高压摆喷施工技术在洪泽湖大堤堤基防渗处理中的运用

孙 松 徐善安 孙远见

（1.江苏省洪泽湖水利工程管理处，江苏 洪泽 223100；2.徐州市水利工程建设监理中心，江苏 徐州 221000）

1 工程概况

洪泽湖大堤位于洪泽湖东岸，北起淮阴区码头镇，南至盱眙张庄高地，全长67.25 km，里程桩号0+000～67K+250（由北向南编号），堤顶高程19.0～19.5 m（废黄河零点，下同）。大堤保护着下游里下河地区200 万hm2耕地和2600 多万人口的安全，保护区内有淮安、盐城、扬州、泰州等经济发展较快的城市和京沪高速公路、宁连高等级公路、新长铁路等国家重要基础设施。任何时候必须确保大堤安全，万无一失。

图1 高压摆喷截渗墙布置图（56K+500 处）

2000年以来，洪泽湖大堤背水坡脚发现多处集中渗流和大面积窨潮等险情。根据较全面的地质勘探，发现上述险情主要是由于堤基内部存在强渗水通道和部分堤身不密实所致。2012年9月，江苏省发展改革委员会批准实施洪泽湖大堤除险加固工程省管段工程。堤基防渗处理工程是本次加固的主要工程之一，主要是根据地质勘探资料中堤基渗流通道③2层土的分布，采用高压摆喷施工技术，沿上游堤肩堤身轴线方向布置垂直截渗墙（如图1），墙体高1～10 m（高程-3～7 m），长15.45 km。

2 高压摆喷工艺参数

2.1 设计要求

2.1.1 施工工艺

喷浆工艺采用三重管法，施工工艺为：利用钻机引孔至设计深度后，将喷具下至设计深度，控制喷嘴摆角，通过高压水切割造槽，压缩气保护水流射程，经过切割、搅拌、置换等工序，利用水泥浆液充填槽孔，形成水泥土固结体防渗墙。

2.1.2 墙体设计指标

截渗墙墙体厚度不小于10 cm；墙体嵌入③2层土的上层土100 cm，下层土50 cm，在施工过程中，依据地质资料，实时调整；墙体渗透系数为A×10-6cm/s（1≤A≤9）；28 d 抗压强度不小于1.0 MPa。

2.2 施工工艺参数的确定

根据规范要求，在高压摆喷灌浆作业开始前，应选择地质条件具有代表性的地段进行现场灌浆试验。经讨论研究，选择大堤桩号40K+350～40K+450 和52K+034～52K+134 共计200 m 地段进行高压喷射灌浆的现场工艺试验，前段代表大堤的综合情况，后段代表大堤历史决口处。

根据工艺试验结果，综合经济技术指标，最终确定施工工艺参数采用：孔距1.4 m，水压大于40 MPa，气压0.5～0.7 MPa，浆压不小于1.0 MPa，提速15 cm/min，摆速15 次/min，水灰比1.0，喷射角40°（±20°）。

3 截渗墙质量控制

3.1 材料、浆液质量控制

浆液采用P.O42.5 级普通硅酸盐水泥，制浆水使用洪泽湖水。经取样检验，原材料的各项指标均满足相关要求。施工时按确定的水灰比用机械搅拌水泥浆液，水泥均匀放料，浆液使用前过筛。定期用比重称检测水泥浆液密度，及时调整浆液浓度，确保浆液质量。

3.2 施工放样

在高压摆喷墙施工轴线上用钢尺测放钻孔位置，孔位放样精度应满足设计要求。绘制摆喷钻孔平面布置图，用竹签等标定孔位。

3.3 钻孔质量控制

高压摆喷钻孔由地质钻机进行，根据桩位平面布置图进行钻孔定位，钻进过程中泥浆护壁，确保孔形完成不坍塌，满足摆喷施工需要。钻孔前每间距30 m 设一个先导钻孔，先导钻孔采用全断面取土样，以进一步探明堤基③2层分布情况，再根据实测作业面高程，控制施工高压摆喷墙顶、墙底高程。

3.4 高喷质量控制

高压摆喷施工是由多台机械设备联合作业，施工时各设备操作人员之间要统一口令，相互沟通，按确定的技术参数控制设备的运行参数。喷射管喷嘴下设至高压摆喷防渗墙底位置试喷，调整高压水、注浆压力、空压机供气压力、摆角、提升速度等达到试验确定的参数要求，开始摆喷提升作业，施工中控制施工水泥浆液比重、注浆压力等偏差满足规范要求。喷射管喷嘴提升超过设计防渗墙顶高程后，停止摆喷作业，提出喷管，并对已完成的高压摆喷桩上部及时回灌。摆喷作业完成后，利用后续孔冒浆连续回灌至已喷孔内封孔，直到浆液面稳定为止，封孔后再对浆液收缩留下的空孔部分利用施工冒浆进行二次复封。

4 截渗墙质量检测

高压摆喷截渗墙墙体埋深较大，且墙体较薄，工程实体质量检测具有一定难度。故本工程采用多种检测方法相结合，以确保检测结果准确。

4.1 常规检测

4.1.1 检测内容及方法

（1）墙体最小厚度及外观质量：探坑检查。

（2）墙体深度：钻探法。

（3）墙体水泥土力学性能及抗渗指标：钻芯法。

4.1.2 检测结果

（1）墙体高度

采用地质工程钻机钻取芯样共计14 孔。从取芯结果来看，③2层透水层芯样总体完整、均匀。墙体实测高度1.0～10.3 m，满足设计要求。

（2）水泥土无侧限抗压强度

在墙体芯样上取样进行水泥土无侧限抗压强度指标检测。每孔芯样各取1 组，每组3 个，共42 个试样，单个试件抗压强度值为1.63～10.66 MPa，全部满足水泥土28 d 抗压强度≥1.0 MPa 的设计要求。

（3）渗透系数

每孔芯样各取1 组进行水泥土渗透试验，每组6 个，共84 个试样。试件为圆台体，上口直径70 mm，下口直径80 mm，高度30 mm。渗透系数检测值为1.18×10-6～7.28×10-6cm/s，全部满足设计要求。

（4）墙体厚度及外观质量

为了直观检查截渗墙墙体，高压摆喷灌浆试验段局部将墙体施工至地表，采用探坑法检查墙体成型厚度及搭接质量。共检测7 个部位，探坑长度为3～4 m，墙体出露高度约2 m 左右。检查结果表明：检测部位墙身外观质量及搭接状况良好。墙体厚度实测值10～50 cm，均满足设计要求。

4.2 探地雷达检测

2013年1月23日，江苏省水利科学研究院对洪泽湖大堤桩号40K+350～40K+380、40K +400～40K+450、52K+043～52K+083、52K+083～52K+106 段截渗墙进行了探地雷达检测。

4.2.1 工作原理

探地雷达系统利用天线向被检测物发射宽频带高频电磁波，电磁波信号在介质内部传播遇到介电差异较大的介质界面时会反射并返回，反射回的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，由雷达主机精确记录下反射回的电磁波的运动特征，再通过信号技术处理形成全断面的扫描图。截渗墙存在缺陷时，缺陷处与截渗墙体之间存在一定的电性差异，研究接收到的电磁波双程旅行时间、波形与波幅变化规律，就可以判断是否存在空洞等缺陷，从而研判地下介质的连续性等性质。见图2。

4.2.2 检测设备

美国GSSI 公司生产的SIR-20 系列探测设备，数据采用RANDAN6.6软件进行后处理，最后形成雷达图像用于辨别异常及解释结果。

4.2.3 检测结论

检测结果表明：截渗墙墙体总体连续、完整，不存在空洞、错断现象。

以52K+043～52K+083 段检测结果为例，截渗墙与上覆土层在雷达波形图上有较为明显的分界线，表现为截渗墙反射信号较强且较连续，而上覆土层由于经过摆喷机械施工扰动，反射信号相位倾斜度较大且反射相对较弱。图下方的方框标注区域即为截渗墙体部分，可看出雷达波形总体变化不大，无抛物线状圆弧雷达波形等明显特征，同相轴基本连续，表明截渗墙墙体总体连续、完整，不存在空洞、错断现象。见图3。

图2 探地雷达工作原理图

图3 52K+043～52K+083 区域探地雷达剖面图

4.3 物探检测

2013年5月28～29日，江苏省工程勘测研究院有限责任公司对洪泽湖 大 堤 桩 号40K+363～40K+463 和52K+368～52K+024 段截渗墙进行了物探检测。

4.3.1 检测方案

根据工程的实际情况和测试要求，在截渗墙墙体轴线部位采用高密度地震映像法测定墙体的连续性，采用多道瞬态面波测定墙体的顶、底埋深。另外，在墙体轴线外侧3 m 处抽测部分土体，绘制高密度地震映像解译剖面图，以与截渗墙墙体部位的波形进行对比。

4.3.2 检测设备

北京市水电物探研究所研制的SWS-5 型多波列数字图像工程勘探与工程检测仪。

4.3.3 检测结论

检测结果表明：截渗墙墙体连续性较好，墙体顶、底高程与原始施工记录基本吻合。

以大堤桩号40K+363～40K+463段为例，检测情况如下：

（1）地震映像

比较轴线处与轴线外的地震映像图，大致有如下特征：①轴线处高密度地震映像分布比轴线外均匀且绝大部分比较连续，说明高压摆喷截渗墙体连续性较好；②通过轴线东侧3 m 处的高密度地震映像图和轴线处的影像对比，以40K+413 处为界，往断面号变小方向面波相位增多，这是由于面波在传播过程中遇有较高密度介质产生转换波且在该介质中面波的高阶振型发育，反映了土体强度较轴线外高；往断面号变大方向面波相位虽多，但比较杂乱，该处曾进行过充填灌浆加固，详见图4；③轴线处40K+376～40K+388 部位地震映像图中上部80 ms 处面波振幅减小，40K+392～40K+397 部位地震映像图在200 ms 处面波振幅减小，说明上述两段墙体中存在低速体分布，可能是由于原有土层内碎石分布较多所致。

（2）面波及频散曲线

本段在40K+439.2 附近采用多道瞬态面波测定墙体的顶、底埋深。频散曲线详见图5。

根据图5，在40K+439.2 处高压摆喷截渗墙墙顶埋深13.5 m，墙底埋深24.0 m，该段地面高程18.6 m，对应的墙顶、底高程为5.1 m、-5.4 m；根据施工原始记录，该段墙顶、底高程分别为5.4 m、-4.2 m，检测成果与施工单位提供的资料基本吻合。

5 截渗效果

为了验证截渗墙的实际效果，在54K+300 断面设置2 根测压管测量截渗墙前后③2透水层的水头变化，其中，1 号测压管位于截渗墙上游侧，2 号测压管位于截渗墙下游侧，具体布置如图1 所示。部分观测数据如表1 所示。

图4 40K+363～40K+464 段截渗墙高密度地震映像解译剖面图

图5 40K+439.2 处频散曲线图

从观测数据可见，截渗墙前后③2层的水头有明显的下降，平均降幅在0.3 m。观测数据表明：截渗墙对③2透水层起到了较为明显的截渗作用。

6 结语

通过在施工过程中严格控制高压摆喷各项工艺参数，加强过程控制，使得目前对工程采取的各种检测结果表明：洪泽湖大堤堤基防渗处理采用的高压摆喷截渗墙墙体高度、厚度、连续性、渗透系数及抗压强度等各项指标均满足设计要求，且截渗墙对③2透水层起到了较为明显的截渗作用，达到了预期效果。高压摆喷截渗技术在洪泽湖大堤中的大范围应用，可对其他堤防工程堤基防渗处理起到一定的借鉴作用。

表2 54K+300 断面1、2 号测压管部分观测数据