高壓旋噴樁在高水位強滲水圍堰防滲中的應用

王旭東，鄭永華，徐 剛

（濟南市水利工程服務中心，山東 濟南 250099）

近年來，高壓旋噴樁在基坑支護和截滲止水中也有著成功的應用，但在水庫庫區(qū)高水位、施工圍堰及堰基透水性強的情況下，利用圍堰高壓旋噴咬合樁固結連續(xù)墻及綜合防滲措施進行防滲止水中則鮮有應用。在本工程案例中水庫庫區(qū)水位較高水深達5 m，填筑圍堰材料只有庫區(qū)南部出露河底砂礫石，因此所筑施工圍堰和堰基防滲能力很差，勢必造成圍堰內(nèi)積水難排，給工程施工造成困難。考慮到工程排水困難工期又十分緊張的情況下，項目組經(jīng)過研究果斷采取施工圍堰綜合防滲措施設計，圍堰及堰基內(nèi)采用高壓旋噴咬合樁截滲墻止水帷幕，成功解決了防滲排水困難的問題，保證工程正常進行。

1 工程概況

臥虎山水庫位于歷城區(qū)仲宮鎮(zhèn)，玉符河上游三川交匯處，控制流域面積557 km，總庫容11 950 萬m3，為大（2）型水庫。水庫有新老兩個放水洞，新放水洞于2010—2011 年水庫除險加固期間建成，設計放水流量10 m3/s，主要用于城市供水，同時兼做從南水北調輸水干渠引水入庫輸水管道。老放水洞1960 年建成，在大壩右端的，為漿砌石拱涵廊道內(nèi)襯內(nèi)徑1.5 m 的鋼筋混凝土管，全長211.2 m。在上游進口段大壩迎水坡設豎井1 座，內(nèi)設1.5 m×1.8 m 平面鋼閘門。進口底高程108 m，出口設控制閥門，設計放水流量10 m3/s。

庫區(qū)出露的地層為寒武系頁巖、石灰?guī)r和泥質條帶灰?guī)r等，地下水按埋藏條件分為孔隙水和基巖裂隙水兩類。孔隙水埋藏在庫區(qū)河床砂礫石層中，水具承壓性，水量豐富，滲透系數(shù)范圍值4.54×10-2～1.16×10-1cm/s，具強透水性。裂隙水分布在河谷底部及兩岸的斜坡地段，導水性強。

工程內(nèi)容主要是在老放水洞壩腳進水口上游50 m 處新建進水池，進水口至進水池防水不銹鋼管鋪設，混凝土管內(nèi)襯鋼管鋪設、豎井內(nèi)襯鋼筋混凝土面板，更換閘門及啟閉機、廊道混凝土管空隙回填、壩后輸水管道鋪設等。施工前水庫水位113.00 m，庫底高程108 m，水深5 m。根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》（SL303-2017），圍堰級別為4 級。受水庫度汛要求，豎井閘前項目及自身改造項目要求必須在2021 年汛前完成，實際施工期只有3 個月，工期十分緊張，屬于汛前應急工程。

2 施工圍堰及防滲措施方案設計

按照初步設計方案，圍堰施工方案采取在老放水洞進口前新建土石圍堰臨時擋水，工程建設完成后拆除。圍堰迎水坡面鋪設防滲膜、背水坡面鋪設土工布，堰后采用抽水泵排水。為了確保進水池施工現(xiàn)場滿足施工需求，降低施工排水難度，保證施工期間能夠干地施工，在擋水圍堰堰體縱向中軸線上作高壓旋噴咬合樁連續(xù)截滲墻。旋噴咬合樁底部于庫底高程108 m 往下1.0 m，旋噴樁寬度（直徑）為0.9 m，兩顆旋噴樁中心距離為0.6 m，搭接長度0.3 m。

考慮春季風速影響，最大風速33.3 m/s，水庫水面涌浪估計在30 cm 左右，圍堰頂標高定位為114.00 m（大于施工水位最高水位包括浪高0.5 m的要求），圍堰底高程為108.00 m，圍堰高為6 m。考慮到旋噴樁壓力，確保旋噴樁施工時不在圍堰兩側由于壓力原因造成噴漿，圍堰頂部寬度設計為7.0 m。由于在水中進行圍堰施工，圍堰迎水和背水面兩側，自然放坡為1∶3。在迎水坡一側圍堰頂部用裝土編織袋做成防護墻,高度0.8 m，寬度0.8 m，在標高111.00～114.00 m 之間鋪設SNGPET-15 土工膜一層，并在其上覆蓋0.3 m 厚編織袋裝土護坡。為確保施工期進水池施工安全，防止河水滲透及圍堰滑坡，在背水面一側底部（標高108.00～111.00 m 位置）鋪設SNG-PET-15 土工布一層，并在其上覆蓋0.5 m 厚裝石渣編織袋護坡。經(jīng)壩坡穩(wěn)定計算安全系數(shù)為1.25，大于規(guī)范要求的安全系數(shù)1.2。

施工期設計洪水標準為10 年一遇，10 年一遇洪峰流量為55.7 m3/s。在施工期將新放水洞作為導流洞，使得水庫水位保持在113.00 m 以下。

3 高壓旋噴樁施工

3.1 利用高壓旋噴咬合樁截滲止水工作原理

高壓旋噴樁在施工過程中鉆機鉆孔至設計深度后，高壓旋噴臺車把安有水平噴嘴的注漿管下到孔底設計高程，將高壓水泥漿通過注漿管噴嘴噴射而形成高壓射流，沖擊切割鉆孔周圍的土體，使鉆孔周圍一定范圍內(nèi)的土體結構被破壞，漿液與土體相互攪拌混合，隨著注漿管的旋轉和向上提升雙重運動從而在鉆孔以及周圍形成一個圓柱形樁體，多個這樣樁體按照相鄰樁體間相互咬合嵌合，凝固后便在土體中形成一排圓柱狀相互咬合且具有一定強度的固結墻體，從而起到截滲止水及圍堰土體加固的作用。

3.2 材料要求和主要技術參數(shù)

水泥采用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥, 為確保水泥質量達標進場水泥必須檢查產(chǎn)品合格證；加入適量早強劑，質量必須符合設計要求；水使用符合質量要求的水庫蓄水。

主要技術參數(shù)：水壓35～40 MPa，流量80～120 L/min，壓縮空氣0.6～1.2 MPa，流量0.8～1.5 m3/min，水泥漿壓力1～2 MPa，流量100～150 L/min，水灰比1∶1，提升速度8～15 cm/min，旋轉速度11～14 r/min。

3.3 施工流程

在圍堰土石方運輸完成后，在圍堰縱向中軸線位置進行高壓旋噴咬合樁施工。經(jīng)測算圍堰實際軸線長80 m，有效長度79 m，需造旋噴樁共計131 顆。

旋噴工藝采用三重管法，主要機具有鉆機、高壓注漿泵、空氣壓縮機、攪拌桶、儲漿桶。工藝流程：施工場地平整；測量放線、確定孔位；鉆機就位；鉆孔；攪拌制漿；下旋噴管；旋轉噴射注漿；成樁；沖洗注漿管；移動機具到新孔位。

1）施工場地平整。圍堰頂清理、整平，并碾壓密實。設置好排漿溝、回漿池，做好漿液回收處理，防止污染水庫水環(huán)境。

2）測量放線確定孔位。在圍堰中軸線上確定孔位，依據(jù)基準點進行測量各孔口地面高程。施工前用GPS 配合全站儀測量定位,確定高壓旋噴樁孔位控制，樁孔中心移位偏差應小于50 mm。

3）鉆機就位。孔位地面必須平整，將鉆機安放在設計孔位上，鉆機必須與地面垂直擺放平穩(wěn)，放線樁位與設計樁位的偏差要小于50 mm。鉆機就位后，必須作水平校正，使鉆桿軸線垂直對準孔位中心，并固定好樁機，保證鉆孔達到規(guī)范要求的垂直度偏差1%以內(nèi)。

4）鉆孔。開啟鉆機鉆孔到預定深度即設計標高（鉆孔孔徑150 mm）,拔出鉆桿。校驗孔位、孔深及垂直度是否符合規(guī)范要求。孔位縱橫向偏差小于50 mm、垂直度偏差小于1%、孔深不小于設計深度。

5）漿液配制攪拌。所用水泥必須符合質量要求，不得使用過期板結變質的水泥。配制使用前必須經(jīng)過濾篩。水泥漿液配制時水灰比控制1∶1，使用攪拌機伴制水泥漿液，控制漿液稠度18～22 s，攪拌5 min 后放入儲漿桶中使用。

6）插入旋噴管。成孔合格后即可下入旋噴注漿管到預定深度。在下管之前，必須進行地面試噴，檢驗噴射裝置及漿液發(fā)生裝置是否正常。下管過程中，為防止噴嘴堵塞，可用較小壓力邊射水邊下管。

7）旋轉噴射注漿。將注漿管下到預定深度后，開啟設備，進行地下試噴，各項指標達到預定值后即可邊旋噴邊提升，自下而上進行噴射作業(yè)，直至旋噴結束。旋噴結束后，因孔內(nèi)水泥漿液固結體積收縮，孔內(nèi)漿液面會出現(xiàn)一段時間沉降，應不斷將漿液注入孔內(nèi)直至不再下沉為止。最后對成樁進行測量驗收。噴射過程中，必須保證漿液流量、壓力、提升速度等參數(shù)符合設計要求，并隨時做好記錄，若出現(xiàn)問題和故障應及時排除修整。

8）沖洗注漿管路。在噴射完成后，及時沖洗注漿管等機具設備，把管內(nèi)機內(nèi)殘存的水泥漿沖洗干凈，可以用水替換水泥漿在地面噴射，直至把高壓水泥漿泵、注漿管和軟管內(nèi)的漿液全部排除。

9）移動機具。將鉆機等機具設備移到新孔位上。

4 施工注意事項

1）工程施工圍堰時，迎水面一側頂標高比背水面一側頂標高底14 cm，按2%放坡，并在土袋防護墻處預留排水口，確保雨天順利排水。

2）工程采用隔二打一施工工藝，由于工期較緊，施工時在水泥漿里加入適量早強劑，咬合樁與兩側樁施工間隔時間要大于24 h。

3）工程在施工中產(chǎn)生的廢漿，一部分可以利用在圍堰兩側邊坡，形成3～5 cm 保護層；一部分可以利用在圍堰頂路面上，進行整平、凝固后增加堰頂路面強度；最后剩余部分可以向圍堰背水面排放，最后和廊道內(nèi)渣石外運，嚴禁向水庫內(nèi)排放。

4）待旋噴樁完成后達到初凝期（大于72 h）后進行圍堰內(nèi)排水施工。

5）在圍堰內(nèi)降水前，根據(jù)水泵數(shù)量及規(guī)格，計算好降水速度。在圍堰內(nèi)降水時，要時刻監(jiān)控圍堰邊坡情況，提前做好高程及位移控制點，排水過程中隨時監(jiān)控沉降值和位移值，密切關注滲透量，如果出現(xiàn)險情，立馬啟動應急預案。

6）圍堰內(nèi)排水采取排水溝的方式進行排水，在圍堰內(nèi)側坡腳開挖一條排水溝，于圍堰最頭側下挖1 m 深的水坑，排水溝呈斜坡狀，便于向水坑倒水，在水坑位置采取機械降水的辦法，確保圍堰內(nèi)側無積水。

7）圍堰內(nèi)排水完畢后，清理堰基，在標高108.00～111.00 m 位置鋪設SNG-PET-15 土工布一層，并在其上覆蓋0.5 m 厚裝石渣編織袋護坡。觀測滲透情況，在滲透量不符合要求的地方進行充填灌漿，確保滲透量在合理、安全范圍內(nèi)。

5 結 語

圍堰內(nèi)排水完成后，通過觀測圍堰防滲止水效果十分明顯。在高壓旋噴樁施工完成達到設計齡期后，經(jīng)過鉆芯取樣檢測，7 d、28 d 立方體抗壓強度和滲透系數(shù)均達到技術要求。通過本工程的實踐應用，可以證明高壓旋噴咬合樁固結防滲墻對于水庫水位及圍堰相對較高、圍堰及地基透水性較強、防滲止水難度較大的工程防滲止水，具有良好的效果。