高喷防渗墙在九江长江公路大桥跨堤堤防中的应用

2010-08-15刘卫华

科学之友 2010年13期

刘卫华

（江西昌泰高速公路有限责任公司养护中心，江西吉安 343000）

九江长江公路大桥为主跨818 m的双塔混合梁斜拉桥，是2004年7月国家发改委初步规划确定的70座跨长江公路通道之一，为“7918”国家高速公路网规划中福州—银川主线的重要组成部分，也是江西省筹资建设的第一座具有世界领先水平的跨长江高速公路桥梁。其南主塔位于九江市长江永安堤堤防桩号30+800外2级滩地上，南主塔墩承台系两个平面尺寸为22.5m×22.5 m的分离式承台，承台厚8 m。每个承台设14根直径2.8 m、桩长86 m的钻孔灌注桩。九江长江永安堤是经水利部审定的2级堤防，为减小九江长江公路大桥南主塔的建设对永安堤的防洪影响，确保永安堤的安全，九江长江公路大桥项目建设部门对永安堤进行了专门的岸坡加固处理和堤基防渗处理。现就其中作用于堤基防渗功能的双管高喷法防渗墙施工质量控制的经验总结赘述如下。

1 概况

九江长江公路大桥桩体及南主塔承台施工时可能引起的深层粉砂等土层坍塌，从而波及永安堤内防渗体稳定，以及在运行期，桩周体裂缝贯穿粉砂等土层后引起的堤基渗透；在大桥南主塔承台与长江永安堤间布置一道防渗墙，防渗墙平面总体与大堤平行，深度穿过细砂层嵌入黏土内，且防渗墙两端与永安堤间采用有效防渗措施进行封闭；其作用主要是将堤基透水砂层隔开，让汛期洪水从南主塔承台桩壁下渗后，不能直接通过砂层渗透到堤内，而通过防渗墙以外渗透，以延长渗径，防止洪水期堤基出现管涌等影响大堤安全的渗透稳定问题，由此可见防渗墙工作在这里的重要性。防渗墙应在主塔承台基坑开挖前完成，以免主塔施工影响永安堤堤基防渗。防渗墙设计要求：1、孔径13 cm，孔深32 m，孔距150 cm，墙厚25 cm，防渗轴线长度165 m，钻孔数110口，高喷进尺3520 m，高喷面积5280 m2，深入粉质黏土层抗压强度1.5 MPa，砂土层3.0 MPa，抗渗透系数为1×10-6cm/s。

2 施工工序及质量控制

2.1 施工工序

平整场地-挖排泥沟-放线定位-钻机就位-钻孔-钻机推出-高喷台车就位下喷管-喷射灌浆及提升-冲洗管路-高喷台车推出-注浆回灌。

2.2 质量控制

（1）材料、设备和仪器的选用与控制：①高喷防渗墙原材料：水泥、水等按规定对其进行现场取样、送检复试、配合比试验、PH值检测等相关项目合格后方可使用；②设备和仪器：本工程中所用施工机具包括：高喷台车（CYP-50）、钻机（XY-2）、泥浆泵（BW-150）、泥送浆机（HB-8010）、高压泵（XPB-90）、空压机（VF-67-A）、汽车吊、SJC型浆量监测记录仪、测斜仪、对讲机、备用电源(保证连续运行不停电)、计量器具、电气控制柜等。

（2）人员的技术与安全交底及工作时间的合理安排，保证施工工艺技术指标的贯彻及施工连续不间断及相邻桩位间的位置与垂直度的控制，确保桩体形成板墙的完整性。

（3）前期准备工作，通过试桩，熟悉施工区的土质情况，寻求最佳的相关工艺参数，为高喷防渗墙正常施工创造基础条件。①试验高喷孔布置在坝堤具有代表性的位置处；②试验孔选择3个，设计孔深3 m，并对岩芯进行鉴定；③高压喷射灌浆施工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高喷灌浆施工技术参数进行施工，是确保施工的关键，施工主要技术参数由室内配方和现场试验决定，本工程施工主要技术参数如下：

①孔距为1.5 m，高喷灌浆的成墙厚度为25 cm；②防渗墙钻孔为垂直孔，其偏斜应小于0.3%；③高喷灌浆孔位与设计孔位偏差应小于5 cm；④高喷灌浆的形式为摆喷，摆角15°；⑤提升速度：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。本工程粉质黏土层的提升速度为10～20cm/min，砂土层的提升速度为10～25 cm/min；⑥高喷灌浆的压力为25～40 MPa，流量为70～100 L/min；空气压力为 0.6～0.8 MPa，流量为 0.8～1.2 m3/min；⑦水泥浆比重控制在1.4～1.5 g/cm3，回浆比重大于1.3 g/cm3。

（4）施工控制：①放线定位：测量放线，定出孔位线和中心线，用小木桩做好标记。②采用地质钻机进行钻孔，钻进中采用泥浆护壁，钻进到设计高程下0.5 m。选取部分高喷孔作为先导孔，采用芯样，核对地层，需要时可作动力触探试验。先导孔的深度也为从顶部至设计高程下0.5 m，间距30 m。钻孔孔位与设计孔位偏差不得大于50 mm，钻孔孔径大于喷射管外径20 mm以上。钻孔施工时采取预防斜孔的措施，钻机安放要平稳牢固，加长粗径钻具。钻杆和粗径钻具的垂直度偏差不应超过5‰，应进行孔斜测量，钻孔偏斜率不应超过1%。③下管喷射：高喷台车就位，在地面上试验喷射方向，调整喷射的气压，下入喷射管至设计深度。高喷灌浆应在钻孔施工完成，并检验合格后进行。当地层中水流速度过大时，应先进行堵水处理，而后再进行高喷灌浆。下喷射管前，先进行地面试喷，检查机械及管路运行情况，并调准喷射方向和摆动角度。下入或拆卸喷射管时，应采取措施防止喷嘴堵塞。④喷射作业：当喷射管下到设计高程后，由下至上进行高压喷射作业。（施工前应进行现场试验，以确定有效孔径、施工参数、灌浆性能要求、孔距、墙体防渗性能等。）高喷灌注分序进行，一序施工与二序施工的间隔时间不小于48 h，灌浆应全孔连续作业，每次拆卸喷管后，应进行复喷，其长度不小于0.2 m。⑤回灌：注浆完成后，由于浆液的析水作用，一般固结体均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现下沉现象，故应在完成定喷后，停滞一定的时间，根据浆液回落情况，利用孔口回浆或混合浆液及时回灌，直至不下沉为止。

（5）施工中注意控制事项：①钻机要按设计孔位准确定位，保证孔位偏差≤1 cm，钻机安装须作水平校正和垂直校正，保证“三点一线”，即提升中心、立轴中心和孔口中心处于同一垂直线上，保证偏斜度≤1%。②高喷前先要把钻具下放到设计深度，开高压泵用清水试压。试压正常后，搅拌水泥浆，开始正式旋喷，待孔口返浆后开始提升，提升速度要符合设计要求。卸换钻杆时，复喷搭接长度≥100 mm，至设计桩顶位置后，停止喷射，提出钻具，清洗钻具管路，钻机移至下一孔位。③高喷墙体在凝固过程中如出现析水现象，造成桩顶回落，达不到设计高度，故在每个孔施工完24 h后必须用返浆水泥浆对其进行回灌，保证墙体质量和高度。④高喷时要时刻观察高压泵的压力，发生异常变化时要及时检查并通知高喷机停止高喷，故障排除后可继续高喷。⑤高喷地层出现异常（如有空洞、跑浆、塌陷）时，应马上采取相应措施进行处理，必要时在高压水泥浆中添加0.5%的食盐或0.5‰三乙醇胺等速凝材料后回灌。