三重管高壓擺噴技術在基礎防滲中的應用

孫士洪

據不完全統計當前國內有各類型攔河壩超過2.5萬座，這些攔河壩在地區防洪、供水、農業灌溉、水產養殖等方面有著不可替代作用。壩基滲漏是影響壩體安全的主要因素。因此，做好壩基防滲是攔河壩工程成敗的關鍵。三重管高壓擺噴法作為壩基加固防滲的技術之一，在潮白河橡膠壩工程中得到了很好的應用。

1 工程概況

潮白河橡膠壩工程位于日照市五蓮縣潮河鎮境內，攔蓄工程橡膠壩全長212.0 m，共3節，每節凈長70.0 m，設計壩高3.5 m，庫容45.0萬m3。工程主要內容包括橡膠壩和沖排水泵站、壩基防滲墻、消力池、防沖槽等，總投資約2 000萬元。經現場地質勘查，該壩址地質為砂性土，其滲透性較強，在壩基透水層段內設置一道防滲墻是最為經濟有效的措施。

2 三重管高壓擺噴原理

高壓擺噴連續墻具有施工方便、適應性強、質量可靠等諸多優點，可適用于淤泥、粉土、砂土等多種地層。根據施工工藝不同，高壓擺噴樁技術可分為單管、二重管、三重管，其中三重管法應用最廣泛。

三重管法是通過三重管使高壓水和空氣同時橫向噴射，沖蝕切割土體，借空氣和水的上升將破碎的土漿托舉排出；另外，第三個噴孔將水泥漿以較低壓力同軸噴射，注入到被切割出來的空隙中并固結成柱（墻），達到加固土體，阻斷地下水流的目的。

3 三重管高壓擺噴技術設計及施工工藝

3.1 工程地質條件分析

經過實地勘察，該項目壩基整平后，其地層自上而下可分為三層：中砂層、粗砂層、礫砂層，其物理力學指標如表1所示。在中砂層中局部夾雜沙壤土，粗砂及礫砂中卵石含量約為30%左右，粒徑在 50～80 mm。

3.2 三重管高壓擺噴技術設計分析

1）鉆孔布置形式及孔距設計。鉆孔布置形式及孔距設計對防滲墻質量及工程投資有著直接影響。結合理論計算及現場試驗，鉆孔分為一序孔和二序孔，設計孔距為1.0 m，孔徑0.15 m，擺動角度為30°，連接角度130°，孔深要求深入穩定基巖層不少于0.2 m，布置雙排鉆孔，在施工時可根據具體地質條件進行必要調整。

2）施工參數的確定。水、空氣、水泥漿的壓力及流量設計直接關系到施工質量，在設計時需要考慮以下問題：①增加噴水量及水壓可增加固結體厚度，但泥漿也會有被稀釋；②壓縮空氣可保護水束不分散從而增加切割長度。一般壩基地層土顆粒越大，鉆孔越深，輸氣量及壓力宜越大；③水泥漿稠度及壓力要控制好，輸漿量需根據試驗確定；④提升速度過快會影響墻體穩定，提升太慢造成水泥漿浪費。

水壓F可根據公式（3-1）計算，其他計算公式省略。結合現場試驗，確定本項目水壓力35～40 MPa，流量 80 L/min；氣壓力 0.7～0.8 MPa，氣量120 L/min；漿壓力 0.2～0.6 MPa，流量 80L/min；提升速度為20～30 cm/min。

式中：ρ 為密度，kg/m3；Q 為噴射流量，m3/s；V為噴水速度，m/s。

3）灌漿材料設計。根據工程要求不同，噴漿材料可分為普通型、早凝型、高強型、填充型、抗凍型等，由于本項目無特殊要求，因此采用普通型即可。水泥型號為P·O42.5，單管法水灰比為1∶1～1.5∶1；二管法為 0.8～1.0∶1；三管法為 0.7～1.0∶1。本項目為三管法，水灰比采用0.8∶1。

3.3 三重管高壓擺噴技術施工工藝分析

三重管高壓擺噴技術的主要施工流程為：鉆孔→插管→高壓擺噴→檢驗等。本項目應用的主要施工機具有：XY-2型（300型）地質鉆機、高壓泵、注漿管、JS1000和JS750強制式制漿機等，下面根據施工流程進行詳細分析。

1）鉆孔。首先對防滲墻軸線、孔位和孔口高程進行測量放樣，標明鉆孔序號和孔號。開孔位置與設計位置偏差≤5 cm，孔斜率≤1%，若因故必須調整鉆孔位置，需嚴格履行變更程序。在鉆進中若出現泥漿嚴重漏失、孔口不返漿時，可采取加大泥漿濃度、泥漿中摻砂或填充堵漏材料等措施，直至孔口返漿后再繼續鉆進。現場技術員應實時記錄孔位、孔深、地層變化和漏漿、塌孔等特殊情況。鉆孔暫停或終孔待噴時，應做好孔口加蓋保護；若時間較長，應采取措施防止塌孔。

2）高壓擺噴。本項目先灌注一序孔，再灌注二序孔，且相鄰孔高噴灌漿間隔時間不宜少于24 h。下噴射管前，應進行地面試噴并調整噴射方向。當噴頭下至設計深度時，應先按確定的施工參數送漿、水、氣進行靜噴，待漿液返出孔口、情況正常后方可開始噴漿。高壓擺噴采用“全孔連續”作業，每當拆卸噴射管后，應進行復噴，其長度不小于0.2 m。

3）防滲墻質檢。本項目要求擺噴墻體有效厚度不小于20.0 cm。最小墻厚不小于12.0 cm。具體參數如下：抗壓強度：R28≧4.0 MPa；墻體滲透系數 K＜i×10-6cm/s（1＜i＜10）；允許滲透比降：〔J〕＞60。圍井試驗宜在噴漿結束7d后進行；墻體鉆孔檢查宜在該部位完成高噴28d后進行。

3.4 異常施工情況處理

1）在供漿正常情況下，孔口回漿密度小且不能滿足設計要求時，應加大進漿密度或進漿量。在富水層，應當減少風量或降低風壓；

2）若發生串漿，應填堵被串孔，待灌漿孔高噴結束后，應盡快進行被串孔的掃孔、噴漿或繼續鉆進；

3）現場需有備用設備，保證高噴作業能連續進行。高噴灌漿因故中斷恢復施工時，應進行復噴，復噴深度不小于0.5 m。

4 結語

三重管高壓擺噴技術具有施工速度快、固結強度大、綜合成本小、防滲效果好等諸多優點，目前配套設備及工藝非常成熟，使施工質量有很大保證。白潮河橡膠壩壩基經該技術處理后，其防滲性達到設計要求，壩體運行多年后結構穩定，相對于其他防滲技術節約成本30%以上，取得了較好的經濟和社會效益。

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