孫 松 徐善安 孫遠(yuǎn)見(jiàn)

（1.江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 洪澤 223100；2.徐州市水利工程建設(shè)監(jiān)理中心，江蘇 徐州 221000）

1 工程概況

洪澤湖大堤位于洪澤湖東岸，北起淮陰區(qū)碼頭鎮(zhèn)，南至盱眙張莊高地，全長(zhǎng)67.25 km，里程樁號(hào)0+000～67K+250（由北向南編號(hào)），堤頂高程19.0～19.5 m（廢黃河零點(diǎn)，下同）。大堤保護(hù)著下游里下河地區(qū)200 萬(wàn)hm2耕地和2600 多萬(wàn)人口的安全，保護(hù)區(qū)內(nèi)有淮安、鹽城、揚(yáng)州、泰州等經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的城市和京滬高速公路、寧連高等級(jí)公路、新長(zhǎng)鐵路等國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施。任何時(shí)候必須確保大堤安全，萬(wàn)無(wú)一失。

圖1 高壓擺噴截滲墻布置圖（56K+500 處）

2000年以來(lái)，洪澤湖大堤背水坡腳發(fā)現(xiàn)多處集中滲流和大面積窨潮等險(xiǎn)情。根據(jù)較全面的地質(zhì)勘探，發(fā)現(xiàn)上述險(xiǎn)情主要是由于堤基內(nèi)部存在強(qiáng)滲水通道和部分堤身不密實(shí)所致。2012年9月，江蘇省發(fā)展改革委員會(huì)批準(zhǔn)實(shí)施洪澤湖大堤除險(xiǎn)加固工程省管段工程。堤基防滲處理工程是本次加固的主要工程之一，主要是根據(jù)地質(zhì)勘探資料中堤基滲流通道③2層土的分布，采用高壓擺噴施工技術(shù)，沿上游堤肩堤身軸線方向布置垂直截滲墻（如圖1），墻體高1～10 m（高程-3～7 m），長(zhǎng)15.45 km。

2 高壓擺噴工藝參數(shù)

2.1 設(shè)計(jì)要求

2.1.1 施工工藝

噴漿工藝采用三重管法，施工工藝為：利用鉆機(jī)引孔至設(shè)計(jì)深度后，將噴具下至設(shè)計(jì)深度，控制噴嘴擺角，通過(guò)高壓水切割造槽，壓縮氣保護(hù)水流射程，經(jīng)過(guò)切割、攪拌、置換等工序，利用水泥漿液充填槽孔，形成水泥土固結(jié)體防滲墻。

2.1.2 墻體設(shè)計(jì)指標(biāo)

截滲墻墻體厚度不小于10 cm；墻體嵌入③2層土的上層土100 cm，下層土50 cm，在施工過(guò)程中，依據(jù)地質(zhì)資料，實(shí)時(shí)調(diào)整；墻體滲透系數(shù)為A×10-6cm/s（1≤A≤9）；28 d 抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa。

2.2 施工工藝參數(shù)的確定

根據(jù)規(guī)范要求，在高壓擺噴灌漿作業(yè)開(kāi)始前，應(yīng)選擇地質(zhì)條件具有代表性的地段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)。經(jīng)討論研究，選擇大堤樁號(hào)40K+350～40K+450 和52K+034～52K+134 共計(jì)200 m 地段進(jìn)行高壓噴射灌漿的現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，前段代表大堤的綜合情況，后段代表大堤歷史決口處。

根據(jù)工藝試驗(yàn)結(jié)果，綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，最終確定施工工藝參數(shù)采用：孔距1.4 m，水壓大于40 MPa，氣壓0.5～0.7 MPa，漿壓不小于1.0 MPa，提速15 cm/min，擺速15 次/min，水灰比1.0，噴射角40°（±20°）。

3 截滲墻質(zhì)量控制

3.1 材料、漿液質(zhì)量控制

漿液采用P.O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，制漿水使用洪澤湖水。經(jīng)取樣檢驗(yàn)，原材料的各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足相關(guān)要求。施工時(shí)按確定的水灰比用機(jī)械攪拌水泥漿液，水泥均勻放料，漿液使用前過(guò)篩。定期用比重稱(chēng)檢測(cè)水泥漿液密度，及時(shí)調(diào)整漿液濃度，確保漿液質(zhì)量。

3.2 施工放樣

在高壓擺噴墻施工軸線上用鋼尺測(cè)放鉆孔位置，孔位放樣精度應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。繪制擺噴鉆孔平面布置圖，用竹簽等標(biāo)定孔位。

3.3 鉆孔質(zhì)量控制

高壓擺噴鉆孔由地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行，根據(jù)樁位平面布置圖進(jìn)行鉆孔定位，鉆進(jìn)過(guò)程中泥漿護(hù)壁，確保孔形完成不坍塌，滿(mǎn)足擺噴施工需要。鉆孔前每間距30 m 設(shè)一個(gè)先導(dǎo)鉆孔，先導(dǎo)鉆孔采用全斷面取土樣，以進(jìn)一步探明堤基③2層分布情況，再根據(jù)實(shí)測(cè)作業(yè)面高程，控制施工高壓擺噴墻頂、墻底高程。

3.4 高噴質(zhì)量控制

高壓擺噴施工是由多臺(tái)機(jī)械設(shè)備聯(lián)合作業(yè)，施工時(shí)各設(shè)備操作人員之間要統(tǒng)一口令，相互溝通，按確定的技術(shù)參數(shù)控制設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。噴射管?chē)娮煜略O(shè)至高壓擺噴防滲墻底位置試噴，調(diào)整高壓水、注漿壓力、空壓機(jī)供氣壓力、擺角、提升速度等達(dá)到試驗(yàn)確定的參數(shù)要求，開(kāi)始擺噴提升作業(yè)，施工中控制施工水泥漿液比重、注漿壓力等偏差滿(mǎn)足規(guī)范要求。噴射管?chē)娮焯嵘^(guò)設(shè)計(jì)防滲墻頂高程后，停止擺噴作業(yè)，提出噴管，并對(duì)已完成的高壓擺噴樁上部及時(shí)回灌。擺噴作業(yè)完成后，利用后續(xù)孔冒漿連續(xù)回灌至已噴孔內(nèi)封孔，直到漿液面穩(wěn)定為止，封孔后再對(duì)漿液收縮留下的空孔部分利用施工冒漿進(jìn)行二次復(fù)封。

4 截滲墻質(zhì)量檢測(cè)

高壓擺噴截滲墻墻體埋深較大，且墻體較薄，工程實(shí)體質(zhì)量檢測(cè)具有一定難度。故本工程采用多種檢測(cè)方法相結(jié)合，以確保檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。

4.1 常規(guī)檢測(cè)

4.1.1 檢測(cè)內(nèi)容及方法

（1）墻體最小厚度及外觀質(zhì)量：探坑檢查。

（2）墻體深度：鉆探法。

（3）墻體水泥土力學(xué)性能及抗?jié)B指標(biāo)：鉆芯法。

4.1.2 檢測(cè)結(jié)果

（1）墻體高度

采用地質(zhì)工程鉆機(jī)鉆取芯樣共計(jì)14 孔。從取芯結(jié)果來(lái)看，③2層透水層芯樣總體完整、均勻。墻體實(shí)測(cè)高度1.0～10.3 m，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（2）水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

在墻體芯樣上取樣進(jìn)行水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)檢測(cè)。每孔芯樣各取1 組，每組3 個(gè)，共42 個(gè)試樣，單個(gè)試件抗壓強(qiáng)度值為1.63～10.66 MPa，全部滿(mǎn)足水泥土28 d 抗壓強(qiáng)度≥1.0 MPa 的設(shè)計(jì)要求。

（3）滲透系數(shù)

每孔芯樣各取1 組進(jìn)行水泥土滲透試驗(yàn)，每組6 個(gè)，共84 個(gè)試樣。試件為圓臺(tái)體，上口直徑70 mm，下口直徑80 mm，高度30 mm。滲透系數(shù)檢測(cè)值為1.18×10-6～7.28×10-6cm/s，全部滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（4）墻體厚度及外觀質(zhì)量

為了直觀檢查截滲墻墻體，高壓擺噴灌漿試驗(yàn)段局部將墻體施工至地表，采用探坑法檢查墻體成型厚度及搭接質(zhì)量。共檢測(cè)7 個(gè)部位，探坑長(zhǎng)度為3～4 m，墻體出露高度約2 m 左右。檢查結(jié)果表明：檢測(cè)部位墻身外觀質(zhì)量及搭接狀況良好。墻體厚度實(shí)測(cè)值10～50 cm，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.2 探地雷達(dá)檢測(cè)

2013年1月23日，江蘇省水利科學(xué)研究院對(duì)洪澤湖大堤樁號(hào)40K+350～40K+380、40K +400～40K+450、52K+043～52K+083、52K+083～52K+106 段截滲墻進(jìn)行了探地雷達(dá)檢測(cè)。

4.2.1 工作原理

探地雷達(dá)系統(tǒng)利用天線向被檢測(cè)物發(fā)射寬頻帶高頻電磁波，電磁波信號(hào)在介質(zhì)內(nèi)部傳播遇到介電差異較大的介質(zhì)界面時(shí)會(huì)反射并返回，反射回的電磁波被與發(fā)射天線同步移動(dòng)的接收天線接收后，由雷達(dá)主機(jī)精確記錄下反射回的電磁波的運(yùn)動(dòng)特征，再通過(guò)信號(hào)技術(shù)處理形成全斷面的掃描圖。截滲墻存在缺陷時(shí)，缺陷處與截滲墻體之間存在一定的電性差異，研究接收到的電磁波雙程旅行時(shí)間、波形與波幅變化規(guī)律，就可以判斷是否存在空洞等缺陷，從而研判地下介質(zhì)的連續(xù)性等性質(zhì)。見(jiàn)圖2。

4.2.2 檢測(cè)設(shè)備

美國(guó)GSSI 公司生產(chǎn)的SIR-20 系列探測(cè)設(shè)備，數(shù)據(jù)采用RANDAN6.6軟件進(jìn)行后處理，最后形成雷達(dá)圖像用于辨別異常及解釋結(jié)果。

4.2.3 檢測(cè)結(jié)論

檢測(cè)結(jié)果表明：截滲墻墻體總體連續(xù)、完整，不存在空洞、錯(cuò)斷現(xiàn)象。

以52K+043～52K+083 段檢測(cè)結(jié)果為例，截滲墻與上覆土層在雷達(dá)波形圖上有較為明顯的分界線，表現(xiàn)為截滲墻反射信號(hào)較強(qiáng)且較連續(xù)，而上覆土層由于經(jīng)過(guò)擺噴機(jī)械施工擾動(dòng)，反射信號(hào)相位傾斜度較大且反射相對(duì)較弱。圖下方的方框標(biāo)注區(qū)域即為截滲墻體部分，可看出雷達(dá)波形總體變化不大，無(wú)拋物線狀圓弧雷達(dá)波形等明顯特征，同相軸基本連續(xù)，表明截滲墻墻體總體連續(xù)、完整，不存在空洞、錯(cuò)斷現(xiàn)象。見(jiàn)圖3。

圖2 探地雷達(dá)工作原理圖

圖3 52K+043～52K+083 區(qū)域探地雷達(dá)剖面圖

4.3 物探檢測(cè)

2013年5月28～29日，江蘇省工程勘測(cè)研究院有限責(zé)任公司對(duì)洪澤湖 大 堤 樁 號(hào)40K+363～40K+463 和52K+368～52K+024 段截滲墻進(jìn)行了物探檢測(cè)。

4.3.1 檢測(cè)方案

根據(jù)工程的實(shí)際情況和測(cè)試要求，在截滲墻墻體軸線部位采用高密度地震映像法測(cè)定墻體的連續(xù)性，采用多道瞬態(tài)面波測(cè)定墻體的頂、底埋深。另外，在墻體軸線外側(cè)3 m 處抽測(cè)部分土體，繪制高密度地震映像解譯剖面圖，以與截滲墻墻體部位的波形進(jìn)行對(duì)比。

4.3.2 檢測(cè)設(shè)備

北京市水電物探研究所研制的SWS-5 型多波列數(shù)字圖像工程勘探與工程檢測(cè)儀。

4.3.3 檢測(cè)結(jié)論

檢測(cè)結(jié)果表明：截滲墻墻體連續(xù)性較好，墻體頂、底高程與原始施工記錄基本吻合。

以大堤樁號(hào)40K+363～40K+463段為例，檢測(cè)情況如下：

（1）地震映像

比較軸線處與軸線外的地震映像圖，大致有如下特征：①軸線處高密度地震映像分布比軸線外均勻且絕大部分比較連續(xù)，說(shuō)明高壓擺噴截滲墻體連續(xù)性較好；②通過(guò)軸線東側(cè)3 m 處的高密度地震映像圖和軸線處的影像對(duì)比，以40K+413 處為界，往斷面號(hào)變小方向面波相位增多，這是由于面波在傳播過(guò)程中遇有較高密度介質(zhì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換波且在該介質(zhì)中面波的高階振型發(fā)育，反映了土體強(qiáng)度較軸線外高；往斷面號(hào)變大方向面波相位雖多，但比較雜亂，該處曾進(jìn)行過(guò)充填灌漿加固，詳見(jiàn)圖4；③軸線處40K+376～40K+388 部位地震映像圖中上部80 ms 處面波振幅減小，40K+392～40K+397 部位地震映像圖在200 ms 處面波振幅減小，說(shuō)明上述兩段墻體中存在低速體分布，可能是由于原有土層內(nèi)碎石分布較多所致。

（2）面波及頻散曲線

本段在40K+439.2 附近采用多道瞬態(tài)面波測(cè)定墻體的頂、底埋深。頻散曲線詳見(jiàn)圖5。

根據(jù)圖5，在40K+439.2 處高壓擺噴截滲墻墻頂埋深13.5 m，墻底埋深24.0 m，該段地面高程18.6 m，對(duì)應(yīng)的墻頂、底高程為5.1 m、-5.4 m；根據(jù)施工原始記錄，該段墻頂、底高程分別為5.4 m、-4.2 m，檢測(cè)成果與施工單位提供的資料基本吻合。

5 截滲效果

為了驗(yàn)證截滲墻的實(shí)際效果，在54K+300 斷面設(shè)置2 根測(cè)壓管測(cè)量截滲墻前后③2透水層的水頭變化，其中，1 號(hào)測(cè)壓管位于截滲墻上游側(cè)，2 號(hào)測(cè)壓管位于截滲墻下游側(cè)，具體布置如圖1 所示。部分觀測(cè)數(shù)據(jù)如表1 所示。

圖4 40K+363～40K+464 段截滲墻高密度地震映像解譯剖面圖

圖5 40K+439.2 處頻散曲線圖

從觀測(cè)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，截滲墻前后③2層的水頭有明顯的下降，平均降幅在0.3 m。觀測(cè)數(shù)據(jù)表明：截滲墻對(duì)③2透水層起到了較為明顯的截滲作用。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在施工過(guò)程中嚴(yán)格控制高壓擺噴各項(xiàng)工藝參數(shù)，加強(qiáng)過(guò)程控制，使得目前對(duì)工程采取的各種檢測(cè)結(jié)果表明：洪澤湖大堤堤基防滲處理采用的高壓擺噴截滲墻墻體高度、厚度、連續(xù)性、滲透系數(shù)及抗壓強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，且截滲墻對(duì)③2透水層起到了較為明顯的截滲作用，達(dá)到了預(yù)期效果。高壓擺噴截滲技術(shù)在洪澤湖大堤中的大范圍應(yīng)用，可對(duì)其他堤防工程堤基防滲處理起到一定的借鑒作用。

表2 54K+300 斷面1、2 號(hào)測(cè)壓管部分觀測(cè)數(shù)據(jù)