淺議高壓噴射灌漿技術的應用

張光莉

（廣州市水務規劃勘測設計研究院　廣東　廣州　510640）

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淺議高壓噴射灌漿技術的應用

張光莉

（廣州市水務規劃勘測設計研究院廣東廣州510640）

摘要該文結合工程實例，通過對堤岸進行整體穩定及滲流穩定計算，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在堤防除險加固工程中的應用。根據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，且經濟合理、技術可行。

關鍵詞高壓噴射灌漿；堤防；防滲；應用

1　高壓噴射灌漿技術及特點

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境和水質造成污染，成本較低，施工速度較快，固結體強度大，可靠性高，施工噪音小。

2　高壓噴射灌漿應用實例

高壓噴射灌漿在工程設計中廣泛應用，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用，為以后類似的除險加固工程設計提供借鑒。

2.1工程現狀情況概述

本工程位于廣州市從化區。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，部分堤岸出現滲透、管涌，甚至滑坡，嚴重威脅區域人民生命財產安全，必須除險加固整治。

2.2工程加固方案設計

本次除險加固范圍內的堤段根據堤防勘察鉆孔揭露，堤身填土層大部分由粘性土、碎石及砂土構成，堤身結構復雜多樣；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，會發生滲透破壞現象。下面通過對堤岸進行整體穩定計算及滲流穩定計算進行分析判斷。

（1）堤岸整體穩定計算

整體穩定計算采用中國水利科學院的邊坡穩定分析程序STAB2009，應用瑞典法進行計算。選取發生險情堤段的兩個典型斷面，根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）中的相關規定，土堤整體穩定計算可分為正常工況和非正常工況。

正常工況：

工況1：設計洪水位驟降期的臨水側堤坡（堤頂荷載10kN/m2）；

工況2：設計洪水位下的穩定滲流期或不穩定滲流期的背水側堤坡（堤頂荷載10kN/m2）。

非正常工況：

工況3：施工期臨水側堤坡（堤頂荷載20 kN/m2）。

其中工況1和工況2整體穩定允許安全系數K為1.25，工況3整體穩定允許安全系數K為1.15。

根據地質勘察結果可知典型斷面圖所在堤段的土層及物理參數情況。斷面圖一位置土層分別為填土層（C=9.9kPa，φ=20°）、粉質粘土層（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°）、粉質粘土層（C=21.8kPa，φ=9.4°）。

采用以上所選斷面、工況、土層及參數，對堤防進行整體穩定計算，計算結果為：

表1.1　滲流穩定計算成果表

圖1　標準斷面圖一

從結果可知：三種工況中，斷面圖一、斷面圖二堤岸邊坡穩定系數均大于允許穩定系數，則現狀堤岸整體穩定滿足規范要求。

圖2　標準斷面圖二

表1.2　滲流穩定復核計算成果表

（2）堤岸滲流穩定計算

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定計算分析。選取發生險情堤段的兩個典型斷面，根據《堤防工程設計規范》（GB50286.2013）要求，并結合本工程實際情況，滲流分析計算以下水位組合：①外江水位為設計洪水位、堤內無水；②外江水位為設計洪水位，堤內為相應水位；③設計洪水位驟降時對臨水側堤坡穩定最不利的情況。

根據地質勘察結果可知典型斷面所在堤段的土層的滲透系數分別為：斷面圖一位置土層分別為粉質粘土層（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）、粉質粘土層（k=3.93×10-7cm/s）。

采用以上所選斷面、工況、土層及參數，對堤防進行滲流計算，計算滲透比降結果如表所示。

計算結果顯示，水位組合①情況下計算出逸比降大于允許出逸比降0.40，不滿足滲流穩定要求，需要對堤基進行防滲加固處理。

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，施工質量難保障。

2）防滲墻法：可對堤防進行垂直防滲處理，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，固結體強度大，可靠性高，不污染環境，施工噪音小，成本較低，處理效果好；擺噴法造價高，施工工藝復雜，處理效果不明顯，且此種方法的施工機械較少；定噴法應用很少。

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。

根據以上比較和險段現狀情況，考慮到技術可實施性，最終選擇高壓噴射注漿法中旋噴法處理險段的滲透問題。根據工程需要和地質條件，為了不對堤頂造成破壞及節省投資，本次除險加固在臨水側坡面處，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，旋轉速度約20r/min，成樁直徑為60cm。其加固質量好，施工速度快和成本低。對被破壞的草皮護坡和路緣磚按原樣進行修復。處理方案如圖所示。

2.3加固后堤基滲流穩定復核計算

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定進行復核計算。根據《堤防工程設計規范》（GB50286.2013）要求，并結合本工程實際情況，對上述堤岸滲流穩定計算斷面中不滿足滲流穩定要求的水位組合進行復核計算。滲流分析計算水位組合：水位組合①外江水位為設計洪水位、堤內無水。

計算結果顯示，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，滿足滲流穩定要求。

2.4加固方案與環境協調性

本工程建成后可以避免堤內洪澇災害問題的發生，保障區域經濟持續穩步發展，同時恢復了原有的景觀綠化效果。本次除險加固方案設計充分考慮了與環境的協調性，具體表現在以下方面：

（1）工程加固方案綜合考慮各個方面，選擇經濟合理、可實施、對環境無污染的方案。部分護坡修復段結合堤岸現狀進行設計，與原有護坡協調統一。現狀堤岸以綠化景觀為主為其他生物生存休憩場地，在一定范圍內設置相關設施，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一。

（2）節能減排方面

本方案充分結合現狀，使方案符合大的建設環境，運用先進的理念及方法使工程建設達到節能，低碳的目的。主要體現在以下方面：

1）工程設計中，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，減少外購及棄運土。

2）在施工組織設計中選用主要施工機械均為較先進的設備，能耗較低。優化施工器械的使用次數。

3）采用低碳環保及可回收的產品及材料，減少環境的二次污染。

3　結語

本例工程在設計過程中力求方案整體安全合理，施工簡單，積極響應國家創建節約型社會，盡可能降低工程建設造價，節約投資，讓工程發揮更大的工程效益，做到技術可靠性、實施操作性及合理性的統一。

本例證明了高壓噴射灌漿技術在堤身（堤基）防滲處理方面的應用，可以達到防滲的效果。高壓噴射灌漿法施工方便、施工質量可以保障，而且對環境無污染，正符合現代城市發展的指標“節約、生態、環保”。陜西水利

參考文獻

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

[2] GB50286.2013《堤防工程設計規范》[S].北京：中國計劃出版社，2013.

（責任編輯：李蕊）

中圖分類號：TU753

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