浅谈高压定喷截渗墙在堤防防渗工程中的应用

于普 马艳丽

【摘 要】高压定喷截渗墙是由定喷形成板状墙段，并依照不同角度彼此搭接起来，最终形成的地下截渗防渗墙，具有良好的防渗效果及耐久性。高压定喷灌浆施工简便、机械化程度高、施工截渗性好，因此在堤防防渗工程中得到广泛的应用，本文以某堤防堤身防渗加固施工为例，对二管法高压定喷截渗墙的施工工艺、施工过程控制及成墙后质量检验等方面进行探讨。

【关键词】高压定喷截渗墙；施工工艺；过程控制；质量检验

中图分类号： TV223.42；TV66 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）05-0136-003

【Abstract】High-pressure fixed spray cutoff wall is formed by fixed spray to form a plate-shaped wall segment， and overlaps each other according to different angles.The resulting underground cut-off seepage prevention wall has good anti-seepage effect and durability.The high-pressure fixed-jet grouting has the advantages of simple construction， high degree of mechanization，and good construction interceptibility. Therefore， it has been widely used in embankment anti-seepage projects.The construction technology of the seepage wall， the control of the construction process and the quality inspection after the wall is discussed.

【Key words】High pressure fixed spray cutoff wall；Construction process；Process control；Quality inspection

0 前言

高压定喷截渗墙施工工艺技术是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，是利用高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或复合浆形成墙桩凝结体，借以达到防渗的目的。高压定喷灌浆技术可适用于黏土、粉土、砂土、砾卵石、淤泥质土等，施工方法包括单管法、二管法及三管法，应根据不同地层结构、土体密实度及设计要求选择合适的施工方法。

1 高压定喷截渗墙应用案例

某一级堤防险点加固工程中，堤身68+980～69+300段由于历年受到汛期水流侵蚀严重，造成背河侧堤身出现渗漏现象，给附近居民生命及财产安全带来极大隐患，经现场勘测本段堤防所处的地层自上而下分别为黏土、壤土、砂壤土、砂土，地下水位位于堤顶以下12m～13m，综合考虑防渗深度及防渗效果的前期下，经研究决定采用高压定喷截渗墙技术进行施工，截渗墙设计深度为19.5m。截渗墙采用Ⅰ序孔、Ⅱ序孔分别施工，搭接布置如下图1：

高压定喷截渗墙施工方案为施工准备、试桩施工、工程桩施工、质量检验四个阶段。

1.1施工准备

1.1.1 原材料的准备

高压定喷灌浆施工宜使用水泥浆，因此水泥材料的选择尤为重要，是影响高压定喷防渗墙施工质量的关键因素。水泥应选择生产技术成熟、产品稳定、生产能力大水泥生产厂家，经考察最终确定采用山水集团生产的42.5级普通硅酸盐水泥。

1.1.2 机械设备的准备

（1）XY-2型钻机，钻孔孔径Φ110mm，主要用于高喷灌浆孔的钻孔作业；

（2）GP-1800-2高压定喷台车，高塔架无机调速型，喷管直径Φ89mm，喷嘴直径1.8mm～2.0mm，主要用于喷浆提升成墙作业；

（3）3D-S8-75/500高压灌浆泵，将高压浆液输送到高压喷浆管中；

（4）VF-6/7-A空压机，提供高压气体；

（5）YJG-80立式灰浆搅拌机，拌制水泥浆液；

（6）1m3集料斗，储存拌制好的水泥浆液，进浆口应设置过滤网过滤未搅拌均匀的水泥结块；

（7）发电机。

1.1.3 现场准备

（1）场地清理

施工前，按照施工规范的要求进行场地清理。清理后的场地应平整，并做好排水。

（2）布桩图

开工前，根据图纸标明线路中心、里程、堤肩线、每根桩编上编号，标出设计桩长。

（3）测量放样

首先对设计单位移交的导线点与水准点，会同监理工程师进行复核，确认无误后再使用。测量人員按设计图纸、布桩图，进行桩位、原地表标高、桩位孔口标高等有关测量放样工作。

1.2 试桩施工

高压定喷截渗墙正式施工前应进行工艺性试桩施工，试桩地点选择在与工程桩施工条件相近的区域，试桩深度不小于设计要求，试桩材料与施工一致，以掌握适用该区段的成桩经验及获取各种操作技术参数：

（1）满足设计要求的各种技术参数，包括钻机钻进与提升速度、喷气压力、单位时间的喷入量、水泥浆压力、单位时间用浆量、水泥浆比重等；

（2）检验选定的施工设备和施工工艺是否满足要求；

（3）校验连续墙抗渗性能是否满足要求。

由于高压定喷截渗墙是地下隐蔽工程，施工过程控制就非常重要，只有通过工艺性试桩，取得较适宜符合工程实际情况的施工工艺参数，才能用以指导大面积施工，工艺试桩参数的准确性、可靠性是后续工程桩施工质量的有力保障。

1.3 工程桩施工

1.3.1 施工场地平整和规划

对施工场地进行平整，对低洼和表部松散部位回填、夯实和加固，以满足施工机械行走的需要。

施工制浆、喷浆与排废浆区域应合理规划，制浆区与高喷区距离应保持不小于20m的距离且不大于100m，保证高压作业的安全性及施工连续性，废浆排放池应根据工程需要选择不妨碍施工的位置开挖排浆沟和废浆池，废浆池中间用细孔滤网间隔，一侧池底高程高出另一侧2m，以便将废弃浆液过滤后回灌使用，既节约成本又减少了对环境的污染。

1.3.2 钻机钻孔

调整钻机呈水平状态，稳固后方可开孔。开孔孔位与设计孔位的偏差不大于5cm。采用套管钻进直接到设计孔深，起钻后注入护壁泥浆，用拔管机拔出套管并保护好孔口，防止异物掉入孔内，钻孔分Ⅰ、Ⅱ两个次序进行。

钻孔时采取防止孔斜的措施，可使用钻杆悬挂铅垂配合测斜仪的方法控制孔斜率，钻孔完成后进行孔斜和孔深测量，由质检人员进行工序验收，检测孔深超过设计墙底深度0.3m、孔底偏斜率不超过1%以后方可终孔，钻孔终孔验收合格后，对孔口妥善保护。

1.3.3 高喷台车就位

使用液压步履装置使高喷台车的井口装置对准孔口，然后升降液压支腿调平台车，并进行试喷检查，各管路及机械正常。

1.3.4 喷管定位

根据测量人员布置好的桩位及现场控制点，由技术人员现场放出具体孔位及墙体位置，现场将墙体两端与孔中心位插入钢钎用钢丝连接成线，调整高喷台车两侧喷头位置与控制线重合，孔位中心偏差不大于5cm。

1.3.5 制浆

高压喷射灌浆主要采用水泥浆液，浆液水灰比可为1.5：1～0.6：1（密度约1.4g/cm3～1.7g/cm3），要通过现场高喷试桩试验确定适宜的水灰比范围。使用高速搅拌机搅拌时间不低于30s，使用普通搅拌机搅拌时间不低于90s，水泥浆自制备至用完时间不应超过4h。用玻璃比重计测量浆液比重，符合要求后，经过滤网对浆液进行过滤后存在1m3的贮浆桶中，进行喷灌施工。

1.3.6 喷射灌浆

下喷射管前应进行地面试喷，检查机械及管路运行情况，并复核喷管的喷射放向。将喷头下至设计深度，先开动高压泥浆泵供浆，然后开动管道水泵喷射，再开动空压机供气，静喷约30s，检查各参数均符合设计要求后按拟定的参数开始提升，在离设计墙顶高程1.0m时放慢提升速度，到达设计墙顶后静喷30s。

应注意：

（1）由于地层土质不同，尤其在砂土地层如果钻孔与喷灌间隔时间过长会出现局部塌孔阻碍喷头的下沉的情况，此时可边喷浆边小幅度上下移动喷管，利用浆液的润滑和喷管的自重冲破塌孔段；

（2）高喷灌浆过程中，应每隔一段时间测定孔口回浆密度，若孔口回浆密度变小、回浆量增大，应降低气压并降低进浆水灰比或增大进浆量。

1.3.7 孔口回填

高压定喷灌浆结束后，由于孔内的浆液发生泌水、沉淀和凝结收缩，高喷凝结体的顶部会产生凹穴，需要用浆液及时回灌填补，在施工时应充分利用孔口回浆进行回灌。喷射灌浆结束后，关闭管道浆液及高压气，将废浆沉淀池中经过过滤的回浆重新泵送到孔内，直至孔口浆液下降不明显时，结束供浆。

应注意在粘性土含量较多的地层中进行高喷灌浆时，孔口回浆已混合了大量的粘性土颗粒，难以通过沉淀、过滤难以从浆液中分离出去，造成孔口回浆密度超过进浆密度，这样的浆液不宜回收利用。因此应重视回浆密度的监测及通过经验判断回浆是否能作为回灌使用。

1.3.8 机具清洗

每喷射完一孔后，用清水冲洗机具及喷管喷头，以免管路堵塞。

1.3.9 成墙施工

高喷灌浆作业分两序进行，喷射作业连续进行，相邻Ⅰ、Ⅱ序孔的作业时间间隔为12～72h。施工时根据现场施工情况调整同序孔的施工次序，如施工间隔时间过长，采取提高喷射压力，降低提升速度等措施处理，确保Ⅰ、Ⅱ序墙体的可靠搭接。

1.4 施工工艺参数

1.4.1 施工参数的确定

高压定喷截渗墙施工参数是通过工艺试桩试验及以往类似工程经验综合考虑确定，对以后工程桩的施工具有实际的指导作用。对于二管法施工的高压定喷截渗墙在试桩中主要控制气压、气量、浆压、浆量、浆液比重及提升速度等参数，在试桩过程中要及时记录施工参数，观察孔口回浆情况及测定回浆密度，注意喷浆时产生的异常情况做到能及时调整施工参数，以满足施工需要。

由于高压定喷截渗墙是地下隐蔽工程，试桩成墙效果是否能满足设计要求不直观，需要配合成墙后进行墙体开挖观察成墙长度、厚度及墙体搭接情况。成墙效果不理想时应及时分析原因，调整施工参数再次进行试桩试验，直到取得合格的施工参数。工艺试桩参数不仅要满足工程设计指标，同时也要考慮施工的经济性，要结合试验和工程经验选择合理的施工参数范围。

1.4.2 本工程的施工参数

通过工艺试桩及试验检测结果的比较，我部所确定的高压定喷截渗墙施工参数为：

1.5 成墙质量检验

高压定喷截渗墙质量检验宜采用开挖检查及围井试验的方法进行，由于高压定喷墙体厚度较小，不宜采用钻芯取样方法进行检验。高压定喷截渗墙质量检查点应选择在以下重点部位：

（1）地层复杂的部位；

（2）漏浆严重的部位；

（3）可能存在质量缺陷的部位。

1.5.1 开挖检查

考虑到高压定喷截渗墙在69+050、69+090两处分别与现有一条跨河高速公路两侧路基防渗墙搭接形成整体防渗系统，搭接处可能存在质量缺陷及漏浆情况，我部分别在69+050、69+090两处进行了开挖检查。69+050处开挖30#～33#孔，挖深2.5m、长4.5m、宽2.0m；69+090处开挖60#～62#孔，挖深2.4m、长3m、宽2.0m。

根据开挖检查，墙体的外观质量较好，无蜂窝、孔洞，截渗墙整体性强，墙顶高程、孔距、相邻孔墙交接均符合要求。在钻孔中心、墙体、相邻墙连接处墙厚均≥10cm，在两墙连接处墙体厚度达到15cm。Ⅱ序墙施工时均发现已喷穿Ⅰ序墻现象形成搭接面，这说明成墙连续性较好，防渗墙成墙可靠。

1.5.2 围井注水试验

在工程桩施工完成7天后，采用喷射围井注水试验方法进行渗透系数测定，测得截渗墙渗透系数平均值为5.60×10-7cm/s，均小于1×10-6cm/s，符合设计要求。

2 高压定喷截渗墙施工技术要点

2.1 施工方法的选择

高压定喷截渗墙施工方法更适用于粉土和砂土，其他结构地层施工前应通过现场试验确定墙体防渗效果。二管法施工是利用两个并列管将浆预拌好的水泥浆和压缩空气通过高压的方法一次喷射成墙，其工序少、施工效率高，水泥浆比重容易控制，但对喷射孔位及喷嘴角度要求较高，误差较大时无法达到预期的防渗效果，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，以确定孔位布设、孔距、喷射角度及其他施工参数。

2.2 施工质量及成本的控制

由于二管法施工水泥浆提前预拌，可通过试桩选择能满足施工质量要求及经济性好的水泥浆比重，在施工中严格控制喷浆压力和喷杆提升速度以达到理想的成墙效果。

高压定喷的钻杆直径比单管高压旋喷的钻杆直径大，钻杆钢度大，钻孔垂直度好、偏离少，主要控制好相邻孔墙斜向连接，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，从而成墙质量更有保障，施工费用也较旋喷桩费用低。

3 结语

综上所述，高压定喷截渗墙施工应主要对前期工艺试桩参数收集及分析控制，对施工过程参数控制及调整，对成桩后质量检验控制，通过事前、事中、事后“三控制”的原则施工，可有效保证截渗墙的施工质量。高压定喷在堤防防洪、防渗加固施工中技术是可行的，经济是合理的，具有普遍意义和推广应用价值。

【参考文献】

[1]DL/T 5200-2004，水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[S].中华人民共和国国家发展和改革委员会，2005.

[2]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.