高壓旋噴樁垂直防滲下部開叉問題的解決措施探討

龐賀全

(廣東有象工程勘察設計咨詢有限公司，廣東 清遠 511500)

高壓旋噴樁作為高壓噴射灌漿技術的一種，自20世紀70年代引進我國。除應用于地基加固外，在水利工程中更主要應用于防滲工程。多年來，在各種規模的水工建筑物中，在復雜多樣的地質條件下，建成了大量的高噴灌漿防滲墻，積累了豐富的經驗。

1 工程概況

新村水庫位于廣東省河源市龍川縣，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電及養殖等綜合利用的中型工程。水庫主要建筑物由主壩、三座副壩、溢洪道、輸水涵管及壩后電站組成。水庫主壩、1#副壩、2#副壩及3#副壩均為均質土壩。

1.1 主壩

主壩最大壩高25.35m，壩頂高程為235.70m，壩軸線長226.45m，壩頂路面為混凝土路面，寬5.0m(包括防浪墻寬0.4m)。

1.2 1#副壩

1#副壩位于主壩右側約100m處，最大壩高18.15m，壩頂高程為235.75m，壩軸線長113.22m，壩頂路面為混凝土路面，寬5.0m(包括防浪墻寬0.4m)。

1.3 2#副壩

2#副壩位于主壩右側約660m處，最大壩高14.98m，壩頂高程為235.37m，壩軸線長57.00m，壩頂路面為混凝土路面，寬5.0m(包括防浪墻寬0.4m)。

1.4 3#副壩

位于1#副壩和2#副壩之間，最大壩高4.85m，壩軸線長17.81m，壩頂高程236.12m，壩頂為泥結石路面，寬6.30-7.50m(無防浪墻)。

2 存在問題及解決辦法

主壩壩體后壩坡坡腳存在兩處滲漏通道，1#副壩背坡壩腳處存在滲漏通道，在高水位運行時，出水量明顯增加，因此認為主壩和1#副壩壩體滲流狀態是不安全的。根據地勘部門提供的勘測資料表明，主壩、1#副壩及2#副壩壩體及壩基存在多處中等透水層，滲透系數已大于1×10-4cm/s，且主壩左壩肩有一處滲透系數已達到1.52×10-3cm/s，均不滿足：滲透系數均質壩≤1×10-4cm/s，壩體與壩基均存在滲漏問題[1]。

因主壩、1#副壩和2#副壩部分斷面存在滲流破壞危險，需對主壩、1#副壩及2#副壩壩體進行防滲處理。3#副壩場踏勘時未發現背坡濕坡及壩腳滲透通道，3#壩體迎水坡壩腳高程231.50m高于正常蓄水位231.25m，故本次工程對3#副壩不進行防滲處理，不再詳述。

3 高壓旋噴樁防滲墻方案設計

3.1 方案設計

主壩、1#副壩和2#副壩壩體截滲方案設計：采用雙管法高壓旋噴樁對壩體進行防滲設計。高壓噴射灌漿處理范圍：主壩、1#副壩和2#副壩壩體左壩肩至右壩肩，處理深度從壩頂至巖基下≥1m。

3.2 防滲墻厚度確定

高噴防滲墻設計厚度計算公式如下：

(1)

式中：T為防滲墻設計厚度，m；H為作用于防滲墻的最大設計水頭，m；J為防滲墻允許滲透比降，取80。

經計算，防滲墻厚度主壩為0.292m，1#副壩為0.24m，2#副壩為0.19m[2]。

3.3 高壓旋噴樁布置

高壓旋噴樁采用雙管法，直徑0.80m，樁中心距0.45m。

主壩：樁頂高程234.50m，樁底深入基巖以下≥1m。其中234.50m-224.00m段采用單排布置，224.00m以下段采用雙排布置，排距0.70m。總計1106根，總長度15140m。主壩高壓旋噴樁防滲斷面圖見圖1。

1#副壩：樁頂高程234.50m，樁底深入基巖以下≥1m。其中234.50m-224.00m段采用單排布置，224.00m以下段采用雙排布置，排距0.70m。總計399根，總長度3991m。1#副壩高壓旋噴樁防滲斷面圖見圖2。

2#副壩：樁頂高程234.50m，樁底深入基巖下≥1m。采用單排布置，總計179根，總長度1353m。2#副壩高壓旋噴樁防滲斷面圖見圖3。

圖1 主壩高壓旋噴樁防滲斷面圖

圖2 1#副壩高壓旋噴樁防滲斷面圖

圖3 2#副壩高壓旋噴樁防滲斷面圖

3.4 技術指標

墻體、鉆孔、樁體、灌漿材料和施工參數按現行規范。

4 高壓旋噴樁的防滲原理

高壓旋噴樁的防滲原理是相鄰樁柱套接形成一面防滲墻。底部深入基巖或相對不透水層，兩側延伸至左右壩肩，頂部與其它防滲體相連或延伸至壩頂，從而形成封閉的防滲體。單排、雙排和三排旋噴套接圖見下圖。

圖4 單排、雙排和三排旋噴套接圖

5 解決下部開叉的問題的措施

5.1 下部開叉的原因分析

下部開叉的原因主要有：鉆孔深度、鉆孔垂直度、樁位偏差和樁徑偏差。由于實際施工過程中不可避免存在樁位偏差、樁徑偏差和鉆孔垂直度等不利因素，尤其鉆孔垂直度的因素不可忽視，隨著孔深增加，下部開叉問題會越來越嚴重。

5.2 解決下部開叉問題的設計措施

5.2.1 設計措施一：減小鉆孔深度

高噴防滲墻軸線設置于上游馬道處，高壓旋噴樁頂部至壩頂段采用土工膜防滲，土工膜與高壓旋噴樁頂部采用混凝土現澆埋壓，底部深入基巖或相對不透水層，兩側延伸至左右壩肩，形成封閉的防滲體。該方案可以減小鉆孔一半左右高度，能夠顯著降低下部開叉問題。由于文章案例上游壩坡、兩側壩肩及施工等因素不適宜未采納該措施。

5.2.2 設計措施二：增加防滲墻厚度

防滲墻需要滿足一定的厚度才能達到防滲的效果，故增加高噴防滲墻的厚度來滿足防滲需要，具體措施為：增加樁徑、減小間距和增加排數。當防滲墻厚度較大時，旋噴樁直徑可在允許范圍內盡量取大值，旋噴樁直徑表見表1。當單排高壓旋噴樁調整樁徑和間距不能滿足要求時，可增高壓旋噴樁加排數。深度20-30m時，可采用單排或雙排旋噴套接形式；當深度>30m時，宜采用兩排或三排旋噴套接形式[3]。

5.2.3 解決下部開叉問題的施工措施

1)施工措施一：減小樁位偏差。

先放樣防滲軸線，軸線需用拉線標記或劃線標記；再放樣孔位，孔位需用木樁等進行標記，鉆孔位置用鋼尺量，允許偏差≤50mm。施工放樣后監理進行檢測，合格后方可進行下一步施工。樁位檢驗為開挖后樁頂下500mm處用鋼尺量，樁位允許偏差≤0.2D。

表1 旋噴樁直徑表 m

2)施工措施二：減小樁徑偏差。

試樁確定樁徑等指標參數，采用不同的灌漿材料、水灰比、灌漿壓力、提升速度、旋轉速度等多組數據，對比確定最終施工參數。樁徑用鋼尺量，允許偏差≥-50mm。

3)施工措施三：減小鉆孔垂直度偏差。

鉆孔垂直度允許偏差≤1%，用經緯儀測鉆桿。鉆孔過程中，可同時用水平尺及時測量鉆桿避免誤差過大[4]。

6 結 語

防滲工程能否成功，關鍵在于防滲系統封閉。上文以高噴防滲墻為例，分析確定了高壓旋噴樁垂直防滲設計方案。同時，歸納總結了高噴防滲墻解決下部開叉問題，設計和施工兩方面五類措施，希望為做好水利工程垂直防滲提供借鑒。