高噴灌漿在城市堤防基礎(chǔ)防滲加固中的應(yīng)用

何文浩 紀(jì)媛 郝凌穎

（無錫市水利設(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇無錫 214023）

1 工程背景及技術(shù)簡介

京杭運(yùn)河（無錫段）斜貫無錫市，屬三級航道，堤防屬一級堤防。河道駁岸為多次加固加高而成，工程所在地段堤后地勢較低，平均地面高層在4.0～4.5m（吳淞高程系，下同）。而每年汛期水位均能達(dá)到5.0m。每到汛期，問題不斷，河水透過駁岸地基不斷發(fā)生管涌險(xiǎn)情。為消除堤防管涌隱患，針對本工程實(shí)際情況。通過多方案比選，最終選定采用高噴灌漿對該段堤防地基進(jìn)行防滲加固處理。

高壓噴射（簡稱“高噴”）灌漿法是采用靜壓注漿法是利用射流作用切割摻攪地層，改變原地層的結(jié)構(gòu)和組成，同時(shí)灌入水泥漿或混合漿形成凝結(jié)體，以達(dá)到加固地基和防滲的目的。主要用于建筑地基加固以及大壩、堤防等地基防滲工程。高壓旋噴灌漿是利用鉆機(jī)造孔，把帶有噴頭的灌漿管下至土層的預(yù)訂位置，以高壓漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層，土粒從土體上剝落下來后，一部分細(xì)小土粒隨著漿液冒出地面，其余部分與灌入的漿液混合摻攪，在土體中形成凝結(jié)體。

該工法在國內(nèi)屬成熟工藝，有一整套較為完善的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)。在灌漿量能夠保證的前提下，工程質(zhì)量能得到充分的保證。本工程漿液采用1：1普通硅酸鹽水泥漿。

圖1 高噴灌漿示意圖

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 灌漿孔位平面布置及孔深

通過實(shí)地地質(zhì)勘察及該段堤防駁岸多次加固資料，確定地下高噴防滲體布置與駁岸后方距離駁岸1.5m布置。該駁岸后方為一條平均寬度5m的馬路，人行便道寬3m，緊貼駁岸擋墻，灌漿孔位布置與人行便道內(nèi)，便于工程施工。

該工程場地地層簡述如下：

1層雜填土：結(jié)構(gòu)松散。平均厚度2.98m；平均層底標(biāo)高1.19m。

2層重粉質(zhì)壤土：平均厚度3.50m；平均層底標(biāo)高-2.07m。

2-1層輕粉質(zhì)壤土：平均厚度：5.60m；平均層底標(biāo)高-5.15m。

3層中粉質(zhì)壤土：平均厚度2.90m；平均層底標(biāo)高-5.74m。

4層砂壤土：平均厚度5.18m；平均層底標(biāo)高-10.91m。

5層中粉質(zhì)壤土，該層未鉆透。

其中：2-1層輕粉質(zhì)壤土為局部堤段存在。最終確定高噴灌漿孔底標(biāo)高-2.0m，孔底標(biāo)高低于駁岸基礎(chǔ)底標(biāo)高1.20m，低于河底標(biāo)高-1.0～0.0m。平均孔深6m。局部堤段孔深加大。該深度既能滿足防滲體進(jìn)入相對不透水層的要求，也覆蓋了該段堤防駁岸可能出現(xiàn)管涌通道的范圍。滿足延長滲徑，提高整體滲透穩(wěn)定以及充填管涌通道的設(shè)計(jì)要求。

2.2 孔距的及排數(shù)確定

涉及到工程對成墻的要求、地層情況、設(shè)計(jì)選用的結(jié)構(gòu)形式以及施工參數(shù)選定的工藝等多方面的因素，宜通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)或工程類比確定。本工程工期較緊，設(shè)計(jì)周期較短，設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)相關(guān)地質(zhì)勘察資料及其他類似工程確定，施工前做灌漿試驗(yàn)最終確定施工參數(shù)。本工程地下防滲體承壓水頭不大（1.50m左右），綜合現(xiàn)場施工條件，選擇一排孔，雙管法旋噴套接成墻，兩序法施工。由于1層雜填土結(jié)構(gòu)松散，平均標(biāo)貫為2擊，2層重粉質(zhì)壤土平均標(biāo)貫9擊。依照類似工程經(jīng)驗(yàn)，初步選定旋噴樁的有效樁徑1.20m，孔距0.80m，搭接長度不小于0.30m?？紤]一定的施工誤差及孔斜率，最終確定有效成墻厚度不小于0.80m。防滲體滲透系數(shù)達(dá)到 i×10-6cm/s（i：1～9），工程完工后，能夠滿足防滲要求。由于該工程屬既有工程防滲加固，且后期上部沒有超載，故對防滲體強(qiáng)度不作限制。

2.3 用漿量計(jì)算

用漿量估算采用體積法計(jì)算，公式如下：

式中：D——有效樁徑1.15m；

H——設(shè)計(jì)孔深6.0m；

α——混合系數(shù)，本工程取0.6；

β——損失系數(shù)，本工程取值0.1。

相關(guān)參數(shù)帶入計(jì)算得每孔灌漿量Q=4.11m3。

2.4 灌漿參數(shù)確定

由于本工程設(shè)計(jì)階段未做灌漿試驗(yàn)，相關(guān)參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)類比其他類似工程選取。具體施工參數(shù)施工階段確定。為保證水泥漿灌入量，初步選定壓縮空氣氣壓0.7MPa，進(jìn)氣量1～3m3/min；水泥漿漿壓30MPa，進(jìn)漿量50～200L/min；提升速度 5～10cm/min；旋轉(zhuǎn)速度 10～20r/min；噴嘴直徑2.0mm。

3 工程施工

該工程要求必須汛前完成，工期比較緊張，施工單位最終選取鉆噴一體化機(jī)械連續(xù)施工。施工順序如下：測量定孔、機(jī)具就位、鉆孔、噴射灌漿提升、靜壓回灌、管路沖洗。

施工初期，由于施工單位對水利工程旋噴灌漿技術(shù)理解不夠，采取的施工工藝不夠準(zhǔn)確，鉆成孔與噴漿管級差不夠，導(dǎo)致局部堤段孔口堵塞，返漿不暢，出現(xiàn)抬土現(xiàn)象。為減輕抬土現(xiàn)象，施工方加大了提升速度。最終導(dǎo)致該段水泥漿灌入量不足。經(jīng)鉆孔、開挖檢查，該段出現(xiàn)上部松散雜填土層水泥漿充盈度不夠，2層重粉質(zhì)壤土層城墻質(zhì)量尚可。

針對工程初期出現(xiàn)的問題，對施工工藝，灌漿參數(shù)等做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最終確定施工參數(shù)如下：2層粉質(zhì)壤土層灌漿壓力30MPa，提升速度5cm/min，旋轉(zhuǎn)速度5r/min；1層雜填土層灌漿壓力分級降低，由30MPa逐漸降低至20MPa，提升速度由5cm/min緩慢提升至10cm/min，旋轉(zhuǎn)速度5r/min。壓縮空氣壓力始終保持0.7MPa。及時(shí)清理孔口返漿，防止堵塞返漿通道。調(diào)整后，每孔平均灌漿量達(dá)70L/m，地面無明顯抬動(dòng)。

對于初始階段灌漿量不足的孔位進(jìn)行復(fù)噴。由于復(fù)噴間隔時(shí)間較長，在原孔位復(fù)噴施工難度較大，最終旋轉(zhuǎn)在已噴相鄰孔位中間選點(diǎn)進(jìn)行重新鉆孔旋噴灌漿。

施工完畢后，經(jīng)現(xiàn)場注水試驗(yàn)及試塊室內(nèi)試驗(yàn)，高噴形成的地下防滲體滲透系數(shù)達(dá)到i×10-6cm/s，滿足設(shè)計(jì)防滲要求。

4 結(jié)語

根據(jù)事前充分的地質(zhì)探查，在設(shè)計(jì)階段采用好適應(yīng)的灌漿參數(shù)，明確具體灌漿量、灌漿孔距、排數(shù)和正確的施工工藝，均是保證工程順利進(jìn)行的前提。嚴(yán)格認(rèn)真的施工過程控制決定了工程的最終質(zhì)量。在灌漿量得到保證的前提下，工程質(zhì)量是完全可靠的。經(jīng)施工完畢進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)已能滿足防滲要求，歷經(jīng)汛期高水位檢驗(yàn)，堤后管涌滲透情況明顯消除，完全達(dá)到了堤防地基防滲加固的目的。