高压定喷防渗墙在堤防加固中的应用

杨永春

摘要:高压定喷灌浆施工机具设备简单，施工简便，具有较好的耐久性，且噪声小，无污染。因此在堤防防渗加固工程得到广泛的应用，本文针对二重管高压定喷灌浆技术在某防洪堤防加固工程中的应用进行了探讨。

关键词:堤防工程；高压定喷技术；防渗加固

高压旋喷桩施工工艺高压旋喷桩施工技术是70年代日本首先提出，它是在静压灌浆的基础上，引进水力采煤技术而发展起来的，是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或 复合浆形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。

1工程概况

某防洪堤防工程位于广东佛山，为了确保防洪堤安全,决定对部分堤段进行高压定喷建防渗墙加固处理。此堤段高压定喷防渗墙加固工程分为两个单项工程,即北堤和南堤。北堤基础防渗墙工程所处位置的地层,自上而下为砂砾土、粘土、砂土、砂、中间局部有块石等。南堤基础防渗墙工程所处位置的地层,自上而下为碎石、粘土、砂土等。北堤基础防渗墙走向长度为97.7m(桩号2+971.3—3+069),防渗墙钻孔轴线位于堤顶的防浪墙内侧1.0m处,防渗墙墙深为8.5m,防渗墙面积850m2。南堤基础防渗墙走向长度为70.8m(桩号4+745—4+815.8),防渗墙钻孔轴线位于堤顶的防浪墙内侧1.2m处,防渗墙墙深为9.5m,防渗墙面积686.8m2。2001年6月～8月施工。工程造价约41万元。(参见图1)

2防渗墙施工

2.1施工主要设备

G22A钻机(改制高喷机),55kW高压注浆泵(输浆量≥80L/min),3m3电动移动式空压机,立式及卧式灰浆搅拌机,柴油发动机组等。

2.2施工工艺管理

高压定喷是利用钻机钻孔将带同轴双重喷嘴钻杆钻至土层预定位置后,用高压注浆泵将预制好的浆液(一般是水泥浆液)加压,使液流获得巨大能量,从内喷嘴中喷出,同时用空压机把压缩空气通过钻杆输送到环形外喷嘴,使高压的水泥浆射流与其外部环绕的压缩空气喷射组成的复合式高压喷射流同轴射出,减缓了高压喷射流的动态衰减,大大提高了高压水泥浆液破坏、冲切地层的能力,增加了高压水泥浆的有效射程；钻杆(即注浆管)边按指定方向喷射边逐渐向上提升,冲击破坏土体,水泥浆液与经冲切下来的土粒通过搅拌混合、压缩和渗透等作用,经浆液凝固后便在土中形成一板墙状具有一定强度的固结体,相邻的板墙状固结体互相交接,经过一定时间便在地层中形成整体连续防渗墙。

2.3施工方法和步骤

为简化施工工序、减少施工环节,该工程采用钻喷一体机系统。施工工艺流程见图2。

(1)施工轴线、桩号、孔位及高程放样后钻机就位,钻孔前检查定向线是否保持一致及喷咀气体是否堵塞。用水平尺和吊垂线检查机架水平度和钻杆垂直度,并核对孔位无误后作好定向记号开始钻孔。

(2)钻孔时为保证孔壁不塌孔和提升喷管的连续均匀性,可用膨润土泥浆护壁。

(3)钻孔至设计深度后,先开启高压泵送浆,后送气流,经检查压力稳定、气孔无堵塞后,开始提升钻杆(即注浆管)。

(4)提升至设计顶高程先停止送气流,后停止送浆液。

(5)为保证墙顶高程可采用静压注浆,前后孔连续作业时,可采用返浆回灌。

(6)清洗管路,移机继续施工下一孔。

2.4施工工艺技术参数及孔位布置

(1)高压喷射注浆参数为:提升速度20～28cm/min,浆液流量75～85L/min,浆液压力≥20MPa,输浆比重≥1.32,空气压力0.6MPa。

(2)相邻孔防渗墙连接形式:双喷嘴夹角单墙连接,喷嘴夹角140°,孔距为1200mm。

2.5特殊情况处理

施工过程中,盖山堤段浦口段发现有5孔在地表以下3m左右出现漏浆现象,经采取喷射结束后后孔返浆回灌前孔,并使用水玻璃促凝处理,防止水泥浆流失,确保了防渗墙施工质量符合设计要求。

3质量及效果评价

3.1检测和检查

高压定喷防渗墙工程是一项隐蔽工程,检查方法有开挖检查、取样送检、围井注水试验三种。

3.1.1开挖检查

重点检查施工中出现异常情况的部位及可能对高压喷射注浆质量产生影响的部位。北堤(浦下)段开挖两处,第一处开挖3#～5#孔,挖深2.7m、长2.3m、宽2.1m；第二处开挖45#～46#孔,挖深2.4m、长2.3m、宽2.0m。南堤段开挖4#～5#孔,挖深2.6m、长2.3m、宽2.1m。根据开挖情况,墙体的外观质量好,无蜂窝、孔洞,防渗墙整体性强,墙顶高程、孔距、相邻孔墙交接均符合要求。北堤段墙厚检查5点,位置在钻孔中心、墙交接处、墙中间,墙厚均≥12cm；南堤段墙厚检查6点,位置在钻孔中心、墙交接处、墙中间,墙厚均≥11cm。在施工过程中都有发现后孔串前孔返浆现象,这说明成墙连续性较好,防渗墙成墙可靠。

3.1.2墙体取样送检

取样位置由建设单位、监理随机指定,通过检测单位对防渗墙所取试块的渗透系数进行检测,北堤段渗透系数4.47×10-7～8.14×10-7cm/s,代表值6.16×10-7cm/s；南堤段渗透系数1.73×10-7～4.11×10-7cm/s,代表值3.34×10-7cm/s,均小于1×10-5cm/s,符合设计要求。

3.1.3围井注水试验

北堤段围井注水试验,求得防渗墙渗透系数平均值为3.46×10-7cm/s,南堤段围井注水试验,求得防渗墙渗透系数平均值为6.20×10-8,均小于1×10-5cm/s,符合设计要求。

3.2多年汛期观测

经过了4a的汛期洪水考验,最大流量达2.2万m3/s,该加固堤段未出现渗漏现象,说明解决了防渗问题,消除了隐患,工程效果是好的。

4技术的创新和选择

高压定喷灌浆技术,是在单管旋喷和单管定喷基础上改进发展起来的。它仅增加空压机等极少设备,保留了单管高喷的小型、轻便、灵活、机动的优点,另外还具有以下优势:

(1)工效提高。单管旋喷孔距一般在60cm以下,单管定喷孔距一般在80cm,二管定喷一般根据相邻孔墙连接形式、喷嘴夹角大小和不同地层进行试验,以确定孔距。碎石、砂砾土、粘土、砂土、砂层等,采用喷嘴夹角单墙连接形式,一般孔距为1000～1300mm。吹砂层、淤泥层等,采用喷嘴夹角单墙连接形式,一般孔距为1300～1500mm；采用喷嘴夹角菱形双墙连接形式,一般孔距为900～1100mm。孔距拉大,钻孔工作量减少,工效自然提高。另外单管喷仅一个喷嘴,二管喷是二个喷嘴,工序少,工效也提高。

(2)水泥用量减少。单管旋喷水泥用量约350kg/m2,单管定喷约为200kg/m2,而二管定喷为180kg/m2。

(3)造价降低。因工效提高,少钻孔,水泥用量减少,故工程单价也降低,单管旋喷约360元/m2,单管定喷约210元/m2,二管定喷约180元/m2。

(4)质量更好。由于高压定喷的钻杆直径为90～110mm,而单管高压旋喷的钻杆直径为45～55mm,二重管高压定喷的钻杆钢度大,钻孔垂直度好、偏离少；只要相邻孔墙是斜向连接形式,相邻孔孔距适当,高压定喷交接几率比单管高压旋喷交接几率大大提高了。另外,若采用夹角菱形喷嘴建双排防渗墙,造价接近于单管定喷(单排墙),但成墙可靠性却提高数倍以上。

5结束语

综上所述，通过开挖、取样送检、围井注水试验及防渗墙施工后多年汛期观测效果来看,高压定喷在防洪堤中构筑防渗墙,技术是可行的,经济是合理的,实践是成功的,具有普遍意义和推广应用价值。

参考文献

[1] 胡昱玲 刘占山，高压定喷灌浆施工的质量控制[J]安徽水利水电职业技术学院学报2008.03

[2] 苏建军，高压定喷灌浆防渗在崆峒水库除险加固工程中的运用[J]甘肃农业，2006.11

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。