高壓旋噴灌漿在水利工程除險加固工程中的應用

黃能高

(江西省撫州市臨川區撫河河道堤防維護中心，江西 撫州 344000)

0 引 言

為了有效應對水資源時空分布不均衡的問題，我國在20世紀50-60年代修建了大量的水利工程，有效地保障了人民群眾的生命財產安全。在長期的運行中，一些水利工程出現了不同程度的病險問題。對水利工程進行除險加固，能夠有效的保障水利工程的安全可靠運行，能夠使工程更好地發揮出實際效益。高壓旋噴灌漿作為常見的水利工程除險加固工程中的施工工藝，能夠有效地降低施工成本、提升施工效率。

1 工程概況

中洲堤位于撫河干流中游右岸和千金坡干港左岸，中州堤能夠與橋東防洪墻進行有效配合，形成對于當地的全方位保護，圩堤全長30.40km。中洲堤2010年(應急)除險加固工程(Ⅱ標段)項目設計和施工標準為堤防四級，本期工程堤防總長6.65km，樁號分別為0-050-0+650、1+350-2+550、3+950-4+550、10+800-12+400、13+550-13+850、18+700-19+250、19+900-20+800、23+000-23+800段。主要建設內容包括：堤基清基、壓浸蓋重、填塘固基、堤基防滲、黏土回填、護坡固腳以及排澇站等。中洲堤設計防洪標準(重現期)為20年，堤防工程級別為4級。工程主要內容為堤身加高培厚、拋(砌)石固腳、混凝土護坡、堤身堤基防滲、填塘壓浸、草皮護坡、穿堤建筑物接長加固等。

2 高壓旋噴灌漿施工工藝

2.1 高壓旋噴灌漿施工工藝

高壓噴射灌漿施工工藝的主要應用原理是在鉆機造孔之下，通過灌漿管下至土層的預定位置，由于灌漿管配置有噴頭，在高壓設備的支持下，能夠實現高壓液體的噴射，進而實現對土層的破壞。在破壞的過程中，鉆桿會同時向上勻速抬升，使得漿液能夠與土粒充分攪拌，在漿液經過一段時間的凝固后，就能夠形成穩定的固結體，于是就達到了防滲和提高地基承載力的效果。一般來說，高壓噴射灌漿有旋噴、定噴和擺噴3種港式，往往根據工程的特點和當地的土質結構進行選擇[1]。

2.2 高壓旋噴灌漿施工的具體流程

2.2.1 高壓旋噴灌漿施工參數選定

軸線布置在臨水面距堤中心線3.0m，單排布孔,高壓擺噴灌漿分兩序施工，采取折接方式連接，折接擺角≥31°，墻頂為設計洪水位標高以上0.5m，樁底深入基巖1.0m；高噴灌漿鉆孔孔位與設計孔位偏差≤50mm，孔斜率<1%，成墻后抗壓強度≥3.0MPa，防滲體有效厚度≥15cm，滲透系數K≤5.0×10-6cm/s。

射水造墻設計造孔布置在堤頂，軸線距設計堤頂軸線2.0m，防滲墻軸線放樣時可進行調整，單排孔布置，射水造墻頂高程在設計洪水位以上0.5m，墻厚0.35m，射水造墻有效深度應該處于基巖之外0.5m左右的位置。

在進行混凝土防滲墻施工時，分二序施工分開操作，其中將奇數槽孔設置為為I序槽孔，偶數槽孔設置為為II序槽孔。II序孔的建造必須在I序孔混凝土初凝后進行。為了有效保障搭接部位的質量，在造孔時可以借助成型器側向高速噴嘴，通過高速的沖刷，使墻體側面保持干凈、無黏土狀態。

固壁泥漿比重為1.1-1.20g/cm3，黏度為18-25s，含砂量<5%。防滲墻孔均為垂直孔，其偏斜率應<0.3%；成墻后墻體抗壓強度R28≥10MPa，墻體滲透系數k≤1×10-6cm/s，墻體允許滲透坡降J<50。

2.2.2 施工工藝

高噴：場地平整→測量放線→鉆孔→制漿→噴漿→回灌。

射水造混凝土墻：場地平整→測量放線→設備就位→造孔→清孔→混凝土拌制→混凝土澆筑。

深層攪拌樁防滲墻：場地平整→測量放線→設備就位→對中調平→預攪下沉→注漿攪拌提升。

2.3 高壓旋噴灌漿的施工步驟

1)場地平整：

進場后對施工場地進行平整，鏟除地表植被，以滿足施工需要為宜。

2)測量放線：

沿高噴軸線測量放樣，確定每孔孔位，并根據測量控制點放出每孔孔口高程，設竹片作為孔位標志，注明鉆孔編號。編號如：

3)鉆孔：

鉆機的設備是XY-2GP型，其中鉆頭采用直徑110mm的三翼合金鉆頭，硬質合金鉆頭也能夠滿足需要。在鉆孔施工時，采用二序施工分開操作，為了有效固壁鉆孔時可以采用膨潤土泥漿。為保證鉆孔質量，施工過程中認真如實填寫報表。

4)成孔檢查驗收：

終孔后，進行終孔檢查。檢查孔位、孔深，鉆孔驗收經監理人員驗證合格后方可進入下一道工序作業。

5) 漿液拌制：

施工時采用P.C32.5水灰比為0.9∶1或1∶1，控制進漿比重在1.40-1.45g/cm3，施工班組每次新制漿液均需測試一次比重。質檢員對每根樁噴射過程中對漿液比重抽檢2-3次。水泥漿液要充分攪拌，嚴格過濾。水泥漿液在使用中要遵循隨配隨用的配用原則，并且在存放時要嚴格按照具體的存放要求進行存放。

6)噴漿：

當鉆孔完成驗收工作后，要將鉆機移位，安排高噴臺車開展工作，由下高噴管，為了防止噴嘴堵塞，要對噴嘴進行纏膠布處理。當噴管下放到預定位置后，要對噴嘴位置進行調整，以此將所需的物料輸入孔內，并開始高壓灌漿，由下至上進行提升、噴射同步作業。一序孔和二序孔噴射間隔時間≥24h。詳細高噴施工參數見表1。

表1 高壓擺噴施工技術參數表

7) 冒漿回灌及封孔：

完成噴射灌漿工作之后，要對高噴臺車進行移位，并將高噴臺車后的高噴孔中的產生的回漿進行引入，如果回漿量與要求不符，則要向噴射孔內注射水泥漿液，當孔口液面處于穩定的不再下沉狀態時停止灌注。

8) 防滲體質量實驗方法及步驟：

高噴灌漿質量采用圍井檢測，在高噴灌漿結束7天后進行。開挖檢查圍井上部，主要檢查防滲墻厚度、強度、搭接長度及質量等是否滿足設計要求。

對圍井進行注水試驗，在圍井中心鉆孔，鉆孔直徑≥110mm，孔深至圍井底部，在孔內下入過濾花管。

按照《水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范》的規定計算高噴板墻的滲透系數。計算高噴灌漿圍井的滲透系數公式如下：

式中：k為滲透系數，m/d；穩定流量，m3/d；t為高噴墻平均厚度，m；L為圍井周邊高噴墻軸線長度，m；H為圍井內試驗水位至井底的高度，m；h0為地下水位至井底的高度，m。

3 高壓旋噴灌漿在水利工程除險加固工程使用中的注意事項

3.1 在漿液的配置上

漿液質量直接決定了高壓旋噴防滲墻的質量，因此，在實際的施工中必須嚴格把控。由于漿液制備主要材料為水泥，在水泥的使用中，要對每一批次的水泥進行檢查，具體檢查水泥的質量合格證和國家認可的質檢部門檢測報告。本工程使用的水泥質量全部合格[3]。

3.2 在鉆孔工作上

首先，鉆孔位置要嚴格規范，鉆機水平位置反復調整且安裝牢固平穩。其次，在孔序及孔徑上，要按照分序加密原則進行推進，要將偏差降到控制范圍內。第三，在孔深上，在鉆到壩體基巖交界面時，應測量鉆孔深度是否與設計相符，這對于鉆到壩體基巖交界面時應測量鉆孔深度是否與設計相符具有重要影響。最后，在孔壁的選擇上，要使用優質黏土和膨潤土為原料制作護壁泥漿，對于護壁泥漿的要求是具有比較強的親水性、穩定性、分散性，同時還要有良好的可塑性。

3.3 在灌漿工作上

施工前需先修筑導流圍堰，圍堰布置在排澇閘進出口適當位置，圍堰為土石圍堰，根據施工期的撫河水位確定堰頂高程為31m，頂寬6m，兩側邊坡1∶3，臨水面用1.5m厚的編織袋裝土防護，堰體中部采用2m厚的黏土防滲。施工噴射時，先應達到預定的噴射壓力，正常回漿后再逐漸提升注漿管。必須要確保灌漿至壩基交界面時能夠正常回漿，否則不能提升高度，且應保證高度回到1m 后返回交界面再重復提升，以提升固結體整體性。

4 防滲加固效果分析

4.1 射水造混凝土防滲墻防滲檢測

施工完成后，施工單位對射水造混凝土防滲墻的抗滲情況進行了檢測，檢測情況見表2。

表2 射水造防滲墻混凝土抗滲檢測情況統計表

4.2 防滲墻質量檢測

施工完成后，對防滲墻進行了圍井注水實驗檢測，共檢測10組檢測結果見表3。

表3 防滲工程圍井注水實驗檢測表

4.3 本期工程中的6個分部工程，通過分部工程驗收，2個分部工程評定為優良，優良率為33.3%。根據水利部《水利工程建設項目驗收管理規定》(水利部令第30號)和《水利水電建設工程驗收規程》(SL223-2008)的規定，中洲堤2010年(應急)除險加固工程(Ⅱ標段)單位工程自評質量等級評定為合格。

5 小 結

本工程在堤壩防滲工程中，不僅能夠有效地降低成本、而且開挖小，對于周圍環境的影響小、施工方便，經濟和社會效益良好。在高壓旋噴灌漿技術的應用之下，很大程度上提升了臨川區中洲堤的防滲抗災能力，減輕了防洪壓力，有效地保障了人民群眾的生命財產安全，具有比較突出的社會效益和經濟效益。