王培林 郭愛波

高噴截滲技術(shù)在湖西大堤加固工程中的應(yīng)用

王培林 郭愛波

一、基本情況

湖西大堤加固2006年度應(yīng)急工程（淮委實(shí)施段）是沂沭泗河洪水東調(diào)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(zhǎng)14.3km。工程建設(shè)內(nèi)容：堤身培厚、堤防截滲、迎水面護(hù)坡、堤頂防汛路、坡面排水設(shè)施等。工程于2007年8月6日經(jīng)水利部水總〔2007〕319號(hào)文批復(fù)，防洪標(biāo)準(zhǔn)按防御南四湖1957年洪水設(shè)計(jì)，上級(jí)湖水位36.99m,下級(jí)湖水位36.49m。堤防工程等級(jí)為Ⅰ等Ⅰ級(jí)。該工程于2008年2月18日正式開工建設(shè)，截至目前，工程已通過驗(yàn)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(shí)度差，孔隙比偏大。堤基主要為裂隙粘土、粉質(zhì)粘土和壤土，均為透水性較強(qiáng)的土層。

對(duì)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(huì)發(fā)生流土和管涌現(xiàn)象，如果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致堤腳及堤基土體力學(xué)強(qiáng)度降低，影響工程安全。另外，堤身及堤基滲透系數(shù)較大，從而導(dǎo)致滲透量大，堤后會(huì)產(chǎn)生沼澤化，并伴有次生鹽漬化災(zāi)害。因此，對(duì)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(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，堤壩防滲有水平延長(zhǎng)滲徑和垂直截滲等方式。水平防滲占?jí)和恋囟?，投資大，防滲效果差，湖西大堤湖內(nèi)側(cè)緊靠水面，外側(cè)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(xù)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(shù)日益成熟，防滲體系可靠，具有工效高、作業(yè)占地少，造價(jià)低，無污染的特點(diǎn)，從而在防滲施工中得到廣泛應(yīng)用。

水泥土攪拌樁截滲墻技術(shù)是利用水泥作為固化劑，通過深層攪拌設(shè)備，把水泥漿噴入地層，使土體與水泥漿兩者強(qiáng)制攪拌，相繼搭接，水泥土硬結(jié)成連續(xù)整體、具有一定強(qiáng)度和不透水性的水泥土截滲墻。結(jié)合湖西大堤的土質(zhì)特點(diǎn)和工程環(huán)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(jié)后不僅能起到截滲作用，對(duì)大堤穩(wěn)定也十分有利。

在湖西大堤姚樓河～大沙河段（樁號(hào)54+608-57+795）處，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查該堤段原為沿湖群眾的居住地，經(jīng)探地雷達(dá)檢測(cè)，堤身內(nèi)塊石分布較多，攪拌設(shè)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(shù)，不僅適應(yīng)于砂類土、粘性土和淤泥等地層，實(shí)踐證明，對(duì)含有粒徑2～20cm的砂、礫石的地層，在強(qiáng)力升揚(yáng)置換的作用下，仍可實(shí)現(xiàn)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(duì)于堤身內(nèi)含有塊石的堤段則采用了高壓定噴截滲墻施工技術(shù)。

四、高噴截滲技術(shù)在湖西大堤加固工程中的應(yīng)用

1.高噴截滲的技術(shù)特性

高噴截滲技術(shù)是用鉆機(jī)造孔，然后將帶有噴嘴的灌漿管下至預(yù)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(fā)生強(qiáng)制的攪拌混合、充填擠壓和移動(dòng)包裹。同時(shí)灌漿管以一定的速度邊旋轉(zhuǎn)邊提升，形成具有一定性能和形狀的固結(jié)體，從而達(dá)到防滲的目的。高噴截滲根據(jù)固結(jié)體的形狀和噴射流的移動(dòng)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(qiáng)度，改善地基土的變形性能。定噴固結(jié)體呈壁狀，擺噴形成厚度較大的扇狀固結(jié)體，通常用于工程防滲，改善土層的水力條件。按噴射介質(zhì)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(chǔ)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(zhì)的三重灌漿管。

考慮到樁號(hào)54+608～57+795處堤段的地質(zhì)特點(diǎn)和施工場(chǎng)地布置，同時(shí)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(jīng)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(nèi)側(cè)1m處，孔距1.5m，設(shè)計(jì)墻厚0.2m，墻體抗壓強(qiáng)度3MPa，墻底高程深入其下粘土相對(duì)不透水層不少于0.5m。高噴截滲墻結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

正式高噴作業(yè)前，選擇地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段，按室內(nèi)試驗(yàn)選定的配合比進(jìn)行高壓噴射注漿的工藝試驗(yàn)，達(dá)到一定齡期后，開挖觀察成墻效果，鉆取芯樣進(jìn)行固結(jié)體強(qiáng)度和滲透性試驗(yàn)，以選定技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)。

本堤段采用二管法施工，施工參數(shù)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(yè)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(jī)運(yùn)行是否良好；檢查高壓輸漿管、供風(fēng)管是否暢通及完好；進(jìn)行漿、氣試噴；準(zhǔn)備就緒后下噴漿管。噴射提升：高噴管下至設(shè)計(jì)深度后，輸入水泥漿液和壓縮空氣，待漿壓和風(fēng)壓升至設(shè)計(jì)規(guī)定值后，按設(shè)計(jì)提升速度提升噴管，進(jìn)行噴漿作業(yè)，達(dá)到設(shè)計(jì)高程停止噴射。噴漿過程中，經(jīng)常檢查高壓泥漿泵壓力、漿液比重、空壓機(jī)風(fēng)壓、旋轉(zhuǎn)和提升速度以及實(shí)際的漿液耗用量。復(fù)噴處理：施工過程中，因機(jī)械故障、孔內(nèi)事故、卸接管等原因中斷，恢復(fù)噴射時(shí)均應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴，復(fù)噴搭接長(zhǎng)度不小于0.3m。回灌：噴漿結(jié)束后，隨即向噴射孔進(jìn)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(dá)到設(shè)計(jì)樁頂高程。記錄：施工過程中包括孔號(hào)、孔深、耗灰量、開噴時(shí)間、終噴時(shí)間、漿液比重、中斷噴射的原因等，應(yīng)詳細(xì)、及時(shí)、準(zhǔn)確記錄，所有記錄需按要求使用統(tǒng)一的表格。

5.在含有塊石或砂卵石地層中高噴截滲作業(yè)應(yīng)注意的問題

（1）施工前必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以完善施工設(shè)計(jì)

通過試驗(yàn)，驗(yàn)證高噴效果和確定施工參數(shù)。由于被處理對(duì)象地質(zhì)條件各異，施工參數(shù)的選擇不能完全照搬其他同類工程，應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)決定。

（2）合理組織，提高鉆孔效率，不可盲目追求鉆孔進(jìn)尺

一是鉆進(jìn)過程中若遇較大粒徑的塊石體時(shí)，切不可強(qiáng)行跟進(jìn)，應(yīng)采用搗、打相結(jié)合的方法，以防套管卡死在孔內(nèi)，造成廢孔。二是在孔深＞15m鉆進(jìn)時(shí)，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(jìn)行深孔鉆進(jìn)時(shí)，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(nèi)發(fā)生脫絲及斷管的機(jī)率將會(huì)增大，極大影響成孔效率。

（3）嚴(yán)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(guān)鍵因素。防止鉆孔發(fā)生偏斜的措施：一是鉆機(jī)就位后，應(yīng)墊穩(wěn)及調(diào)整鉆機(jī)，使開孔鉆具始終保持在鉛垂?fàn)顟B(tài)。二是開孔鉆具應(yīng)采用大一級(jí)鉆具，在鉆至塊石或卵石層后要反復(fù)上下活動(dòng)，避免回填土中的礫石造成鉆孔偏斜。三是鉆進(jìn)中若發(fā)現(xiàn)套管有偏斜，應(yīng)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(jié)束后，合理確定下一次序孔的開孔時(shí)間尤為重要。若開孔時(shí)間過早，鉆孔時(shí)釋放入地層內(nèi)的高能量壓縮空氣，極可能會(huì)破壞前一次序孔已形成的但強(qiáng)度尚很低的水泥墻體；若開孔時(shí)間過晚，原已擴(kuò)散到孔周圍的水泥漿體已具有了較高的凝結(jié)強(qiáng)度，將會(huì)增加跟管鉆進(jìn)的難度。

（5）注意孔口補(bǔ)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(qiáng)，漏漿較為嚴(yán)重，應(yīng)在噴漿結(jié)束后，安排專人在孔口內(nèi)補(bǔ)充濃漿，直至漿面不下降為止。

（6）關(guān)于返漿不正常的處理

在設(shè)備及施工參數(shù)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(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采用不同措施進(jìn)行處理。當(dāng)孔口不返漿時(shí)，應(yīng)采取停提靜噴的方法；當(dāng)孔口返漿不正常時(shí)，采取間歇提升的方法；當(dāng)本孔不返漿而鄰孔返漿時(shí)，各參數(shù)不變，正常提升。

五、結(jié)論

湖西大堤截滲工程完工后，河南省水利基本建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心站對(duì)截滲墻進(jìn)行了檢測(cè)，采取鉆芯法檢測(cè)了墻體的抗壓強(qiáng)度，采用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行墻體完整性、連續(xù)性檢測(cè)?？傮w評(píng)價(jià)：墻體滲透系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，墻體基本連續(xù)、混凝土基本密實(shí)，工程質(zhì)量滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求

沂沭泗局沭河水利管理局 276700）