论述北引渠首泄洪闸特殊地质条件下防渗墙施工方案的选择

张晓春 崔静

摘 要：文章对北引渠首泄洪闸特殊地质条件下混凝土防渗墙采取的施工方案进行了比较，可供同行参考。

关键词：水利工程；防渗墙；振动射冲

引言

在特殊地质条件下的防渗墙采取振动射冲与高喷灌浆相结合的施工方案，既可以节约成本，而且还能提前工期。

1 地质条件

泄洪闸位于嫩江江道中，江底高程164.27m～170.47m，地层为第四系全新统冲积层（alQ4）及中更新统冲积、湖积层 （al+lQ2）。其岩性主要为级配良好细砾、高液限粘土、级配良好粗砂、级配良好粗砾等。

区内地下水为第四系松散层孔隙水，共有两层，其第一层也就是上层是第四系全新统松散层孔隙潜水，它的含水性非常好，而且能有效的渗透。第二层是第四系中更新统孔隙承压水，组成成分是粗砂以及一些砂砾等。它的含水性和渗透能力等都比较好。其岩性根据钻孔揭露自上而下为：③级配良好细砾，连续分布于全区，层厚3.90m～6.20m，层顶面高程168.45m～170.55m，位于水下。④高液限粘土，连续分布于全区，层厚2.00m～6.50m，层顶面高程163.85m～164.95m。④-1级配良好粗砂，呈透镜体状分布于④层中，层顶面高程162.07m～164.26m，最大厚度2.50m。⑧级配良好细砾，连续分布于全区，层厚15.80m～20.00m，顶面高程158.45m～161.07m。⑧-1级配良好粗砂，层厚2.00m，层顶面高程143.45m～143.46m。⑨级配良好粗砾，存在于整个的区域当中，勘探深度内未揭穿，最大揭露厚度4.00m，顶面高程140.46m～144.57m。

2 方案比选

通过设计人员的多方比对分析，最后选定了三个方案，接下来将对三种方案展开细致的分析。

方案1：薄壁砼防渗墙方案

基本原理是：用薄型液压抓斗分期成槽，然后下设接头管、浇筑混凝土、拔接头管，然后二期重复上述步骤。该措施在河坝项目中经常使用，其抓取地层的水平很高，而且墙的稳定性好。它的优点是品质高，而且易于检测，具有较高的防渗能力。它也存在缺陷。比如项目的开展必须要建设较高水准的平台，而且要建设很多的辅助工程。项目的整体耗时很久，花费的资金也较多。

方案2：高喷灌浆方案

高喷灌浆技术是目前水利工程中应用较广泛的防渗措施之一，是山东省水科院在20世纪80年代的科研成果。施工工艺是利用钻机造孔，然后将喷射装置放入预先钻好的孔内，用高压射流对地层进行切割破碎，同时灌注水泥浆与破碎的土体掺搅混合，在土中形成凝结防渗体，以达到防渗目的。

本地层细砾渗透系数500～800m/d，水泥浆在动水条件下极易流失，目前的试验已证实了这一点。除应掺加速凝剂外，在喷射形式上宜采用旋喷桩套接方案。本方案设计墙体指标如下：弹性模量500-10000MPa，抗压强度1-10MPa，渗透系数小于i×10-6cm/s，最小墙厚0.3m，比降不小于50。

它的优点是其施工的品质较好，符合项目对于防渗的规定，除此之外，它的速度方面也非常有优势，符合项目的时间要求。最后它对地层的适应能力非常好，不需要建设过多的暂时性的项目。当然这并不表示它不存在缺陷。它的主要问题是防渗的能力比对于别的方案来讲有一定的欠缺。而且花费的资金比较多。

方案3：振动射冲防渗墙+高喷灌浆方案

振动射冲法是最近几年才得以发展使用的一类工艺，它主要被应用到河湖等项目中，起到垂直防渗的作用。

之所以使用这种综合措施，主要是考虑到了以下几点。首先项目规划的泄洪闸所在区域地下有抛石等，单独的使用一种方法，无法将存在的问题处理好。第二，对于那些卵石聚集的区域，振动射冲的效果不是很好，如果使用综合方法的话就能够将两个方法的优点都体现出来。

该方案的优点非常多。比如它符合围堰对于防渗的规定。同时射冲的速率非常高，而且总体的防渗水平较好，一体机的使用能够将原本较为复杂的地层施工工作开展的非常顺畅，进而节省了部分时间。除此之外，还能够将之前方案中面对的泥浆浪费问题解决好，节省了大量的水泥，而且能够起到省电的作用。最后，它不需要建设过多的暂时性的项目，也就是说项目的总体工程量减少了。它的缺点较为明显，比其他的方案多了一个工作步骤，它的防渗能力比第一个方案要差，不过要比第二个优秀。

通过上文的多方面比对，可以发现第三个方案的可行性非常高，不论是对工期的把握还是对质量的保证都能够做得非常合理。

3 振动射冲防渗墙+高喷灌浆综合实施方案

3.1 围井试验

根据2009年11月1日的会议要求，原定围井试验方案有变动，在已完成围井的一边的情况下，另外三个边改为上部8.5m为振动射冲防渗墙，下部用旋喷桩套接接墙方案。施工参数如下：

孔距暂按1.0m考虑，喷射参数如下：

高压浆压力36～38MPa，流量不小于80L/min；压缩空气压力0.7MPa，流量不小于1.2m3/min；提升速度8～10cm/min；桨液水灰比1：1，比重约1.50。

3.2 组合施工工法各自的施工范围

依据现有的试验资料，自堰顶高程179.8以下11m范围内可以较为容易的建造振动射冲防渗墙，其下5.5m深度需采用钻喷一体旋喷桩与上部防渗墙连接成整体。两种工法所完成的工程量比例约为3：2。

3.3 实施方式

组合施工工法将振动射冲防渗墙和高喷灌浆作为综合施工技术的两道工序，首先进行振动射冲防渗墙施工，在浆液未达到终凝之前完成其下的高喷灌浆施工，高喷灌浆采用钻喷一体不分序施工技术，可将防渗体混合成一个整体，从而提高防渗性能。

3.4 工效、工期、设备组合

依据常规经验，振动射冲防渗墙按每天完成200m2，钻喷一体高喷灌浆按每天完成150平方米。围封面积按2.2万平方米考虑，按上述划分比例各自的工程量分别为1.32万平方米和0.88万平方米。单套设备需要的施工时间分别为66天和59天，两套设备需要的施工时间分别为33天和30天，考虑1.5倍的不可预见因素，振动射冲和高喷灌浆各两套设备施工工期分别为50天和45天。

3.5 水泥及电力消耗预测

与单纯采用旋喷桩相比，组合方案除了防渗体性能优于旋喷桩外，另一个优势是水泥、电力用量省。在利用高喷回浆的情况下，振动射冲防渗墙水泥用量预计不超过300kg/m2，比采用旋喷桩节省200kg/m2，平均水泥用量约0.38t/m2，节省水泥总量超过2000吨以上；振动射冲的动力仅及高喷的一半，钻喷一体设备成孔的用电量也有较大下降，综合分析用电量比单纯高喷减少1/3。以旋喷桩用电量20度/m2计算，预计电力消耗减少14万度以上。

3.6 施工设备配备

编号名称、型号及规格额定功率（KW）数量（台）用途。

3.6.1 振动射冲设备

（1）中压泥浆泵22 2提供中压浆；（2）振动射冲成槽机 60 2 成槽作业平台；（3）搅灌机 4 2 搅拌水泥浆。

3.6.2 高喷灌浆设备

（1）高压泥浆泵 90 2 提供高压浆；（2）空压机 14 2 提供压缩空气；（3）搅灌机 14 4 搅拌水泥浆；（4）旋喷钻机 50 2 高喷作业平台。

3.6.3 辅助设备0

（1）污水泵 4kw 4 排污；（2）潜水泵 2.2KW 6 提供生产、清洗用水；（3）电焊机30KVA2 加工维修。

4 结束语

北引渠首泄洪闸工程采取的振动射冲+高喷灌浆防渗墙施工，防渗性能达到了设计要求。节省了大量的资金，而且提前了工期，为下一步主体工程施工创造了良好的条件。