高壓擺噴灌漿技術在可利江倒虹吸深基坑開挖中的應用

【摘要】通過對可利江倒虹吸深基坑開挖防滲方案的設計，以及高壓擺噴灌漿成墻技術施工工藝的探討，為深基坑開挖止水及降水提供了經濟有效的處理方案。

【關鍵詞】深基坑開挖 帷幕止水 圍堰 高壓擺噴灌漿 二管法

1工程概況

南寧江北引水干渠工程可利江倒虹吸全長376 m，分進口段、過江段、出口段，其中過江段長度為300 m，樁號為K13+070～K13+370，倒虹吸管為有壓流，采用矩形斷面，橫向雙孔箱型結構，單孔孔徑為3×2.7 m，輸水規模為17.6 m3/s，本工程洪水標準設計選取30年，校核選取100年，倒虹吸管為主要建筑物，建筑物等級為3級，施工圍堰為臨時建筑物，等級為5級。通過對地質條件以及基坑開挖深度等分析，確定對圍堰基坑防滲處理采用帷幕止水+集水井降水。施工流程為：首次圍堰 高壓帷幕灌漿 抽水疏干 基坑開挖 箱涵施工 基坑回填 干擺塊石 清理圍堰 二次圍堰 高壓帷幕灌漿 抽水疏干 基坑開挖 箱涵施工 基坑回填 干擺塊石 清理圍堰

2地質條件

根據地質勘查資料顯示，可利江倒虹吸過江段地質條件較為復雜，渠道依次穿越軟塑狀粉質粘土④1，平均厚度1.2 m，標準貫入擊數為5.4擊，粉質粘土④2，平均厚度3.4 m，標準貫入擊數2.8擊，圓礫層，平均厚度6.9 m，標準貫入擊數11.4擊，設計箱涵底標高位于強透水層圓礫層中，基坑開挖可能會引發“流土”現象，造成邊坡失穩，基坑工程安全等級屬于一級。根據場地水文地質條件，可利江常水位為70.80 m。過江段粉質粘土、粉細砂及圓礫層中賦存孔隙水，局部與可利江底直接接觸，主要補給來源為大氣降水垂向入滲和地表水入滲，含水層儲存空間大，補給來源充足，孔隙水水量豐富，且具有承壓性。

3深基坑防滲處理

3.1 圍堰施工

可利江倒虹吸過江段采用二次圍堰導流施工，首次圍堰樁號為K13+070～K13+230，共施工7個標準箱涵段，二次圍堰樁號為K13+200～K13+370，共施工8個標準箱涵段，詳見圖1。圍堰填料采用就近開挖的砂粘土、砂石土的混合料，圍堰填筑高度為3.1～3.5 m，頂面寬4.5 m，圍堰外邊坡為1：2，內邊坡為1：1.75，外側迎水面設粘土編織袋，厚60 cm，并設0.4 mm塑料薄膜防滲，內側設導流排水溝排水。

3.2 止水及降水措施

考慮到該圍堰范圍圓礫石層較厚，該層承壓水頭較高，現可利江常水位為70.80 m，基坑底面標高為63.90 m，水頭有6.9 m，即采用高壓擺噴灌漿（高壓二管法）對基坑隔水，布孔范圍沿整個圍堰中心線四周，封閉成環，注漿頂面應高于施工期內可能出現的最高水位，孔深至入泥巖不少于0.5 m，以形成隔水帷幕，為確保轉折孔和鄰孔板墻之間緊密連接，遇到轉折處，則改為高壓旋噴灌漿。

為防止汛期水位上漲，洪水過頂，結合以往施工經驗，圍堰頂標高取72.00 m（高于常水位1.2 m），根據地質資料顯示，初步確定孔底高程為57.00 m，因此孔深擬定為15 m，孔距擬定1.2m，實施時進行圍井實驗，確定實際參數。

降水在開挖至接近設計高程時，在基坑四角設1.5×1.5×1.5 m井坑，配備大功率水泵抽排，邊排水邊施工。

3.3 深基坑開挖

圍堰內基坑開挖深度約5 m，依據地質勘探成果，經邊坡穩定計算，基坑內邊坡采用1：3可達到安全穩定，因此邊坡開挖采取自然放坡方案。基坑開挖斷面詳見圖2。

在施工過程中根據基坑粘土邊坡自立性情況，確定是否采取2～3排木樁進行邊坡防護。

每倉基坑開挖長度不超過30 m，且需待上一個基坑區的構筑物施工完成后方可進行下個基坑作業。

4高壓擺噴灌漿（二管法）成墻原理

高壓噴射灌漿成墻原理是采用鉆機造孔，再把帶有噴頭的灌漿管下至地層預定的位置，用從噴嘴噴出的射流沖擊和破壞地層，當能量大、速度高、呈脈動狀態的射流動壓超過土體的強度時，土粒便從土體上剝落下來，一部分細小的土顆粒隨漿液冒出地面，其余土粒在射流的作用下，與同時灌入的漿液摻攪混合，隨著噴頭一面擺動一面提升，形成似啞鈴或扇形柱體的固結體，如圖3所示。多個啞鈴或扇形固結體互相搭接形成混凝土防滲墻，如圖4所示。

高壓擺噴灌漿二管法是利用雙通道的注漿管，通過在底部側面的同軸雙重噴嘴，同時噴射出高壓漿液和壓縮空氣，使兩種介質射流沖擊破壞土體。內噴嘴中的漿液噴射壓力一般為25～40 MPa，外圈環繞的高壓氣流壓力為0.6～0.8 MPa，在兩種介質的共同作用下，破壞土體的力量顯著增大，與單管法相比，在相同條件下，其形成凝結體的直徑和長度可增加1倍左右。

5技術參數

為保證防滲墻的工程質量，獲取合理的技術參數，在圍堰的中部進行了高壓擺噴灌漿試驗，具體方法是，選擇1.0 m孔距與1.2 m孔距對比，分別做圍井試驗，高噴灌漿結束7d后，在圍井內做注水試驗，以確定高噴墻滲透系數K值，28d后，在兩孔中間鉆孔取芯，以確定搭接情況及固結強度等指標，初步試驗結果表明，采用高壓擺噴折接結構，孔距1.2 m，成墻質量較好，既能滿足防滲墻最小厚度要求，又能滿足止水要求。

根據試驗段，確定的技術參數如下：孔距1.2 m，擺角30°，氣壓0.6～0.8 MPa，漿壓25～40 MPa，水泥漿密度1.6 g/cm3 （425#普通硅酸鹽水泥），返漿密度1.3～1.4 g/cm3，提升速度8～10 cm/min，擺頻8～10次/min。

6施工工藝

高壓擺噴灌漿施工采用兩序鉆孔灌漿，即先施工1序孔，等水泥漿液凝固后再進行第2序孔施工。工藝流程為：放線布孔 鉆機就位造孔 高噴臺車就位、試噴 下噴射管 噴漿、擺動、提升 孔口回灌 沖洗管路。

（1）放線布孔

用全站儀在圍堰軸線上精確放點，利用木樁和紅油漆做好標記，統一編號，區分開1序孔和2序孔，孔位偏差不得大于50 mm。

（2）鉆機就位造孔

鉆孔采用XY-2型地質鉆機，孔徑不小于150 mm，且大于噴射管外徑20 mm以上，正循環鉆進，泥漿護壁。

鉆機移至所鉆孔位后，應用水平尺和框式水平調整機身水平、立軸垂直，墊平、墊牢機架，反復測試，確保鉆孔偏斜率不超過1%。

由于噴嘴距噴管底端有一定距離，另外考慮孔底會有少量沉淀，因此鉆孔有效深度應超過設計墻底深度30 cm，鉆進時應詳細記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿、掉鉆等情況，以便高噴灌漿時針對不同的地層條件和孔內情況采取相應的技術措施。

（3）高噴臺車就位、試噴

重點調試和檢查高噴臺車提升、制動、油路、電路、擺動、換向等系統是否工作正常，必須先進行地面試噴，檢查機械及管路運行情況及各項技術參數是否正常，并調準噴射方向和擺動角度。

（4）下噴射管

將檢查和試噴符合要求的注漿管逐根連接下入孔底，為防止孔內護孔泥漿進入或堵死噴嘴，下孔前將噴嘴用膠帶包封密實，開始噴灌時高壓水可將膠帶沖開。

（5）噴漿、擺動、提升

按試驗段確定的氣壓、漿壓先進行原位噴射，先送水泥漿液，再送氣，待孔口返出漿液密度達到1.3 g/cm3后再按設計的提升速度由下至上持續擺噴作業，采用的噴射管長大于孔深，噴射管一次提升噴射完畢，保證了防滲墻的連續性。在高噴過程中，必須加強對各項技術參數的檢查、檢測，發現問題，及時處理。

（6）孔口回灌

高噴灌漿結束后，由于孔內的漿液發生析水、沉淀和凝固收縮，高噴凝結體的頂部會產生凹穴，需用水泥漿液及時回灌填補，直到漿液凝固后的高程滿足設計要求為止。

為節約水泥，減少水泥漿排放對環境的污染，宜收集“孔口回漿”灌注，但需將孔口回漿用篩網過濾，加入適量的水泥干料處理。

7特殊情況處理

（1）鉆孔時塌孔，表現為鉆進過程中，出現泥漿嚴重漏失，孔口不返漿。原因為鉆孔部位的地層中含砂或礫石較多，容易坍塌。處理方法：加大泥漿濃度或向孔內填充堵漏材料，直到孔口正常返漿后再繼續鉆進。

（2）高噴灌漿時，孔內嚴重漏漿，表現為注漿孔孔口出現不返漿或返漿量降低。原因是地層較疏松、空隙較大或存在通道。處理方法：當孔口不返漿時，應立即停止提升，孔口少量返漿時，降低提升速度，根據實際情況加大漿液密度或向孔內填入砂、土等堵漏材料，待孔口返漿正常后，再正常提升噴桿。

（3）高噴灌漿時，發生串漿，表現為漿液從相臨孔口返出。原因是鉆孔在地下有通道相通。處理方法：立即停止噴射提升，用粘土填堵串漿口，待孔口不在出現串漿現象時，再繼續進行高噴作業，高噴灌漿結束后，應盡快對串漿孔復鉆至設計高程。

（4）高噴灌漿時，中斷噴漿。原因是機械故障、突然停電等意外因素。處理方法：應及時查明原因，盡快恢復施工，中斷時間小于30 min時，復噴搭接長度不得小于0.2 m，中斷時間大于30 min時，復噴搭接長度不得小于0.5 m，以保證連續性和可靠性。

（5）鉆孔時，遇到特大孤石，造成噴射灌漿不能形成搭接連續墻，此時，應在孤石兩側補孔噴射灌漿形成連續墻，如圖5。

8深基坑開挖止水成果

采用圍井法檢驗高壓擺噴墻體的防滲性能，以被檢查的高噴墻段為一邊，在其一側用同樣的方法構筑封閉形井狀結構物， 7d 后，在井內中心鉆孔進行注（抽）水試驗，鉆孔孔徑應大一些，并應深至圍井底部（不超過井深），全孔應下入過濾花管，通過在透水層中進行的圍井注水試驗，計算得出高噴墻滲透系數K值小于1.0×10-5cm/s，滿足設計要求。

在基坑開挖時發現局部有滲流現象，但滲流量很小，通過集水井抽水排出即可，不影響基坑內正常施工，防滲效果達到了預期的結果。

9結語

高壓擺噴灌漿技術在可利江倒虹吸深基坑開挖中得到了很好的應用，它具有成墻厚度小、防滲效果好、不需要開挖、施工速度快、工程造價適中等優點，與其他工法相比，具有明顯的技術和經濟效益優勢。

參考文獻：

[1] DL/T 5200-2004，水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范。

[2] SL 174-96，水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范。