7 km湖島護(hù)岸、新建南擴(kuò)湖區(qū)的開挖、原晉陽湖區(qū)排水、新建退水箱涵及鋼壩閘水工建筑物等工程。

2 防滲墻施工方式的選擇

2.1 確定防滲墻施工方式的依據(jù)

在南擴(kuò)湖區(qū)新建大堤上進(jìn)行防滲墻施工與原湖區(qū)防滲墻進(jìn)行搭接，形成新、舊湖區(qū)防滲墻工程的閉合，有效防止湖區(qū)水土流失。首先在新建大堤的軸線上間隔50 m進(jìn)行先導(dǎo)孔勘探施工；其次根據(jù)勘探獲取的鉆芯土樣確定該施工區(qū)域的地質(zhì)情況并結(jié)合設(shè)計(jì)文件，確定出該施工范圍的相對隔水層并確定相對隔水層的位置高程；最后依據(jù)防滲墻深度須深入相對隔水層1 m的設(shè)計(jì)要求，確定出防滲墻的底高程。

2.2 防滲墻施工方式的選擇

通過對獲取的鉆芯取樣地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析，本工程針對不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)施工范圍采用了高壓旋噴防滲墻、高壓定噴防滲墻、水泥土攪拌樁防滲墻三種施工方式。首先：針對晉陽湖西北角處沙灘浴場的地質(zhì)勘探情況及相對隔水層的深度，確定在該施工區(qū)域采用高壓旋噴樁進(jìn)行防滲墻施工；其次：在新建大堤的相對隔水層深度超過20 m的區(qū)域采用高壓定噴進(jìn)行施工；最后：在剩余的防滲墻施工區(qū)域根據(jù)地質(zhì)情況采用水泥土攪拌樁施工。防滲墻各施工段采用高壓旋噴樁進(jìn)行搭接。

3 高噴防滲墻的施工方法

3.1 高噴防滲墻施工參數(shù)的確定

高壓定噴防滲墻施工前，依據(jù)施工方提交的《高壓灌漿定噴試驗(yàn)方案》進(jìn)行成墻試驗(yàn)。試驗(yàn)選取在高噴灌漿設(shè)計(jì)軸線外側(cè)的背水面處，共設(shè)置1～5號5個(gè)定噴孔，其中：1號～2號孔間距1.5 m，2號～3號孔間距1.2 m，3號～4號孔間距1.2 m，4號～5號孔間距1.0 m三種布置方式進(jìn)行高噴墻搭接試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后通過對試驗(yàn)段墻體進(jìn)行開挖觀察測量，查看墻體是否能夠有效搭接、成墻厚度是否滿足設(shè)計(jì)要求。在水壓、氣壓、漿壓、流量相同的條件下，其中孔距為1.5 m時(shí)墻體不能搭接；孔距為1.2 m時(shí)墻體滿足設(shè)計(jì)要求；孔距為1.0 m時(shí)，也能滿足設(shè)計(jì)要求。最終確定防滲墻施工的孔距為1.2 m以及其他的施工技術(shù)參數(shù)。依據(jù)施工技術(shù)參數(shù)在樁號1+194～樁號1+204.8處設(shè)計(jì)軸線處設(shè)置10個(gè)孔進(jìn)行高壓灌漿生產(chǎn)性試驗(yàn)并做圍井檢測。

技術(shù)參數(shù)表1。

表1 高壓定噴灌漿技術(shù)參數(shù)

3.2 高噴防滲墻施工方法

經(jīng)過防滲墻的《高噴灌漿定噴試驗(yàn)方案》《高噴灌漿定噴成果報(bào)告》以及高噴灌漿定噴生產(chǎn)系您，確定高壓定噴防滲墻圍井試驗(yàn)施工采用孔距1.2 m、噴角30度三管法分兩序進(jìn)行施工。

(1)鉆孔

鉆孔的有效深度超過設(shè)計(jì)墻底深度0.3 m，高噴灌漿鉆孔使用Φ108 mm復(fù)合片鉆頭開孔鉆進(jìn)。在開鉆前調(diào)整鉆機(jī)支座，確保支座平穩(wěn)可靠無側(cè)傾，使用水平儀測量保證鉆桿的垂直度，鉆進(jìn)過程中確保鉆孔孔斜控制在不大于1.0%。

(2)高噴施工

先在地面上對噴射管進(jìn)行低壓射水試驗(yàn)，檢查噴咀是否暢通。鉆孔完成后拔出鉆桿，放入噴射管至設(shè)計(jì)深度并調(diào)整噴射角度按照技術(shù)參數(shù)進(jìn)行噴漿施工。

噴射過程中如出現(xiàn)故障停噴，處理超過20 min時(shí)，為保證防滲墻體質(zhì)量，將噴管下伸插入已完成的墻體0.5 m重新開始噴漿施工。

(3)靜壓灌漿

避免出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，保證防滲墻體的密實(shí)性和連結(jié)性，及時(shí)用下一個(gè)孔的回漿向孔內(nèi)注入漿液，將其回填飽滿直至不再下沉為止。

4 圍井的形狀布置及試驗(yàn)

依據(jù)《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5200-2004)的10.1.6規(guī)定，在防滲墻施工結(jié)束7 d后并且圍井的防滲墻體形成一定強(qiáng)度后進(jìn)行圍井檢測。圍井檢測目的是通過計(jì)算得出的滲透系數(shù)，進(jìn)一步驗(yàn)證防滲墻的完整性，以保證防滲墻的施工能夠滿足質(zhì)量要求。選取樁號F1+197 m處的高壓定噴防滲墻施工段的圍井檢測進(jìn)行舉例說明。

4.1 防滲墻圍井形式的確定

圍井試驗(yàn)的成墻方法、參數(shù)與高壓定噴防滲墻的施工一致。依據(jù)《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5200-2004)中10.1.4第3條的要求，本工程中的高噴灌漿圍井采用六邊形布置，各面墻體軸線圍成的六邊形平面面積為4.548 m2。其中A、B、C，D號孔為防滲墻施工軸線高噴孔，A′、B′、C′、D′號孔布置在軸線下游為試驗(yàn)高噴圍井孔，圍井試驗(yàn)孔完成后，在六邊形圍井的中心位置鉆孔做為試驗(yàn)注水孔。鉆孔徑Φ110 mm、孔口高程775.1 m、地下水位773.5 m、試驗(yàn)段頂高程775.1 m、圍井周邊高噴墻軸線長度7.96 m、試驗(yàn)段底高程750.3 m、試驗(yàn)段深度24.8 m。

具體見圖1。

圖1 圍井布置形式圖

4.2 試驗(yàn)方法

因新建湖區(qū)內(nèi)的地下水位高，周圍土壤的水分飽和程度高，圍井試驗(yàn)采用注水法進(jìn)行。在圍井中心處鉆孔，注水孔鉆孔深入相對隔水層0.5 m左右，注水孔鉆孔完成后放入PVC管或鋼管，持續(xù)向孔內(nèi)注水使圍井內(nèi)土層保持水飽和狀態(tài)。見圖2。

圖2 圍井注水示意圖

1)注水試驗(yàn)開始后，注水過程5 min記錄一次注水量，當(dāng)注水量保持穩(wěn)定后(注水量最大值與最小值之差不超過最小注水量的10%)，連續(xù)記錄20 min，以最后一次注水量為最終注水量并計(jì)算穩(wěn)定流量Q。

第一次注水5 min(300 s)：注水量1070 mL，單位注入量3.57 mL/s；

第二次注水5 min(300 s)：注水量1100 mL，單位注入量3.67 mL/s；

第三次注水5 min(300 s)：注水量1100 mL，單位注入量3.67 mL/s；

第四次注水5 min(300 s)：注水量1100 mL，單位注入量3.67 mL/s。

2)圍井滲透系數(shù)的計(jì)算

高噴墻的滲透系數(shù)K按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：K為滲透系數(shù)，cm/s；Q為穩(wěn)定流量，3.67 mL/s；t為高噴墻平均厚度，10 cm；L為圍井周邊高噴墻軸線長度，796 cm；H為圍井內(nèi)試驗(yàn)水位至井底的深度，775.1 m-750.3 m=2480 cm；h為地下水位至井底的深度，773.5 m-750.3 m=2320 cm。

經(jīng)計(jì)算，K=2×3.67×10/796×(2480+2320)×(2480-2320)=1.2×10-7cm/s。

5 防滲墻的質(zhì)量控制與檢測

高壓定噴防滲墻的質(zhì)量控制與檢驗(yàn)可分為施工前的原材料檢測、施工過程中的質(zhì)量控制和完工后質(zhì)量檢測三個(gè)階段進(jìn)行。

5.1 施工前的質(zhì)量控制

施工前要求承包人按照規(guī)范要求對水泥進(jìn)行取樣自檢。監(jiān)理按照規(guī)范要求抽檢，進(jìn)行平行檢測。主要檢測水泥的細(xì)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、抗壓、抗折強(qiáng)度等五項(xiàng)指標(biāo)。

5.2 施工中的質(zhì)量控制

在施工過程中進(jìn)行旁站監(jiān)理，主要依據(jù)高壓定噴試驗(yàn)成果確定的施工參數(shù)及相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范要求，進(jìn)行孔深、孔斜、水泥漿的壓力、比重、進(jìn)漿量、噴射角度、提升速度、回漿比重及回漿充填等施工環(huán)節(jié)的檢查，并不定時(shí)的對水泥漿比重、回漿比重、進(jìn)漿量進(jìn)行巡視檢查，以保證現(xiàn)場施工的規(guī)范性和科學(xué)操作性。

5.3 施工后的質(zhì)量控制

防滲墻施工完成后，針對成墻質(zhì)量的檢測有鉆芯取樣(檢測防滲墻的強(qiáng)度)、局部開挖(檢測防滲墻的成墻厚度、搭接效果)、圍井檢測(防滲墻的整體成墻效果)三種方法。并且依據(jù)圍井檢測的計(jì)算結(jié)果來判定防滲墻的滲透系數(shù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

通過本次對晉陽湖南擴(kuò)高壓定噴防滲墻的圍井檢測試驗(yàn)，根據(jù)檢測結(jié)果通過計(jì)算滲透系數(shù)得出的結(jié)果K=1.72×10-7cm/s，小于設(shè)計(jì)要求的1×10-6cm/s，驗(yàn)證了晉陽湖南擴(kuò)湖新建大堤的防滲墻施工滿足設(shè)計(jì)滲透要求。圍井檢測可以彌補(bǔ)開挖檢查、鉆芯取樣這兩種檢測方法無法確定防滲墻整體是否有效搭接。晉陽湖南擴(kuò)湖的防滲墻工程從成墻試驗(yàn)開始整個(gè)施工過程、工程成果滿足工程質(zhì)量的要求，施工進(jìn)度滿足工程進(jìn)度的要求。