高噴防滲墻在某淮河公路橋防洪影響處理工程中的應(yīng)用

吳連社

一、概述

某淮河公路橋橋長(zhǎng)1725m，其中主橋長(zhǎng)360m，兩側(cè)引橋長(zhǎng)1365m。主橋采用主跨200m的三跨連續(xù)半漂浮體系自錨式懸索橋，全寬41.5m。橋址處左岸跨越淮北大堤，右岸跨越城市圈堤。在河道管理范圍內(nèi)共布設(shè)41個(gè)橋墩。跨堤引橋下部為雙柱式橋墩，橋墩基礎(chǔ)均采用樁基礎(chǔ)，按嵌巖樁設(shè)計(jì)。近堤橋墩和樁基在施工中易對(duì)堤身、堤基產(chǎn)生擾動(dòng)，破壞堤防正常的土壓力平衡，橋墩建成后，由于上部動(dòng)荷載對(duì)橋墩附近堤身也產(chǎn)生擾動(dòng)，形成堤防與樁體的空隙，縮短了堤防的滲徑長(zhǎng)度，容易產(chǎn)生接觸性滲透破壞，經(jīng)防洪影響評(píng)價(jià)，需采取有效可行的防滲工程措施，保證堤防滲流穩(wěn)定和度汛安全。

二、高噴防滲墻的設(shè)計(jì)

該淮河公路橋左岸淮北大堤和右岸城市圈堤堤頂高程分別為25.9m、26.1m，根據(jù)橋軸線地質(zhì)斷面圖，其相對(duì)透水層底高程分別為9.38m、16.35m，下臥透水層埋藏較淺，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和方案比較，采取高壓噴射灌漿形成的防滲帷幕來(lái)加固被擾動(dòng)的堤身或堤基，以達(dá)到防滲的效果。

高噴防滲墻是由旋噴柱形樁、擺噴扇形斷面樁或定噴板狀墻段其中的一種、兩種或三種彼此組合搭接起來(lái)形成的地下防滲墻，具有對(duì)地層條件適用性廣、防滲效果好、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。為了保證高噴防滲墻的連續(xù)性與完整性，必須使各單孔凝結(jié)體在其有效范圍內(nèi)相互可靠連接，故選用高壓擺噴折線結(jié)構(gòu)。

根據(jù)工程地層條件和高壓擺噴折線結(jié)構(gòu)施工技術(shù)要求，高壓噴射灌漿方法采用三管法。三管法是用水管、氣管和漿管組成噴射桿，水、氣的噴嘴在上，漿液的噴嘴在下，隨著噴射桿的旋轉(zhuǎn)和提升，先有高壓水和氣的射流沖擊擾動(dòng)地層，再以低壓注入漿液進(jìn)行摻混攪拌成墻。

高噴防滲墻施工的各項(xiàng)參數(shù)由高噴工藝試驗(yàn)確定。基本參數(shù)：抗壓強(qiáng)度為 0.5～3.0MPa，滲 透 系數(shù)≤i×10-6cm/s，水泥漿液比重 1.5～1.7g/cm3；水壓 35～40MPa，進(jìn)水流量 70～80L/min；氣壓 0.7～0.8MPa，進(jìn)氣流量 0.8～1.2m3/min；漿壓 0.2～1.0MPa，進(jìn)漿流量 60～80L/min；擺動(dòng)速度 0.8～1.0次 /min，提升速度10～25cm/min。

高噴防滲墻布置在堤防迎水側(cè)距堤肩1.0m處，墻底深入不透水層1.0m，底高程分別為8.38m、15.35m，墻深分別為17.52m、10.55m，孔距為2.0m，擺角為30°，理論成墻平均厚度為33.7cm。

三、防滲墻施工程序與工藝

防滲墻施工主要包括鉆孔、下噴射管、噴射注漿、成墻等程序（見(jiàn)三管法高壓噴射灌漿施工流程圖）。具體施工工藝如圖1。

1.放樣布孔。按設(shè)計(jì)圖紙放樣布孔，布孔時(shí)，首先確定拐點(diǎn)處相鄰兩孔的位置，其他孔位以這兩個(gè)孔為基點(diǎn)，從兩端向中間布置。孔位中心允許誤差不大于5cm。

2.鉆機(jī)就位。將鉆機(jī)安放到設(shè)計(jì)孔位上，使鉆桿頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心，鉆機(jī)就位后必須做水平校正，使其鉆桿軸線垂直對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心位置。

圖1 三管法高壓噴射灌漿施工流程圖

3.鉆孔。按設(shè)計(jì)深度進(jìn)行鉆孔，孔底深入不透水層。鉆孔時(shí)嚴(yán)格控制垂直度在允許范圍之內(nèi)，用水平尺沿兩個(gè)垂直方向進(jìn)行檢測(cè)，鉆機(jī)成孔偏斜率≤1%。為防止塌孔或縮孔，鉆孔采取泥漿護(hù)壁，泥漿制備采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土，泥漿比重控制在 1.1～1.3g/cm3，粘度17~20s，膠體率>90%，含砂量≤8%。

4.制漿。水泥漿液配制采用攪漿機(jī)拌制，水泥漿是成樁的主要材料，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制水灰比和漿液比重。孔口回漿利用泵回?cái)嚢铏C(jī)重新攪拌，過(guò)濾使用。

5.安裝擺噴機(jī)。鉆孔完畢后將鉆孔機(jī)械移開(kāi)，移入三重管高噴臺(tái)車，安裝好噴射管和旋提擺，高噴管口要與鉆孔在同一軸心，并對(duì)中、調(diào)平，同時(shí)調(diào)整擺噴角度，其方法是將擺噴夾角與起擺角（擺噴夾角的始邊與噴射孔中心連線所夾的銳角）作為轉(zhuǎn)盤(pán)圓上的弧度，分別標(biāo)記在轉(zhuǎn)盤(pán)上，通過(guò)調(diào)整凸輪與轉(zhuǎn)盤(pán)之間的連桿長(zhǎng)度來(lái)控制擺噴夾角。然后在孔口作高壓水試噴，測(cè)量擺噴夾角，化解成三角形的相關(guān)尺寸，在地面進(jìn)行測(cè)量控制。擺動(dòng)角度化成圓弧尺寸，在噴射管外圓上測(cè)量控制，偏差<2°。

6.高壓噴射注漿。高壓噴射注漿施工分兩序進(jìn)行，先灌I序孔，再灌II序孔。I、II序孔施噴間隔時(shí)間為24h以上。

（1）插管：將三重噴射灌漿管插入孔內(nèi)預(yù)定深度。噴射管下入孔中檢測(cè)孔的傾斜度，根據(jù)孔斜情況對(duì)噴射管稍作調(diào)整。插管過(guò)程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，可使用低壓水邊射水、邊插管，同時(shí)要控制好水壓力，水壓力一般不超1MPa，防止水壓力過(guò)大將孔壁射塌。有時(shí)孔底沉渣較多，應(yīng)先噴泥漿和用旋提擺裝置配合掃孔，直至噴射管完全到達(dá)孔底。

（2）擺噴提升：噴射注漿管插入到設(shè)計(jì)深度后，由下而上進(jìn)行噴射注漿，注漿管分段提升的搭接長(zhǎng)度不小于5cm。注漿時(shí)，先送空氣、高壓水，再將水泥漿送入孔中靜噴少傾，待孔口回漿的比重＞1.2g/cm3開(kāi)始提管，連續(xù)進(jìn)行；若孔口回漿的比重＜1.2g/cm3時(shí)，應(yīng)降低提速或停止提升。回漿量應(yīng)控制在20%以內(nèi)。中間發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)停止提升和噴射以防止墻體中斷，同時(shí)立即進(jìn)行檢查排除故障。噴漿過(guò)程中應(yīng)注意檢測(cè)漿液壓力、流量、風(fēng)量、風(fēng)壓、擺動(dòng)角度和提升速度等參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求，并做好施工記錄。

7.靜壓灌漿。因防滲墻固結(jié)體易析水收縮，為保證墻頂高程及墻體有效厚度滿足設(shè)計(jì)要求，高噴結(jié)束后必須及時(shí)組織人員進(jìn)行靜壓回填灌漿，補(bǔ)充漿液，直至水泥漿液液面不再下沉為止。

8.沖洗設(shè)備。施工完畢后，將泥漿泵和高壓泵用清水沖洗干凈，管內(nèi)機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿。

四、質(zhì)量控制措施

1.水泥漿液隨用隨配，嚴(yán)格按配合比配制。漿液存放時(shí)間：當(dāng)環(huán)境氣溫10℃以下時(shí)，不超過(guò)4h；當(dāng)環(huán)境氣溫10℃以上時(shí)，不超過(guò)3h；若漿液存放時(shí)間超過(guò)有效時(shí)間時(shí)，按廢漿處理。漿液溫度應(yīng)保持在5℃～40℃。

2.為確保鉆孔孔斜率在允許范圍內(nèi)，開(kāi)孔時(shí)要確保鉆機(jī)支墊平穩(wěn)，主機(jī)鉆桿垂直，鉆孔時(shí)隨時(shí)采用水平尺校驗(yàn)；開(kāi)鉆時(shí)要輕壓慢速，確保開(kāi)孔垂直；鉆進(jìn)過(guò)程中要檢測(cè)鉆機(jī)平整度，發(fā)現(xiàn)孔斜時(shí)及時(shí)糾正。

3.噴灌前下管深度達(dá)不到設(shè)計(jì)鉆孔深度時(shí)，應(yīng)作清孔處理，噴灌過(guò)程中各技術(shù)參數(shù)由專人觀察記錄，要求每30min記錄一次，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更正。當(dāng)氣、水、漿有一管路出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)馬上停止噴灌提升，待故障排除后再將噴管下放至已噴墻體下0.3m，待各機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)、技術(shù)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，再噴灌提升，否則重新掃孔。

4.冒漿量過(guò)大（冒漿量大于注漿量的20%）的主要原因是有效噴射范圍與注漿量不相適應(yīng)，注漿量大大超出噴漿固結(jié)所需的漿量所致。應(yīng)采取提高噴射壓力、適當(dāng)縮小噴嘴孔徑、加快旋轉(zhuǎn)提升速度等措施進(jìn)行處理；不冒漿則是地層中有較大空隙，可采取在漿液中摻入適量的速凝劑，縮短固結(jié)時(shí)間，使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)凝固，在空隙地段增大注漿量，填滿空隙后再繼續(xù)正常噴漿。

5.當(dāng)噴漿完畢后，若固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，直接從噴射孔中再次注入漿液填滿凹穴為止。

五、質(zhì)量檢測(cè)成果分析

該淮河公路橋高噴防滲墻施工結(jié)束28d后，委托具有相應(yīng)資質(zhì)的第三方檢測(cè)單位對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容包括防滲墻墻體連續(xù)性、完整性、滲透系數(shù)、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)。檢測(cè)成果分析如下：

1.通過(guò)開(kāi)挖探坑對(duì)墻體檢查可知，墻體無(wú)蜂窩、孔洞，防滲墻體水泥土較均勻，搭接良好。

2.對(duì)探坑防滲墻體鑿取試樣，經(jīng)室內(nèi)滲透試驗(yàn)得到滲透系數(shù)的平均值為2.24×10-7cm/s，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

3.在室內(nèi)所測(cè)的水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的平均值為2.49MPa，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

4.在現(xiàn)場(chǎng)用探地雷達(dá)對(duì)防滲墻全段進(jìn)行檢測(cè)，以彩色雷達(dá)波圖提供解釋成果，從檢測(cè)結(jié)果判別，反射波基本表現(xiàn)為低幅高頻特征，無(wú)明顯異常，通向軸連續(xù)性較好，說(shuō)明防滲墻體完整性、連續(xù)性較好，無(wú)明顯質(zhì)量缺陷■