高压摆喷防渗墙在大治河闸站工程中的应用

张 峰，高宜能，卢 勇

（1.杭州市萧山区农机水利技术推广中心，杭州 311201；2.杭州市萧山区河道管理处，杭州 311201；3.杭州市萧山区农机水利局，杭州 311201）

大治河闸站工程位于浙江省杭州市萧山区新街镇，该工程新建泵站，1400mm排出口径潜水贯流泵3台套，设计流量20m3/s；配套Ⅳ级航道100t级船闸，总长480m，闸孔净宽8m；配套管理房、副厂房及附属工程等，概算总投资4000万元。该工程高压摆喷防渗墙合计3528m，主要分为2块，一块为泵站底板上下游侧两道高喷墙156m，另一块为船闸闸室及上下闸首四周侧高喷墙3372m；墙体高度：喷浆起喷标高为－7.75，－8.3（泵站部分），－9.5m（船闸部分），终喷高度为底板以上1m，基础开挖时凿桩1m成桩。工程建基面以下土层分别为砂质粉土160kPa、粉砂200kPa、砂质粉土夹粉质粘土150kPa、淤泥质粉质粘土70kPa、粉质粘土夹粉土110kPa等。

1 技术原理

高喷技术主要是借助于高喷射流，通过冲击切割和强烈扰动，使浆液在射流作用范围内扩散、充填周围土层，并与土石粒掺混搅合，硬化后形成凝结体，从而改变原地层结构和组成，借以达到防渗或提高承载力的目的。高喷射流强度随射流距离的增加而较快地衰减至射流束末端，对地层仍产生挤压作用；同时，喷射结束后，静压灌浆持续进行，这对周围土体产生渗透作用，这样不仅可以促使凝结体与周围土体结合更加密实，凝结体周围除了浆皮层外，还在外侧产生明显的渗透凝结层，有着良好的复合防渗作用，从而进一步提高了凝体的防渗性能。凝结体的防渗性能主要取决于地层组成成分和颗粒级配、施工工艺及浆液材料等，因此，关键是要在施工工艺参数和质量控制方面下功夫。

高喷灌浆技术包括单管法、双管法、三管法。本工程采用的是三管法施工，用水管、气管、浆管同轴布设组成喷射杆，杆底部设置有喷嘴，气、水喷嘴在上，浆液喷嘴在下，高喷时，随着喷射杆的旋转和提升，先是高压水和气的射流冲击扰动地层土体，呈翻滚松散状态，随后以低压注入浓浆掺混搅拌，硬化后形成凝结体。施工设备价廉易购，质量可满足设计要求，造价低，工效高，能充分利用原地土体，就地取材，机械化程度高。

2 施工工艺

高压喷射灌浆的施工机具由高压发生装置、钻机、特种钻杆和高压管路4部分组成，主要包括：钻机、高压泵、空气压缩机、注浆管、喷嘴、流量计、输浆机、制浆机；本工程高喷机械采用GP1800－2型高喷台车，高压水泵3KB/75kW，泥浆泵HB80/10型，空压机（6m3/min）及拌浆机、水泵。

施工时，先确定施工轴线，按单排孔布置，并按设计的孔距将孔位先定好；经过观察和分析，当第1序墙体有足够的强度，在进行两序喷灌连接时，这样连接防渗效果好；本工程高喷灌浆分两序进行，编号顺序为一序1…3…5…，二序2…4…6…，间隔时间不少于24h。

工艺流程：高喷台车就位→地面试喷→制浆→下高喷管→摆动提升冲击灌浆→终灌→纯浆回灌。

（1）进行场地平整，挖好排浆沟，钻机底盘用方木垫稳垫平，做好钻机定位，要求安放水平，钻孔过程中随时采用水平尺随时测定底盘水平，钻杆垂直，确保孔斜偏差小于1°的设计要求。

（2）钻孔定位后，利用特种钻杆在设计孔位钻孔，原浆固壁止设计高程，钻头直径146mm，钻头对准钻孔中心，就位偏差小于5.0mm。

（3）下三重管喷射，在地面上进行水、气试喷后下管止设计深度，调整喷射轴线方向呈折线型（折线的轴线与钻孔的轴线的夹角为15°）。

（4）做好高压喷射灌浆前的准备，确保水泥浆充分搅拌和控制好浆液比重、水灰比等。

（5）严格按施工技术要求操作，用施工技术参数来控制高压喷射灌浆质量。

（6）高压喷射灌浆结束后，拔出套管。

（7）喷射完毕后，由于浆液的析水作用，水泥浆固结收缩，出现孔口下沉，故应在完成摆喷后，停滞一定时间，根据浆液回落情况，每孔必须及时作好原浆回灌工作，直至浆面不再下降为止。

3 质量控制

3.1 设计参数

高喷孔距1.2m，摆喷角度30°，摆喷对接，渗透系数K为1×10－6cm/s，抗压强度R28为3.0MPa，浆液水灰比为1∶1。

3.2 材料技术参数

主要材料是水泥，设计要求水泥强度等级不低于R32.5，灌浆所用的水泥应保持新鲜无受潮结块，其细度为0.080mm，方孔筛余量不大于5%，水泥使用前，施工单位应对其质量作检测，监理单位进行平行抽检，合格后才可使用；搅拌水泥浆所用水，应符合JGJ63—89《混凝土拌合用水标准》的规定；水泥浆由制浆机搅拌而成，浆液水灰比1∶1，搅拌时间不小于2min，超过4h的水泥浆作为废料处理，不得用于高喷灌浆。

3.3 施工技术参数

施工技术参数的确定是防渗墙成墙质量的重要环节，严格按照规范操作和技术参数进行施工，是确保施工质量的关键，现场试验确定技术参数、注浆固结体强度和墙体抗渗指标等；施工钻孔过程中，要注意到各层的地质变化情况，及时调整高喷灌浆施工技术参数。本工程施工技术参数如下：

（1）高喷灌浆的孔距为1.2m。

（2）防渗墙钻孔为垂直孔，其偏斜应小于1°。

（3）高喷灌浆孔位与设计孔位偏差应小于5cm。

（4）高喷灌浆的形式为摆喷，摆角30°。

（5）提升速度的快慢直接影响浆液用量，提升速度过快，则墙后不稳定、易产生空洞，且切割半径不符合要求，会造成防渗墙搭接处产生薄弱环节；提升速度太慢，则冒浆量过大，造成水泥浪费，因此需根据灌浆试验确定不同土层的提升速度。本工程的提升速度为12cm/min，摆动速率为12～15次/min。

（6）高喷灌浆的水压为35～40MPa，流量为70～80L/min；空气压力为0.6～0.8MPa，风量为0.8～1.2m3/min；灌浆压力为0.2～1.0MPa，流量为60～80L/min。

（7）浆液比重控制在1.5～1.7g/cm3， 回浆比重控制在1.2g/cm3。

其他技术要求按照DL/T 5200—2004《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》执行。

3.4 关键程序控制

测量放线，定出孔位和中心线，用小木桩做好标记，孔位误差不大于20mm，经监理验收合格后，才可进行下一步工序的施工。

注浆前，要检查高压设备和管理系统，浆管、水管、气管及喷嘴内不得有任何杂物，所用管接头的密封必须良好，并报监理检查验收。

钻机移开后，将高喷台车就位，在地面上试验喷射方向，调整喷射水压、气压，下入喷射管至设计深度，报监理验收；在下管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水边下管，水压一般不超过1MPa。

每孔开始灌浆前必须采用水泥浆比重称测定比重，不符合设计要求及时调整配比，每孔灌注的浆液至少测定3次比重，拌浆必须连续均匀，搅拌时间不少于30s，浆液自制备至用完不超过4h。

施工单位认真填报有关原始记录，钻孔的终孔深度、高喷灌浆的起喷深度和终喷标高，必须由监理工程师在原始记录上签证验收后，才可进行后序作业；随时注意浆液的初凝时间、注浆量、水、水压、气压、提升速度及冒浆量等参数，保证孔内浆液上下畅通，注意观察冒浆情况，对冒浆情况进行严格控制；钻进暂停或终孔待喷时，孔口应加盖保护。

喷射作业完成后，应将注浆泵的吸水管移到水箱内，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除，防止残存的水泥浆将管路堵塞。

3.5 工程中异常情况的处理

本工程钻进过程中，孔口不返浆，采用以下措施：

（1）对局部土层有孔隙不冒浆的处理。停止钻进，浆液正常送入，摆喷正常进行；若3～5s仍不返浆，关闭气、高压水，提升三重管，浆液继续送入孔内，并往孔内投放粘土球或级配料；当投放粘土球或级配料无效时，采取提升2～10cm即停止，在该处喷射2～3s，继续提升2～10cm，以此周而复始直至孔口冒浆。

（2）钻孔中遇到块石时，改用金刚石钻头钻进，并降低提升速度，提高比能值，保证终孔直径不小于130mm。

（3）因故或拆接三管而不能连续灌浆时间不得超过2h，而且重新开始时必须将喷射管从停喷位置下移0.5～0.7m，再进行高喷灌浆。

（4）凡经特殊处理的渗漏段，待孔口返浆后均应将喷射管下至原不返浆的最下位置，再进行正常喷射（复灌），以确保防渗墙墙体质量。

4 质量检验

本工程高喷防渗墙设计质量要求：渗透系数K为1×10－6cm/s，抗压强度R28为3.0MPa；在施工过程中由监理单位对钻孔孔距、孔深、制浆稠度、灌浆三压等施工工艺进行随机抽检，测得指标均满足设计要求；为检测高喷防渗墙的防渗性能，由监理单位随机钻孔取芯，经检测，渗透系数和抗压强度均符合设计要求。

5 结语

高喷灌浆具有施工速度快、固结体强度大、水泥灌浆不会造成环境和地下水污染，且耐久性较好，施工噪音较小等优点。为确保高喷防渗墙施工质量，必须合理确定高喷施工参数，针对性的采用不同的施工工艺，才能保证高喷施工质量，使墙体均匀，连续性好，连接可靠，在这方面还有待于进一步积累经验，总结提高。因高压摆喷防渗墙属隐蔽工程，目前还没有全面可靠、成本经济的质量检测方法，其防渗效果需经过工程实际运行的考验。

［1］DL/T 5200—2004，水电水利工程高压喷射灌浆技术规范［S］.

［2］SL174—96，水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范［S］.

［3］SL288—2003，水利工程建设项目施工监理规范［S］.

［4］SL223—2008，水利水电建设工程验收规程［S］.

［5］SL27—91，水闸施工规范［S］.

［6］SL234—1999，泵站施工规范［S］.

［7］SL303—2004，水利水电工程施工组织设计规范［S］.

［8］GB50202—2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范［S］.

［9］JGJ79—2002，建筑地基处理技术规范［S］.

［10］GB175—92，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥［S］.

［11］新疆维吾尔自治区水利水电工程质量监督中心站.水利工程质量管理文件选编［M］.北京：中国水利水电出版社，2008.