圍井檢測在晉陽湖南擴湖防滲墻的應用

袁向宇

(山西省水利水電勘測設計研究院有限公司，山西 太原 030024)

1 工程概況

太原市晉陽湖景區建設南擴湖及排水工程項目建設地點位于太原市南端金勝鎮南阜村。晉陽湖是原太原市第一發電廠的冷卻水來源地，是一座由人工筑堤而成的淺型水庫，湖水由汾河西干渠引入，為內陸水體，屬于“旁引水庫”。本次景區建設南擴湖工程將新增湖面面積約53萬m2。工程建設目的是把原水庫改造成集人文、旅游、生態保護、水土保持為一體的大型市內公園。該建設工程主要內容為太原市晉陽湖的南擴湖區和原湖區西北角沙灘浴場的防滲墻施工，其中南擴湖區的主要工程內容有：4.6 km防滲墻、4.3 km湖岸大堤、3.7 km湖島護岸、新建南擴湖區的開挖、原晉陽湖區排水、新建退水箱涵及鋼壩閘水工建筑物等工程。

2 防滲墻施工方式的選擇

2.1 確定防滲墻施工方式的依據

在南擴湖區新建大堤上進行防滲墻施工與原湖區防滲墻進行搭接，形成新、舊湖區防滲墻工程的閉合，有效防止湖區水土流失。首先在新建大堤的軸線上間隔50 m進行先導孔勘探施工；其次根據勘探獲取的鉆芯土樣確定該施工區域的地質情況并結合設計文件，確定出該施工范圍的相對隔水層并確定相對隔水層的位置高程；最后依據防滲墻深度須深入相對隔水層1 m的設計要求，確定出防滲墻的底高程。

2.2 防滲墻施工方式的選擇

通過對獲取的鉆芯取樣地質結構分析，本工程針對不同的地質結構施工范圍采用了高壓旋噴防滲墻、高壓定噴防滲墻、水泥土攪拌樁防滲墻三種施工方式。首先：針對晉陽湖西北角處沙灘浴場的地質勘探情況及相對隔水層的深度，確定在該施工區域采用高壓旋噴樁進行防滲墻施工；其次：在新建大堤的相對隔水層深度超過20 m的區域采用高壓定噴進行施工；最后：在剩余的防滲墻施工區域根據地質情況采用水泥土攪拌樁施工。防滲墻各施工段采用高壓旋噴樁進行搭接。

3 高噴防滲墻的施工方法

3.1 高噴防滲墻施工參數的確定

高壓定噴防滲墻施工前，依據施工方提交的《高壓灌漿定噴試驗方案》進行成墻試驗。試驗選取在高噴灌漿設計軸線外側的背水面處，共設置1～5號5個定噴孔，其中：1號～2號孔間距1.5 m，2號～3號孔間距1.2 m，3號～4號孔間距1.2 m，4號～5號孔間距1.0 m三種布置方式進行高噴墻搭接試驗。試驗完成后通過對試驗段墻體進行開挖觀察測量，查看墻體是否能夠有效搭接、成墻厚度是否滿足設計要求。在水壓、氣壓、漿壓、流量相同的條件下，其中孔距為1.5 m時墻體不能搭接；孔距為1.2 m時墻體滿足設計要求；孔距為1.0 m時，也能滿足設計要求。最終確定防滲墻施工的孔距為1.2 m以及其他的施工技術參數。依據施工技術參數在樁號1+194～樁號1+204.8處設計軸線處設置10個孔進行高壓灌漿生產性試驗并做圍井檢測。

技術參數表1。

表1 高壓定噴灌漿技術參數

3.2 高噴防滲墻施工方法

經過防滲墻的《高噴灌漿定噴試驗方案》《高噴灌漿定噴成果報告》以及高噴灌漿定噴生產系您，確定高壓定噴防滲墻圍井試驗施工采用孔距1.2 m、噴角30度三管法分兩序進行施工。

(1)鉆孔

鉆孔的有效深度超過設計墻底深度0.3 m，高噴灌漿鉆孔使用Φ108 mm復合片鉆頭開孔鉆進。在開鉆前調整鉆機支座，確保支座平穩可靠無側傾，使用水平儀測量保證鉆桿的垂直度，鉆進過程中確保鉆孔孔斜控制在不大于1.0%。

(2)高噴施工

先在地面上對噴射管進行低壓射水試驗，檢查噴咀是否暢通。鉆孔完成后拔出鉆桿，放入噴射管至設計深度并調整噴射角度按照技術參數進行噴漿施工。

噴射過程中如出現故障停噴，處理超過20 min時，為保證防滲墻體質量，將噴管下伸插入已完成的墻體0.5 m重新開始噴漿施工。

(3)靜壓灌漿

避免出現塌孔現象，保證防滲墻體的密實性和連結性，及時用下一個孔的回漿向孔內注入漿液，將其回填飽滿直至不再下沉為止。

4 圍井的形狀布置及試驗

依據《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范》(DL/T 5200-2004)的10.1.6規定，在防滲墻施工結束7 d后并且圍井的防滲墻體形成一定強度后進行圍井檢測。圍井檢測目的是通過計算得出的滲透系數，進一步驗證防滲墻的完整性，以保證防滲墻的施工能夠滿足質量要求。選取樁號F1+197 m處的高壓定噴防滲墻施工段的圍井檢測進行舉例說明。

4.1 防滲墻圍井形式的確定

圍井試驗的成墻方法、參數與高壓定噴防滲墻的施工一致。依據《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范》(DL/T 5200-2004)中10.1.4第3條的要求，本工程中的高噴灌漿圍井采用六邊形布置，各面墻體軸線圍成的六邊形平面面積為4.548 m2。其中A、B、C，D號孔為防滲墻施工軸線高噴孔，A′、B′、C′、D′號孔布置在軸線下游為試驗高噴圍井孔，圍井試驗孔完成后，在六邊形圍井的中心位置鉆孔做為試驗注水孔。鉆孔徑Φ110 mm、孔口高程775.1 m、地下水位773.5 m、試驗段頂高程775.1 m、圍井周邊高噴墻軸線長度7.96 m、試驗段底高程750.3 m、試驗段深度24.8 m。

具體見圖1。

圖1 圍井布置形式圖

4.2 試驗方法

因新建湖區內的地下水位高，周圍土壤的水分飽和程度高，圍井試驗采用注水法進行。在圍井中心處鉆孔，注水孔鉆孔深入相對隔水層0.5 m左右，注水孔鉆孔完成后放入PVC管或鋼管，持續向孔內注水使圍井內土層保持水飽和狀態。見圖2。

圖2 圍井注水示意圖

1)注水試驗開始后，注水過程5 min記錄一次注水量，當注水量保持穩定后(注水量最大值與最小值之差不超過最小注水量的10%)，連續記錄20 min，以最后一次注水量為最終注水量并計算穩定流量Q。

第一次注水5 min(300 s)：注水量1070 mL，單位注入量3.57 mL/s；

第二次注水5 min(300 s)：注水量1100 mL，單位注入量3.67 mL/s；

第三次注水5 min(300 s)：注水量1100 mL，單位注入量3.67 mL/s；

第四次注水5 min(300 s)：注水量1100 mL，單位注入量3.67 mL/s。

2)圍井滲透系數的計算

高噴墻的滲透系數K按下式進行計算：

式中：K為滲透系數，cm/s；Q為穩定流量，3.67 mL/s；t為高噴墻平均厚度，10 cm；L為圍井周邊高噴墻軸線長度，796 cm；H為圍井內試驗水位至井底的深度，775.1 m-750.3 m=2480 cm；h為地下水位至井底的深度，773.5 m-750.3 m=2320 cm。

經計算，K=2×3.67×10/796×(2480+2320)×(2480-2320)=1.2×10-7cm/s。

5 防滲墻的質量控制與檢測

高壓定噴防滲墻的質量控制與檢驗可分為施工前的原材料檢測、施工過程中的質量控制和完工后質量檢測三個階段進行。

5.1 施工前的質量控制

施工前要求承包人按照規范要求對水泥進行取樣自檢。監理按照規范要求抽檢，進行平行檢測。主要檢測水泥的細度、標準稠度、凝結時間、抗壓、抗折強度等五項指標。

5.2 施工中的質量控制

在施工過程中進行旁站監理，主要依據高壓定噴試驗成果確定的施工參數及相應的技術規范要求，進行孔深、孔斜、水泥漿的壓力、比重、進漿量、噴射角度、提升速度、回漿比重及回漿充填等施工環節的檢查，并不定時的對水泥漿比重、回漿比重、進漿量進行巡視檢查，以保證現場施工的規范性和科學操作性。

5.3 施工后的質量控制

防滲墻施工完成后，針對成墻質量的檢測有鉆芯取樣(檢測防滲墻的強度)、局部開挖(檢測防滲墻的成墻厚度、搭接效果)、圍井檢測(防滲墻的整體成墻效果)三種方法。并且依據圍井檢測的計算結果來判定防滲墻的滲透系數是否達到設計要求。

6 結論

通過本次對晉陽湖南擴高壓定噴防滲墻的圍井檢測試驗，根據檢測結果通過計算滲透系數得出的結果K=1.72×10-7cm/s，小于設計要求的1×10-6cm/s，驗證了晉陽湖南擴湖新建大堤的防滲墻施工滿足設計滲透要求。圍井檢測可以彌補開挖檢查、鉆芯取樣這兩種檢測方法無法確定防滲墻整體是否有效搭接。晉陽湖南擴湖的防滲墻工程從成墻試驗開始整個施工過程、工程成果滿足工程質量的要求，施工進度滿足工程進度的要求。