深层搅拌与高喷灌浆组合截渗技术在堤防工程的应用

2014-11-14傅敏

黑龙江水利科技 2014年9期

关键词：防渗墙堤防深层

傅敏

(江西省抚州市水电勘测设计院，江西抚州344000)

0 引言

从深层搅拌技术与高喷灌浆技术的特点来看，两种技术存在结合的可能。

两种技术的原理都是将水泥浆与原土进行混合以后形成水泥土固结体，不同的是搅拌的方式存在差异。

深层搅拌技术在搅拌方法上采用的是机械搅拌，高喷灌浆技术在搅拌方法上采用的是喷射高压液流搅拌。

不管是何种搅拌方式，其所形成的水泥土固结体的性质是类似的，都能够形成一个完整的、连续的整体［1］。

所以，深层搅拌技术与高喷灌浆技术在结合应用，从技术层面上来讲是可以实现的。

根据以上认识，将两种技术结合在一起应用于实际工程中，降低了工程造价，发挥了两种技术各自的优势，使工程的整体效果得以实现。因为两种技术大规模结合用于实践在国内还不多，所以在施工前，需要进行大量的试验研究，通过试验结果显示，工程效果比较理想［2］。

文章以某河流防洪堤一期工程为例，对两种技术结合应用的效果进行分析。

1 深层搅拌与高喷灌浆技术的原理

与用于堤防工程防渗的其它技术相比，深层搅拌技术具有工程效果好、造价低的特点，在黄河、长江、松花江、淮河等流域中已经得到了比较广泛的应用。

在本文所研究的某河流防洪堤一期工程中，深层搅拌技术的应用也标志着该技术在该河流域正式开始应用［3］。

深层搅拌技术与高喷灌浆技术的结合，首先是在某一段施工区域进行深层搅拌施工，然后在相邻的一段进行高喷灌浆施工，并且使两段施工区域良好的进行衔接。

将两种施工技术有机的结合起来，也能够保证堤防工程形成一个有一定强度的、稳定的、整体的、不透水的水泥防渗墙。

2 工程概况

某河流域堤防工程施工段位于广西地区，防洪堤沿着河流左岸布置，全长3.57 km。工程设计中，防洪墙全部采用钢筋混凝土结构，主要的建筑物类型包括主提工程、护岸工程、堤后集水渠及排涝泵站等［4］。

为了折减渗压水头，预防堤基土在挡洪期间，由于承压水压力过大，发生渗透破坏，设计在堤底部前1 m距离建造防渗墙。防渗墙施工工期为1 a，总面积达到4.2万m2。

工程所在地的地质类型为第四系人工堆积层、残积层及冲击层，地质情况比较复杂，因此在施工中要先进行导孔勘察，最终确定防渗墙所要穿过的地质结构分别为:

1)人工填土层:土质类型主要是杂填土，成分复杂，结构松散，由生活垃圾及建筑垃圾等构成，其中夹杂着船舶抛弃物、碎砖瓦块等，在局部地区还包含素填土、砌石及抛填块石等［5］。

2)沙壤土:主要由粉细砂及粉黏粒构成，局部夹杂黏壤土。

3)壤土:主要由黏粉粒构成，少量还有粉细砂。

4)泥沙层。主要由粉黏粒及粉细砂构成。

3 施工方案设计

在原来的设计方案中，防渗墙的上半段采用深层搅拌技术，下半段采用振动沉模板成墙技术。但是经过到施工现场勘查以后发现，由于下半段的地下障碍物比较多，包含木桩、条石及碎砖瓦等，如果采用振动沉模板成墙技术，那么下半段防渗墙的施工难度非常大［6］。

所以临时对原有施工方案进行了调整，将振动沉模板成墙技术改为深层搅拌技术与高喷灌浆技术集合的施工方案，并给出以下理由:

1)从施工经济性与可靠性方面来看，深层搅拌技术都没有问题。

但是由于该施工地段部分区段地质条件比较复杂，深层搅拌技术无法实施。

2)高喷灌浆技术针对复杂地质条件下的施工是没有问题的，但是其成本过高。

3)深层搅拌技术和高喷灌浆技术相结合的施工方案，在施工中，能用深层搅拌技术的地方必须用深层搅拌技术，不能用的地方采用高喷灌浆技术，保证施工的经济性。

4)在以往深层搅拌技术的应用中，遇到砾石地层、坚硬的卵石地层或者要经过高压线等特殊地段时，有选择高喷灌浆技术进行衔接的经验，而且取得了不错的效果，只不过施工的规模比较小［7］。

从两种方案造价对比来看，单独采用高喷灌浆技术的成本比单独采用深层搅拌技术的成本高出10%左右，工程总投资相应增加5%左右，采用两种技术相结合的方法能够有效的降低工程成本及投资。

根据施工现场的实际地质情况以及施工方案改进建议，经过反复讨论，最终决定采用两种技术结合的施工方案。

4 防渗墙施工

防渗墙施工内容包括以下2个方面:施工参数的确定和防渗墙施工。

4.1 施工参数的确定

为了对深层搅拌的施工参数进行确定，在施工之前，首先进行了生产性的试验，试验选择3种水灰比，分别为1.2∶1、1.5∶1、1.7∶1，深层搅拌桩位于 0+786附近，桩径320 mm，深度12 m，城墙长度为6.75 m。

经过7 d以后进行开挖检查，并进行室内实验，根据室内实验结果与现场检查结果进行对比分析，最终确定深层搅拌技术施工技术的各项参数分别为:水泥掺入比≥12%;水灰比选择1.7∶1;防渗墙墙体厚度控制在220～300 mm;墙体抗压强度＞0.5 MPa;渗透系数＜1.0×10-7cm/s。

采用高压喷射灌浆技术，也要进行试验，试验水灰比选择1∶1，在1+096附近做一个5 m深旋喷单桩和一个围井(1.5 m×1.6 m×14 m)。

7 d以后进行开挖检查，并进行注水试验与室内实验，将注水试验与室内实验结果与工程实际情况结合分析以后，确定采用高喷灌浆技术的各项施工参数分别为:水压力35～40 MPa;水流量75 L/min;气压力0.5～0.7 MPa;气流量0.8～1.5 m3/min;水灰比1:1;孔距:旋喷1.0 m，摆喷1.5 m;摆喷摆角25°;提升速度:旋喷 8 ～10 cm/min，摆喷 8 ～12 cm/min;墙体厚度＞120 mm;抗压强度＞2.0 MPa;渗透系数≥4.0×10-7cm/s。

4.2 防渗墙施工

因为工期短，所以施工采用分段施工方法，投入5套设备同时进行。

深层搅拌技术采用桩机、制浆机、输浆泵3台设备，共3套;高喷灌浆技术采用高喷台车、回转式钻机、高压水泵、灌浆泵、空压机及制浆机6台设备，共2套。

因为施工地段地质条件复杂，首先应该通过导孔对地下障碍分布情况进行探明，以此来确定两种技术分别使用的范围，然后制定出整体施工方案以及两种技术组合施工的方案。组合施工可分2种情况:①两种技术施工水平方面结合;②两种技术施工垂直方向结合。

4.2.1 水平方向结合

所谓水平方向结合，就是两种施工技术在同一轴线上，轴线的两侧分别采用深层搅拌防渗墙和高喷灌浆防渗墙［8］。

施工方法:先进行深层搅拌技术施工，并将施工起点与终点的标记做好，如图1所示。在需要采用高喷灌浆技术的区段布置高喷孔位，采用摆喷施工方法:在两种技术施工衔接的部位钻孔，用旋喷方法进行衔接。

图1 深层搅拌施工成墙效果图

4.2.2 垂直方向结合

在上层采用深层搅拌技术，此时要注意深层搅拌防渗墙的底部高程尽可能的保持一致，这样方便高喷灌浆防渗墙的衔接。

然后进行高喷灌浆孔位布置，孔位尽可能的靠近深层搅拌防渗墙轴线，通常距离深层搅拌防渗墙轴线的距离不超过桩径的一半。

最后进行高喷灌浆防渗墙施工，从底部开始摆喷，提升到深层搅拌防渗墙底部时，改为旋喷，在旋喷上提达到1m以后停止，将喷浆口提升到地面，成墙效果如图2所示。

图2 高喷灌浆施工成墙效果图

5 墙体质量检查

5.1 开挖检查

分别进行探坑开挖与探井深度开挖，从开挖检查的结果来看，不管是深层搅拌防渗墙还是高喷灌浆防渗墙，衔接部位的界限比较明显，而且衔接情况良好。

尤其是墙体中的碎砖瓦块的胶结效果也比较理想，墙体的连续性较好，厚度也满足设计要求。

5.2 取样进行室内实验

在墙体不同高度上分别进行钻孔取芯，对芯样进行室内抗压试验、抗渗试验，通过试验结果可知，深层搅拌防渗墙的抗压强度为0.7～2.5 MPa，渗透系数为1.03×10-7～9.64×10-7cm/s;高喷灌浆防渗墙的抗压强度为2.33～6.0 MPa，渗透系数为4.0×10-7～7.0×10-7cm/s，从这一结果可以看出，两种墙体的抗压、抗渗指标均达到设计要求。