張光莉

（廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院　廣東　廣州　510640）

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淺議高壓噴射灌漿技術(shù)的應(yīng)用

張光莉

（廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院廣東廣州510640）

摘要該文結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)堤岸進(jìn)行整體穩(wěn)定及滲流穩(wěn)定計(jì)算，采用高壓噴射灌漿法加固處理前后對(duì)比，闡述高壓噴射灌漿技術(shù)在堤防除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用。根據(jù)計(jì)算分析及對(duì)比表明，高壓噴射灌漿（旋噴樁）對(duì)堤身及堤基的防滲有明顯的效果，且經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行。

關(guān)鍵詞高壓噴射灌漿；堤防；防滲；應(yīng)用

1　高壓噴射灌漿技術(shù)及特點(diǎn)

高壓噴射灌漿法是用高壓泥漿泵，通過(guò)噴嘴向周圍土體高壓噴射固化漿液(一般使用水泥漿液)，漿液凝固后在土體中形成了一定形狀的固結(jié)體。高壓噴射灌漿分為旋噴、定噴及擺噴三種。

高壓噴射灌漿法不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境和水質(zhì)造成污染，成本較低，施工速度較快，固結(jié)體強(qiáng)度大，可靠性高，施工噪音小。

2　高壓噴射灌漿應(yīng)用實(shí)例

高壓噴射灌漿在工程設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，適用于地基處理加固、止水等方面。下面以廣州市某河涌堤防除險(xiǎn)加固工程實(shí)例闡述高壓噴射灌漿技術(shù)在堤防除險(xiǎn)加固工程中作為堤基（堤身）防滲加固處理方面的應(yīng)用，為以后類似的除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)提供借鑒。

2.1工程現(xiàn)狀情況概述

本工程位于廣州市從化區(qū)。2014年5 月23日，受高空短波槽和低層西南暖濕氣流共同影響，該河流域普降大雨，壩上洪峰水位26.64m，洪峰流量2120m/s，為1964年以來(lái)最大流量，接近100年一遇。受“5.23”洪水影響，部分堤岸出現(xiàn)滲透、管涌，甚至滑坡，嚴(yán)重威脅區(qū)域人民生命財(cái)產(chǎn)安全，必須除險(xiǎn)加固整治。

2.2工程加固方案設(shè)計(jì)

本次除險(xiǎn)加固范圍內(nèi)的堤段根據(jù)堤防勘察鉆孔揭露，堤身填土層大部分由粘性土、碎石及砂土構(gòu)成，堤身結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣；堤基均有粗礫砂層，且厚度較厚，屬于中等透水層，個(gè)別鉆孔有粉砂層，對(duì)堤防而言，會(huì)發(fā)生滲透破壞現(xiàn)象。下面通過(guò)對(duì)堤岸進(jìn)行整體穩(wěn)定計(jì)算及滲流穩(wěn)定計(jì)算進(jìn)行分析判斷。

（1）堤岸整體穩(wěn)定計(jì)算

整體穩(wěn)定計(jì)算采用中國(guó)水利科學(xué)院的邊坡穩(wěn)定分析程序STAB2009，應(yīng)用瑞典法進(jìn)行計(jì)算。選取發(fā)生險(xiǎn)情堤段的兩個(gè)典型斷面，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）中的相關(guān)規(guī)定，土堤整體穩(wěn)定計(jì)算可分為正常工況和非正常工況。

正常工況：

工況1：設(shè)計(jì)洪水位驟降期的臨水側(cè)堤坡（堤頂荷載10kN/m2）；

工況2：設(shè)計(jì)洪水位下的穩(wěn)定滲流期或不穩(wěn)定滲流期的背水側(cè)堤坡（堤頂荷載10kN/m2）。

非正常工況：

工況3：施工期臨水側(cè)堤坡（堤頂荷載20 kN/m2）。

其中工況1和工況2整體穩(wěn)定允許安全系數(shù)K為1.25，工況3整體穩(wěn)定允許安全系數(shù)K為1.15。

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果可知典型斷面圖所在堤段的土層及物理參數(shù)情況。斷面圖一位置土層分別為填土層（C=9.9kPa，φ=20°）、粉質(zhì)粘土層（C=22.1kPa，φ=8.2°）、粗礫砂層（C=4.43kPa，φ=35.57°）、殘積土層（C=36.8kPa，φ=17.7°）；斷面圖二位置土層分別為填土層（C=9.9kPa，φ=20°）、粗礫砂層（C=4.43kPa，φ=35.57°）、粉質(zhì)粘土層（C=21.8kPa，φ=9.4°）。

采用以上所選斷面、工況、土層及參數(shù)，對(duì)堤防進(jìn)行整體穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為：

表1.1　滲流穩(wěn)定計(jì)算成果表

圖1　標(biāo)準(zhǔn)斷面圖一

從結(jié)果可知：三種工況中，斷面圖一、斷面圖二堤岸邊坡穩(wěn)定系數(shù)均大于允許穩(wěn)定系數(shù)，則現(xiàn)狀堤岸整體穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

圖2　標(biāo)準(zhǔn)斷面圖二

表1.2　滲流穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算成果表

（2）堤岸滲流穩(wěn)定計(jì)算

通過(guò)采用理正巖土計(jì)算軟件的二維滲流有限元法對(duì)堤基滲流穩(wěn)定計(jì)算分析。選取發(fā)生險(xiǎn)情堤段的兩個(gè)典型斷面，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286.2013）要求，并結(jié)合本工程實(shí)際情況，滲流分析計(jì)算以下水位組合：①外江水位為設(shè)計(jì)洪水位、堤內(nèi)無(wú)水；②外江水位為設(shè)計(jì)洪水位，堤內(nèi)為相應(yīng)水位；③設(shè)計(jì)洪水位驟降時(shí)對(duì)臨水側(cè)堤坡穩(wěn)定最不利的情況。

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果可知典型斷面所在堤段的土層的滲透系數(shù)分別為：斷面圖一位置土層分別為粉質(zhì)粘土層（k=1×10-5cm/s）、粗礫砂層（k=4.45×10-2cm/s）、殘積土層（k=3.15×10-6cm/s）；斷面圖二位置土層分別為粗礫砂層（k=4.45× 10-2cm/s）、殘積土層（k=1.54×10-6cm/s）、粉質(zhì)粘土層（k=3.93×10-7cm/s）。

采用以上所選斷面、工況、土層及參數(shù)，對(duì)堤防進(jìn)行滲流計(jì)算，計(jì)算滲透比降結(jié)果如表所示。

計(jì)算結(jié)果顯示，水位組合①情況下計(jì)算出逸比降大于允許出逸比降0.40，不滿足滲流穩(wěn)定要求，需要對(duì)堤基進(jìn)行防滲加固處理。

常用于處理堤防除險(xiǎn)加固的方法有：灌漿法、防滲墻法、高壓噴射灌漿法、深層攪拌法等幾種。以上幾種方法既可以作為防滲墻處理堤身（堤基）滲漏問(wèn)題，也可以用于地基加固。幾種防滲方案的比較如下：

1）灌漿法：施工簡(jiǎn)便，造價(jià)低廉，但對(duì)于砂礫石堤基，灌漿漿液難控制，施工質(zhì)量難保障。

2）防滲墻法：可對(duì)堤防進(jìn)行垂直防滲處理，對(duì)堤防破壞程度大，開挖工程量大，工期較長(zhǎng)。

3）高壓噴射注漿法：此種方法分為旋噴、定噴、擺噴。常用的為旋噴法，施工速度快，固結(jié)體強(qiáng)度大，可靠性高，不污染環(huán)境，施工噪音小，成本較低，處理效果好；擺噴法造價(jià)高，施工工藝復(fù)雜，處理效果不明顯，且此種方法的施工機(jī)械較少；定噴法應(yīng)用很少。

4）深層攪拌樁法（水泥土加固法）：此種方法加固方式靈活，可充分利用原狀土，無(wú)棄土問(wèn)題。但對(duì)于砂礫石地基，鉆頭不易打入，施工難度大。

根據(jù)以上比較和險(xiǎn)段現(xiàn)狀情況，考慮到技術(shù)可實(shí)施性，最終選擇高壓噴射注漿法中旋噴法處理險(xiǎn)段的滲透問(wèn)題。根據(jù)工程需要和地質(zhì)條件，為了不對(duì)堤頂造成破壞及節(jié)省投資，本次除險(xiǎn)加固在臨水側(cè)坡面處，距離堤頂邊線2.0m的位置采用單排Φ600單管旋噴樁，間距450mm，利用高壓漿液，噴射沖切破壞土體，壓力20Mp，旋轉(zhuǎn)速度約20r/min，成樁直徑為60cm。其加固質(zhì)量好，施工速度快和成本低。對(duì)被破壞的草皮護(hù)坡和路緣磚按原樣進(jìn)行修復(fù)。處理方案如圖所示。

2.3加固后堤基滲流穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算

采用理正巖土計(jì)算軟件的二維滲流有限元法對(duì)堤基滲流穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286.2013）要求，并結(jié)合本工程實(shí)際情況，對(duì)上述堤岸滲流穩(wěn)定計(jì)算斷面中不滿足滲流穩(wěn)定要求的水位組合進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。滲流分析計(jì)算水位組合：水位組合①外江水位為設(shè)計(jì)洪水位、堤內(nèi)無(wú)水。

計(jì)算結(jié)果顯示，采用旋噴樁防滲處理后計(jì)算得出的出逸比降值均小于允許出逸比降值0.40，滿足滲流穩(wěn)定要求。

2.4加固方案與環(huán)境協(xié)調(diào)性

本工程建成后可以避免堤內(nèi)洪澇災(zāi)害問(wèn)題的發(fā)生，保障區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，同時(shí)恢復(fù)了原有的景觀綠化效果。本次除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)充分考慮了與環(huán)境的協(xié)調(diào)性，具體表現(xiàn)在以下方面：

（1）工程加固方案綜合考慮各個(gè)方面，選擇經(jīng)濟(jì)合理、可實(shí)施、對(duì)環(huán)境無(wú)污染的方案。部分護(hù)坡修復(fù)段結(jié)合堤岸現(xiàn)狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，與原有護(hù)坡協(xié)調(diào)統(tǒng)一?，F(xiàn)狀堤岸以綠化景觀為主為其他生物生存休憩場(chǎng)地，在一定范圍內(nèi)設(shè)置相關(guān)設(shè)施，為周圍人群提供休閑場(chǎng)所，增加人與自然的交流和互動(dòng)，使人們更接近自然，體會(huì)自然，做到人與自然和諧統(tǒng)一。

（2）節(jié)能減排方面

本方案充分結(jié)合現(xiàn)狀，使方案符合大的建設(shè)環(huán)境，運(yùn)用先進(jìn)的理念及方法使工程建設(shè)達(dá)到節(jié)能，低碳的目的。主要體現(xiàn)在以下方面：

1）工程設(shè)計(jì)中，采用土方的開挖與回填在滿足功能的條件下，盡量做到挖填平衡的原則，減少外購(gòu)及棄運(yùn)土。

2）在施工組織設(shè)計(jì)中選用主要施工機(jī)械均為較先進(jìn)的設(shè)備，能耗較低。優(yōu)化施工器械的使用次數(shù)。

3）采用低碳環(huán)保及可回收的產(chǎn)品及材料，減少環(huán)境的二次污染。

3　結(jié)語(yǔ)

本例工程在設(shè)計(jì)過(guò)程中力求方案整體安全合理，施工簡(jiǎn)單，積極響應(yīng)國(guó)家創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)，盡可能降低工程建設(shè)造價(jià)，節(jié)約投資，讓工程發(fā)揮更大的工程效益，做到技術(shù)可靠性、實(shí)施操作性及合理性的統(tǒng)一。

本例證明了高壓噴射灌漿技術(shù)在堤身（堤基）防滲處理方面的應(yīng)用，可以達(dá)到防滲的效果。高壓噴射灌漿法施工方便、施工質(zhì)量可以保障，而且對(duì)環(huán)境無(wú)污染，正符合現(xiàn)代城市發(fā)展的指標(biāo)“節(jié)約、生態(tài)、環(huán)?！?。陜西水利

參考文獻(xiàn)

[1]董哲仁.堤防除險(xiǎn)加固實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1998.

[2] GB50286.2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

（責(zé)任編輯：李蕊）

中圖分類號(hào)：TU753

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B