何文浩 紀媛 郝凌穎
(無錫市水利設(shè)計研究院有限公司 江蘇無錫 214023)
京杭運河(無錫段)斜貫無錫市,屬三級航道,堤防屬一級堤防。河道駁岸為多次加固加高而成,工程所在地段堤后地勢較低,平均地面高層在4.0~4.5m(吳淞高程系,下同)。而每年汛期水位均能達到5.0m。每到汛期,問題不斷,河水透過駁岸地基不斷發(fā)生管涌險情。為消除堤防管涌隱患,針對本工程實際情況。通過多方案比選,最終選定采用高噴灌漿對該段堤防地基進行防滲加固處理。
高壓噴射(簡稱“高噴”)灌漿法是采用靜壓注漿法是利用射流作用切割摻攪地層,改變原地層的結(jié)構(gòu)和組成,同時灌入水泥漿或混合漿形成凝結(jié)體,以達到加固地基和防滲的目的。主要用于建筑地基加固以及大壩、堤防等地基防滲工程。高壓旋噴灌漿是利用鉆機造孔,把帶有噴頭的灌漿管下至土層的預(yù)訂位置,以高壓漿液或水從噴嘴中噴射出來,形成噴射流沖擊破壞土層,土粒從土體上剝落下來后,一部分細小土粒隨著漿液冒出地面,其余部分與灌入的漿液混合摻攪,在土體中形成凝結(jié)體。
該工法在國內(nèi)屬成熟工藝,有一整套較為完善的設(shè)計及施工技術(shù)。在灌漿量能夠保證的前提下,工程質(zhì)量能得到充分的保證。本工程漿液采用1:1普通硅酸鹽水泥漿。
圖1 高噴灌漿示意圖
通過實地地質(zhì)勘察及該段堤防駁岸多次加固資料,確定地下高噴防滲體布置與駁岸后方距離駁岸1.5m布置。該駁岸后方為一條平均寬度5m的馬路,人行便道寬3m,緊貼駁岸擋墻,灌漿孔位布置與人行便道內(nèi),便于工程施工。
該工程場地地層簡述如下:
1層雜填土:結(jié)構(gòu)松散。平均厚度2.98m;平均層底標高1.19m。
2層重粉質(zhì)壤土:平均厚度3.50m;平均層底標高-2.07m。
2-1層輕粉質(zhì)壤土:平均厚度:5.60m;平均層底標高-5.15m。
3層中粉質(zhì)壤土:平均厚度2.90m;平均層底標高-5.74m。
4層砂壤土:平均厚度5.18m;平均層底標高-10.91m。
5層中粉質(zhì)壤土,該層未鉆透。
其中:2-1層輕粉質(zhì)壤土為局部堤段存在。最終確定高噴灌漿孔底標高-2.0m,孔底標高低于駁岸基礎(chǔ)底標高1.20m,低于河底標高-1.0~0.0m。平均孔深6m。局部堤段孔深加大。該深度既能滿足防滲體進入相對不透水層的要求,也覆蓋了該段堤防駁岸可能出現(xiàn)管涌通道的范圍。滿足延長滲徑,提高整體滲透穩(wěn)定以及充填管涌通道的設(shè)計要求。
涉及到工程對成墻的要求、地層情況、設(shè)計選用的結(jié)構(gòu)形式以及施工參數(shù)選定的工藝等多方面的因素,宜通過現(xiàn)場實驗或工程類比確定。本工程工期較緊,設(shè)計周期較短,設(shè)計參數(shù)依據(jù)相關(guān)地質(zhì)勘察資料及其他類似工程確定,施工前做灌漿試驗最終確定施工參數(shù)。本工程地下防滲體承壓水頭不大(1.50m左右),綜合現(xiàn)場施工條件,選擇一排孔,雙管法旋噴套接成墻,兩序法施工。由于1層雜填土結(jié)構(gòu)松散,平均標貫為2擊,2層重粉質(zhì)壤土平均標貫9擊。依照類似工程經(jīng)驗,初步選定旋噴樁的有效樁徑1.20m,孔距0.80m,搭接長度不小于0.30m??紤]一定的施工誤差及孔斜率,最終確定有效成墻厚度不小于0.80m。防滲體滲透系數(shù)達到 i×10-6cm/s(i:1~9),工程完工后,能夠滿足防滲要求。由于該工程屬既有工程防滲加固,且后期上部沒有超載,故對防滲體強度不作限制。
用漿量估算采用體積法計算,公式如下:
式中:D——有效樁徑1.15m;
H——設(shè)計孔深6.0m;
α——混合系數(shù),本工程取0.6;
β——損失系數(shù),本工程取值0.1。
相關(guān)參數(shù)帶入計算得每孔灌漿量Q=4.11m3。
由于本工程設(shè)計階段未做灌漿試驗,相關(guān)參數(shù)按經(jīng)驗類比其他類似工程選取。具體施工參數(shù)施工階段確定。為保證水泥漿灌入量,初步選定壓縮空氣氣壓0.7MPa,進氣量1~3m3/min;水泥漿漿壓30MPa,進漿量50~200L/min;提升速度 5~10cm/min;旋轉(zhuǎn)速度 10~20r/min;噴嘴直徑2.0mm。
該工程要求必須汛前完成,工期比較緊張,施工單位最終選取鉆噴一體化機械連續(xù)施工。施工順序如下:測量定孔、機具就位、鉆孔、噴射灌漿提升、靜壓回灌、管路沖洗。
施工初期,由于施工單位對水利工程旋噴灌漿技術(shù)理解不夠,采取的施工工藝不夠準確,鉆成孔與噴漿管級差不夠,導(dǎo)致局部堤段孔口堵塞,返漿不暢,出現(xiàn)抬土現(xiàn)象。為減輕抬土現(xiàn)象,施工方加大了提升速度。最終導(dǎo)致該段水泥漿灌入量不足。經(jīng)鉆孔、開挖檢查,該段出現(xiàn)上部松散雜填土層水泥漿充盈度不夠,2層重粉質(zhì)壤土層城墻質(zhì)量尚可。
針對工程初期出現(xiàn)的問題,對施工工藝,灌漿參數(shù)等做了適當?shù)恼{(diào)整,最終確定施工參數(shù)如下:2層粉質(zhì)壤土層灌漿壓力30MPa,提升速度5cm/min,旋轉(zhuǎn)速度5r/min;1層雜填土層灌漿壓力分級降低,由30MPa逐漸降低至20MPa,提升速度由5cm/min緩慢提升至10cm/min,旋轉(zhuǎn)速度5r/min。壓縮空氣壓力始終保持0.7MPa。及時清理孔口返漿,防止堵塞返漿通道。調(diào)整后,每孔平均灌漿量達70L/m,地面無明顯抬動。
對于初始階段灌漿量不足的孔位進行復(fù)噴。由于復(fù)噴間隔時間較長,在原孔位復(fù)噴施工難度較大,最終旋轉(zhuǎn)在已噴相鄰孔位中間選點進行重新鉆孔旋噴灌漿。
施工完畢后,經(jīng)現(xiàn)場注水試驗及試塊室內(nèi)試驗,高噴形成的地下防滲體滲透系數(shù)達到i×10-6cm/s,滿足設(shè)計防滲要求。
根據(jù)事前充分的地質(zhì)探查,在設(shè)計階段采用好適應(yīng)的灌漿參數(shù),明確具體灌漿量、灌漿孔距、排數(shù)和正確的施工工藝,均是保證工程順利進行的前提。嚴格認真的施工過程控制決定了工程的最終質(zhì)量。在灌漿量得到保證的前提下,工程質(zhì)量是完全可靠的。經(jīng)施工完畢進行相應(yīng)實驗發(fā)現(xiàn)已能滿足防滲要求,歷經(jīng)汛期高水位檢驗,堤后管涌滲透情況明顯消除,完全達到了堤防地基防滲加固的目的。