吳世新，郭 煒

（1.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225100；2.揚(yáng)州市江都區(qū)水務(wù)局，江蘇 揚(yáng)州 225200）

對于堤壩中常見的滲透破壞問題，通常需要采用“上堵下排”的工程措施，其中“堵”是指防止水在地層中滲透，常見垂直防滲方案有高壓噴射灌漿防滲墻、混凝土防滲墻、水泥土攪拌樁防滲墻、水泥帷幕灌漿等，其中高壓噴漿成墻法具有適用地層范圍廣，施工設(shè)備簡單輕便，造價較低，成墻質(zhì)量好，而且能有效減小施工干擾帶來的問題［1］。

高壓噴射灌漿技術(shù)主要是利用加壓設(shè)備噴射出具有高強(qiáng)度、高流速的水流或者漿液，對地基土體進(jìn)行切割、沖擊，破壞土體結(jié)構(gòu)，同時以水泥漿噴至土層與土體融合，形成圓柱狀或者幕墻狀的凝固體，以此增強(qiáng)基礎(chǔ)的防滲能力或承載能力。其中當(dāng)使噴射管在土體中做邊旋轉(zhuǎn)、邊向上提升的運(yùn)動，由此形成圓柱形樁體的高噴灌漿施工方法就是高壓旋噴［2］。

高壓旋噴防滲墻能夠高效地提升地基的防滲能力,在各類堤壩的地基處理中被廣泛使用［3］，本文以江都區(qū)高水河?xùn)|堤除險加固工程為例，從高壓旋噴防滲墻施工工藝流程、試樁試驗(yàn)概況，由試驗(yàn)結(jié)果擬定的最優(yōu)施工方案等闡述了高壓旋噴防滲墻在水利工程堤防地基處理中的應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 工程簡介

高水河?xùn)|堤大王廟段（0+550～0+050）設(shè)計采用高壓旋噴樁進(jìn)行防滲及抗滑加固處理。樁身材料采用42.5 級普通硅酸鹽水泥。高壓旋噴采用二管法工藝，鉆孔孔徑不小于110 mm，孔間距0.6 m，孔位誤差不大于30 mm，成孔垂直度偏差不大于1%。高壓旋噴后形成的樁體直徑為0.8 m，樁間搭接0.2 m，高壓旋噴灌漿孔平面布置見圖1。

圖1 高壓旋噴灌漿孔平面布置

1.2 工程地質(zhì)條件

土層地質(zhì)由上往下依次為：

A 層（Q4ml）：灰黃、褐黃雜灰色粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)壤土，雜砂壤土，主要為堤身填土，局部為耕作土。

①2層（Q4al-pl）：青灰色（淤泥質(zhì)）重黏土。

①3′層（Q4al-pl）：青灰色粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)壤土。

①4層（Q4al-pl）：灰色淤泥質(zhì)及軟粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)壤土。

②4層（Q3al-pl）：灰黃色重粉質(zhì)砂壤土、輕粉質(zhì)壤土，含云母片。

1.3 設(shè)計技術(shù)要求

灌漿質(zhì)量要求防滲墻體水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.5 MPa（28 d齡期抗壓強(qiáng)度），墻體滲透系數(shù)不大于A×10-6cm/s（1≤A＜10）。

2 二重管高壓旋噴樁施工流程

2.1 場地準(zhǔn)備

沿防滲墻軸線將現(xiàn)狀道路破除1.0 m×1.0 m（寬×深），清除路面結(jié)構(gòu)層及地下的一切障礙（包括大塊石、樹根和生活垃圾等），同時用作防滲墻施工溝槽。

2.2 測量放樣

首先采用GPS 測放出高壓旋噴樁防滲墻中心線兩端的控制點(diǎn)，然后根據(jù)樁距，采用卷尺和線繩傳遞在地面上定位出旋噴樁的樁位位置，并做好標(biāo)記，撒白灰標(biāo)識，以確保樁機(jī)準(zhǔn)確就位［4］。

2.3 鉆孔

噴射臺車由專人指揮，依靠自身履帶緩慢行走至樁位處，樁位對中誤差不大于30 mm。為確保樁機(jī)底座水平，導(dǎo)向架和鉆桿垂直于地面，傾斜率小于1.0%，應(yīng)同時使用水平尺和定位測錘進(jìn)行校核。對于不符合垂直度與樁位偏差的進(jìn)行調(diào)整，直到達(dá)到要求。啟動鉆機(jī)后，邊旋鉆邊鉆進(jìn)，當(dāng)達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，停止工作。在鉆機(jī)工作過程中，如遇到異常情況應(yīng)立刻查清緣由，并采取相應(yīng)的處理辦法，對地層變化、顆粒大小、硬度等要進(jìn)行詳細(xì)分析，并記錄在冊，當(dāng)一個鉆孔完成后，應(yīng)由技術(shù)人員進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后才可移位準(zhǔn)備下一個孔的鉆進(jìn)工作［5］。二重管高壓旋噴注漿工藝流程見圖2。

圖2 二重管高壓旋噴注漿工藝流程

2.4 漿液配置

根據(jù)確定的水灰比和水泥用量，漿液采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥與水拌至而成，攪拌灰漿時，先加水后加水泥，每次灰漿攪拌時間不少于2 min。漿液在灰漿拌合桶中攪拌完成，經(jīng)濾網(wǎng)把水泥硬塊剔出后流入儲漿池，漿液在儲漿池內(nèi)要不斷攪拌直到噴漿前，儲漿池至少儲存一根樁的用量［6］。

2.5 噴射注漿

在插入旋噴管之前應(yīng)先對高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)進(jìn)行全面細(xì)致的檢查，以確保設(shè)備的壓力和輸漿量滿足設(shè)計要求。各個部位的密封圈應(yīng)保持完好，各個通道和噴嘴內(nèi)部不能存在雜物，在正式噴射前，應(yīng)做高壓水射水試驗(yàn)，合格后方可噴射漿液。

噴射時，應(yīng)先達(dá)到設(shè)計噴射壓力，座底噴漿5 s，當(dāng)水泥漿與樁底的土體進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬?，再邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)提升注漿管，提升速度為10～15 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度為8～10 r/min，直至達(dá)到設(shè)計樁頂高層。噴射注漿過程中必須按照預(yù)先設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)加以控制，操作人員必須時刻檢查各環(huán)節(jié)運(yùn)行情況（如注漿流量、壓力、提升速度，泥漿比重等），并根據(jù)實(shí)際情況采取下列措施：

（1）當(dāng)需對管路系統(tǒng)進(jìn)行接、卸、換時，速度要快，避免塌孔和堵嘴；

（2）當(dāng)噴射因故中止時，根據(jù)具體情況處理:如果由于機(jī)械故障，要盡快采取措施恢復(fù)灌漿，最大程度減少中斷時間；如果不可避免的導(dǎo)致中斷時間大于1 h，要及時采取有效的補(bǔ)救措施；當(dāng)恢復(fù)噴漿時，要將噴射管往下多延伸0.3 m，確保凝結(jié)體具有良好的連續(xù)性。

2.6 回灌

當(dāng)結(jié)束噴射后，應(yīng)當(dāng)立即在噴射孔內(nèi)采取靜壓的方式進(jìn)行充填灌漿，直到漿體表面保持穩(wěn)定，不再下沉，由此確保高壓旋噴防滲墻固結(jié)后達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，回灌漿液一般采用鄰孔高噴冒漿靜壓充填。

3 試樁試驗(yàn)

為確定施工工藝、施工順序的合理性、確定鉆機(jī)鉆進(jìn)時的旋轉(zhuǎn)速度和提升速度、確定注漿泵的工作壓力以及確定每米水泥用量。需要通過試樁獲取施工數(shù)據(jù)，為后續(xù)大范圍施工提供指導(dǎo)，本次選取3根樁進(jìn)行試樁試驗(yàn)。

3.1 XPZ1、XPZ2、XPZ3試樁情況

3 根試樁均采用二管法高壓旋噴施工工藝，樁長14.14 m+0.5 m 超高（設(shè)計樁頂高程+9.14 m，樁底高程-5.0 m），設(shè)計要求樁身水泥用量為350 kg/m，試樁參數(shù)見表1，試樁檢測情況見表2。

表1 試樁情況簡述

表2 試樁檢測情況

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)施過程，XPZ1施工過程機(jī)械設(shè)備性能良好，實(shí)測噴漿持續(xù)時間98 min；XPZ2 施工過程機(jī)械設(shè)備性能良好，實(shí)測噴漿持續(xù)時間113 min；XPZ3施工過程機(jī)械設(shè)備性能良好，實(shí)測噴漿持續(xù)時間147 min。

由表2 可知，XPZ1、XPZ2 和XPZ3 芯樣外觀均較好，芯樣強(qiáng)度代表值均大于0.5 MPa，符合要求。

3.2 試樁結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場試樁情況簡述、試樁檢測情況綜合分析，可得：

（1）相同水泥用量，不同施工參數(shù)情況下：樁身強(qiáng)度均符合設(shè)計要求，且XPZ3＞XPZ1＞XPZ2。

（2）相同樁長，不同施工參數(shù)情況下：噴漿時間XPZ3＞XPZ2＞XPZ1。

（3）相同水泥用量、樁長，不同施工參數(shù)情況下：XPZ1、XPZ2、XPZ3芯樣均連續(xù)、完整。

綜上所述，在相同水泥用量、樁長，不同施工參數(shù)情況下XPZ1、XPZ2、XPZ3 均滿足設(shè)計要求，但從工期及施工效率上考慮項(xiàng)目決定在后期施工采用XPZ1試樁參數(shù)。

4 高壓旋噴施工方案

通過試樁施工驗(yàn)證了試樁時暫定的試樁參數(shù)與所選設(shè)備的可行性，并現(xiàn)場測算出各項(xiàng)施工參數(shù)，具體如下：

（1）水灰比（W/C）：0.8∶1。

（2）水泥漿比重：1.60 g/m3。

（3）漿壓：26 MPa（450 r/min）。

（4）氣壓：0.7 MPa。

（5）提升速度：15 cm/min。

（6）旋轉(zhuǎn)速度：10 r/min。

（7）單根樁水泥用量：4.95 t（樁長14.14 m）。

4.1 投入的人力、材料、機(jī)械設(shè)備

4.1.1 水泥

水泥采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥進(jìn)場時必須附出場合格證并經(jīng)監(jiān)理單位見證取樣送檢合格后用于高壓旋噴樁施工中。

4.1.2 主要機(jī)械設(shè)備及人員配置一覽表

投入的主要機(jī)械設(shè)備及人員配置如表3所示。

表3 機(jī)械設(shè)備及人員配置一覽

4.2 計算工期

測量樁號0+050～0+550段大王廟段采用高壓旋噴樁進(jìn)行防滲及抗滑加固處理，共計500 m。

（1）單根樁鉆孔及移設(shè)備時間暫定10 min，共計834×10=8340（min）；

（2）按照2 臺設(shè)備，每天有效工作21 h，計算可得：（71835+8340）/60/21/2≈32（d），計算工期為1.5 個月。

有效噴漿時間計算見表4。

表4 有效噴漿時間計算

4.3 施工注意事項(xiàng)

（1）鉆機(jī)或旋噴機(jī)放置時機(jī)座要保持穩(wěn)定，立軸或轉(zhuǎn)盤與孔位對正，傾角與設(shè)計誤差一般不應(yīng)超過0.5°。

（2）噴射工作開始前，應(yīng)細(xì)致檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，確保設(shè)備的壓力和排量符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。管路系統(tǒng)的密封圈必須完好，全面清理各個通道和噴嘴內(nèi)存在的異物［7］。

（3）噴射工作時要時刻注意，當(dāng)注漿泵啟動后，待估算水泥漿的前鋒已經(jīng)流出噴頭后，才開始向上勻速提升注漿管，自下而上噴射注漿。

（4）噴射注漿工作結(jié)束后，由于漿液存在析水現(xiàn)象，導(dǎo)致凝結(jié)體會有一定程度的收縮，導(dǎo)致凝結(jié)體頂部可能會出現(xiàn)凹陷，所以應(yīng)及時用水灰比為1∶1 的水泥漿進(jìn)行補(bǔ)灌，同時避免從相鄰鉆孔排出的泥土或雜物進(jìn)入。

（5）當(dāng)需要加大凝結(jié)體尺寸，或深層硬土為避免凝結(jié)體尺寸減小，可以同通過增大噴射壓力、泵量或減小回轉(zhuǎn)與提升速度等措施，也可采用重復(fù)噴射工藝。

（6）當(dāng)出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象超過注漿量的20%時，或完全不冒漿時，應(yīng)及時查明原因，了解土體狀況，采取相應(yīng)的措施；若是由于地層中有較大空隙引起的不冒漿，則可以在漿液中加入適量的速凝劑，縮短固結(jié)時間，使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)凝固。

5 質(zhì)量控制措施

（1）下放注漿管之前，首先應(yīng)在地表進(jìn)行射水實(shí)驗(yàn)，待氣壓、漿壓正常后，才往下放注漿管施工。

（2）采用標(biāo)號P.O42.5 的普通硅酸鹽水泥作加固材料，每批水泥必須出具合格證明才能進(jìn)場，并按每批次現(xiàn)場抽樣外檢，合格后才能投入使用。

（3）高噴孔噴射成樁工作完成后，應(yīng)采用含水泥漿較多的孔口返漿回灌，防止因漿液凝固后造成凝結(jié)體體積收縮、樁頂面下降的現(xiàn)象，從而保證樁頂標(biāo)高達(dá)到設(shè)計要求。

（4）實(shí)行專業(yè)技術(shù)人員隨班作業(yè)制，技術(shù)人員必須時刻關(guān)注檢查漿液的初凝時間、注漿流量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否滿足設(shè)計要求，及時發(fā)現(xiàn)和處理施工中的質(zhì)量隱患。

（5）配備一臺備用發(fā)電機(jī)組。一旦進(jìn)入旋噴作業(yè)則應(yīng)連續(xù)施工，若施工過程中出現(xiàn)停電時間過長時，及時啟用備用發(fā)電機(jī)，避免影響施工正常進(jìn)行。

（6）質(zhì)量檢查及驗(yàn)收。①施工完畢，竣工驗(yàn)收前，應(yīng)開挖試坑檢查，每350 m 至少開挖一處，開挖深度不小于2.5 m，具體地點(diǎn)由監(jiān)理單位指定，主要檢查其外觀搭接狀況，樁體之間的搭接是否良好，樁體是否規(guī)則、致密均勻；②應(yīng)鉆芯取樣，經(jīng)過抗壓試驗(yàn)和壓水試驗(yàn)，確定其28 d 齡期的抗壓強(qiáng)度及滲透系數(shù)，鉆芯取樣檢測每350 m 一組；③在防滲墻兩側(cè)分別打注水孔和觀測孔，注水孔和觀測孔距離不大于1.0 m，保持注水孔中高水位，觀測防滲墻另一側(cè)的觀測孔中的水位，檢測墻體滲透性。鉆孔注水試驗(yàn)每段700 m 至少1 組，鉆孔注水試驗(yàn)處設(shè)置雙道防滲墻，每處長度大于2.0 m，兩排之間采用交接搭接法施工；④采用地質(zhì)雷達(dá)對全部防滲墻的連續(xù)性進(jìn)行檢測；⑤探坑開挖、打注水孔及觀測孔及鉆探取芯全過程須由監(jiān)理單位在現(xiàn)場時進(jìn)行，檢查結(jié)束后應(yīng)及時回填并壓實(shí)。

6 結(jié)語

本文以江都區(qū)高水河?xùn)|堤除險加固工程為例，該東堤大王廟段（0+550～0+050）設(shè)計采用高壓旋噴樁進(jìn)行防滲及抗滑加固處理，分析二重管高壓旋噴樁施工流程，通過選取3根試樁并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，確定了最優(yōu)施工方案以及施工技術(shù)參數(shù)，并提出質(zhì)量控制措施，得到主要結(jié)論如下：

（1）在相同水泥用量、樁長，不同施工參數(shù)情況下XPZ1、XPZ2、XPZ3 均滿足設(shè)計要求，但從工期及施工效率上考慮項(xiàng)目決定在后期施工采用XPZ1 試樁參數(shù)。

（2）通過試樁選定施工參數(shù)為：水灰比（W/C）：0.8∶1；（2）水泥漿比重：1.60 g/m3；（3）漿壓：26 MPa（450 r/min）；（4）氣壓：0.7 MPa；（5）提升速度：15 cm/min；（6）旋轉(zhuǎn)速度：10 r/min；（7）單根樁水泥用量：4.95 t（樁長14.14 m）。

（3）本工程投入人員共16 名，投入機(jī)械有旋噴鉆機(jī)、高壓泥漿泵、空壓機(jī)和潛水泵，水泥采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥。

（4）通過從施工全過程、全方位進(jìn)行質(zhì)量控制，并通過質(zhì)量檢查和驗(yàn)收，確保施工質(zhì)量滿足相關(guān)要求。