張光莉

（廣州市水務(wù)規(guī)劃勘測設(shè)計研究院　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)劃勘測設(shè)計研究院廣東廣州510640）

摘要該文結(jié)合工程實例，通過對堤岸進(jìn)行整體穩(wěn)定及滲流穩(wěn)定計算，采用高壓噴射灌漿法加固處理前后對比，闡述高壓噴射灌漿技術(shù)在堤防除險加固工程中的應(yīng)用。根據(jù)計算分析及對比表明，高壓噴射灌漿（旋噴樁）對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對周圍環(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)用實例

高壓噴射灌漿在工程設(shè)計中廣泛應(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加固工程實例闡述高壓噴射灌漿技術(shù)在堤防除險加固工程中作為堤基（堤身）防滲加固處理方面的應(yīng)用，為以后類似的除險加固工程設(shè)計提供借鑒。

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)域人民生命財產(chǎn)安全，必須除險加固整治。

2.2工程加固方案設(shè)計

本次除險加固范圍內(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，個別鉆孔有粉砂層，對堤防而言，會發(fā)生滲透破壞現(xiàn)象。下面通過對堤岸進(jìn)行整體穩(wěn)定計算及滲流穩(wěn)定計算進(jìn)行分析判斷。

（1）堤岸整體穩(wěn)定計算

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

正常工況：

工況1：設(shè)計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)，對堤防進(jìn)行整體穩(wěn)定計算，計算結(jié)果為：

表1.1　滲流穩(wěn)定計算成果表

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)核計算成果表

（2）堤岸滲流穩(wěn)定計算

通過采用理正巖土計算軟件的二維滲流有限元法對堤基滲流穩(wěn)定計算分析。選取發(fā)生險情堤段的兩個典型斷面，根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286.2013）要求，并結(jié)合本工程實際情況，滲流分析計算以下水位組合：①外江水位為設(shè)計洪水位、堤內(nèi)無水；②外江水位為設(shè)計洪水位，堤內(nèi)為相應(yīng)水位；③設(shè)計洪水位驟降時對臨水側(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)，對堤防進(jìn)行滲流計算，計算滲透比降結(jié)果如表所示。

計算結(jié)果顯示，水位組合①情況下計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，需要對堤基進(jìn)行防滲加固處理。

常用于處理堤防除險加固的方法有：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：施工簡便，造價低廉，但對于砂礫石堤基，灌漿漿液難控制，施工質(zhì)量難保障。

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

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，無棄土問題。但對于砂礫石地基，鉆頭不易打入，施工難度大。

根據(jù)以上比較和險段現(xiàn)狀情況，考慮到技術(shù)可實施性，最終選擇高壓噴射注漿法中旋噴法處理險段的滲透問題。根據(jù)工程需要和地質(zhì)條件，為了不對堤頂造成破壞及節(jié)省投資，本次除險加固在臨水側(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)核計算

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

計算結(jié)果顯示，采用旋噴樁防滲處理后計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，同時恢復(fù)了原有的景觀綠化效果。本次除險加固方案設(shè)計充分考慮了與環(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方面，選擇經(jīng)濟(jì)合理、可實施、對環(huán)境無污染的方案。部分護(hù)坡修復(fù)段結(jié)合堤岸現(xiàn)狀進(jìn)行設(shè)計，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所，增加人與自然的交流和互動，使人們更接近自然，體會自然，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，減少外購及棄運(yùn)土。

2）在施工組織設(shè)計中選用主要施工機(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

本例工程在設(shè)計過程中力求方案整體安全合理，施工簡單，積極響應(yīng)國家創(chuàng)建節(jié)約型社會，盡可能降低工程建設(shè)造價，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，而且對環(huán)境無污染，正符合現(xiàn)代城市發(fā)展的指標(biāo)“節(jié)約、生態(tài)、環(huán)?！薄ｊ兾魉?/p>

參考文獻(xiàn)

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

[2] GB50286.2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》[S].北京：中國計劃出版社，2013.

（責(zé)任編輯：李蕊）

中圖分類號：TU753

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B