三重管高压摆喷技术在基础防渗中的应用

孙士洪

据不完全统计当前国内有各类型拦河坝超过2.5万座，这些拦河坝在地区防洪、供水、农业灌溉、水产养殖等方面有着不可替代作用。坝基渗漏是影响坝体安全的主要因素。因此，做好坝基防渗是拦河坝工程成败的关键。三重管高压摆喷法作为坝基加固防渗的技术之一，在潮白河橡胶坝工程中得到了很好的应用。

1 工程概况

潮白河橡胶坝工程位于日照市五莲县潮河镇境内，拦蓄工程橡胶坝全长212.0 m，共3节，每节净长70.0 m，设计坝高3.5 m，库容45.0万m3。工程主要内容包括橡胶坝和冲排水泵站、坝基防渗墙、消力池、防冲槽等，总投资约2 000万元。经现场地质勘查，该坝址地质为砂性土，其渗透性较强，在坝基透水层段内设置一道防渗墙是最为经济有效的措施。

2 三重管高压摆喷原理

高压摆喷连续墙具有施工方便、适应性强、质量可靠等诸多优点，可适用于淤泥、粉土、砂土等多种地层。根据施工工艺不同，高压摆喷桩技术可分为单管、二重管、三重管，其中三重管法应用最广泛。

三重管法是通过三重管使高压水和空气同时横向喷射，冲蚀切割土体，借空气和水的上升将破碎的土浆托举排出；另外，第三个喷孔将水泥浆以较低压力同轴喷射，注入到被切割出来的空隙中并固结成柱（墙），达到加固土体，阻断地下水流的目的。

3 三重管高压摆喷技术设计及施工工艺

3.1 工程地质条件分析

经过实地勘察，该项目坝基整平后，其地层自上而下可分为三层：中砂层、粗砂层、砾砂层，其物理力学指标如表1所示。在中砂层中局部夹杂沙壤土，粗砂及砾砂中卵石含量约为30%左右，粒径在 50～80 mm。

3.2 三重管高压摆喷技术设计分析

1）钻孔布置形式及孔距设计。钻孔布置形式及孔距设计对防渗墙质量及工程投资有着直接影响。结合理论计算及现场试验，钻孔分为一序孔和二序孔，设计孔距为1.0 m，孔径0.15 m，摆动角度为30°，连接角度130°，孔深要求深入稳定基岩层不少于0.2 m，布置双排钻孔，在施工时可根据具体地质条件进行必要调整。

2）施工参数的确定。水、空气、水泥浆的压力及流量设计直接关系到施工质量，在设计时需要考虑以下问题：①增加喷水量及水压可增加固结体厚度，但泥浆也会有被稀释；②压缩空气可保护水束不分散从而增加切割长度。一般坝基地层土颗粒越大，钻孔越深，输气量及压力宜越大；③水泥浆稠度及压力要控制好，输浆量需根据试验确定；④提升速度过快会影响墙体稳定，提升太慢造成水泥浆浪费。

水压F可根据公式（3-1）计算，其他计算公式省略。结合现场试验，确定本项目水压力35～40 MPa，流量 80 L/min；气压力 0.7～0.8 MPa，气量120 L/min；浆压力 0.2～0.6 MPa，流量 80L/min；提升速度为20～30 cm/min。

式中：ρ 为密度，kg/m3；Q 为喷射流量，m3/s；V为喷水速度，m/s。

3）灌浆材料设计。根据工程要求不同，喷浆材料可分为普通型、早凝型、高强型、填充型、抗冻型等，由于本项目无特殊要求，因此采用普通型即可。水泥型号为P·O42.5，单管法水灰比为1∶1～1.5∶1；二管法为 0.8～1.0∶1；三管法为 0.7～1.0∶1。本项目为三管法，水灰比采用0.8∶1。

3.3 三重管高压摆喷技术施工工艺分析

三重管高压摆喷技术的主要施工流程为：钻孔→插管→高压摆喷→检验等。本项目应用的主要施工机具有：XY-2型（300型）地质钻机、高压泵、注浆管、JS1000和JS750强制式制浆机等，下面根据施工流程进行详细分析。

1）钻孔。首先对防渗墙轴线、孔位和孔口高程进行测量放样，标明钻孔序号和孔号。开孔位置与设计位置偏差≤5 cm，孔斜率≤1%，若因故必须调整钻孔位置，需严格履行变更程序。在钻进中若出现泥浆严重漏失、孔口不返浆时，可采取加大泥浆浓度、泥浆中掺砂或填充堵漏材料等措施，直至孔口返浆后再继续钻进。现场技术员应实时记录孔位、孔深、地层变化和漏浆、塌孔等特殊情况。钻孔暂停或终孔待喷时，应做好孔口加盖保护；若时间较长，应采取措施防止塌孔。

2）高压摆喷。本项目先灌注一序孔，再灌注二序孔，且相邻孔高喷灌浆间隔时间不宜少于24 h。下喷射管前，应进行地面试喷并调整喷射方向。当喷头下至设计深度时，应先按确定的施工参数送浆、水、气进行静喷，待浆液返出孔口、情况正常后方可开始喷浆。高压摆喷采用“全孔连续”作业，每当拆卸喷射管后，应进行复喷，其长度不小于0.2 m。

3）防渗墙质检。本项目要求摆喷墙体有效厚度不小于20.0 cm。最小墙厚不小于12.0 cm。具体参数如下：抗压强度：R28≧4.0 MPa；墙体渗透系数 K＜i×10-6cm/s（1＜i＜10）；允许渗透比降：〔J〕＞60。围井试验宜在喷浆结束7d后进行；墙体钻孔检查宜在该部位完成高喷28d后进行。

3.4 异常施工情况处理

1）在供浆正常情况下，孔口回浆密度小且不能满足设计要求时，应加大进浆密度或进浆量。在富水层，应当减少风量或降低风压；

2）若发生串浆，应填堵被串孔，待灌浆孔高喷结束后，应尽快进行被串孔的扫孔、喷浆或继续钻进；

3）现场需有备用设备，保证高喷作业能连续进行。高喷灌浆因故中断恢复施工时，应进行复喷，复喷深度不小于0.5 m。

4 结语

三重管高压摆喷技术具有施工速度快、固结强度大、综合成本小、防渗效果好等诸多优点，目前配套设备及工艺非常成熟，使施工质量有很大保证。白潮河橡胶坝坝基经该技术处理后，其防渗性达到设计要求，坝体运行多年后结构稳定，相对于其他防渗技术节约成本30%以上，取得了较好的经济和社会效益。

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