高喷灌浆在城市堤防基础防渗加固中的应用

何文浩 纪媛 郝凌颖

（无锡市水利设计研究院有限公司 江苏无锡 214023）

1 工程背景及技术简介

京杭运河（无锡段）斜贯无锡市，属三级航道，堤防属一级堤防。河道驳岸为多次加固加高而成，工程所在地段堤后地势较低，平均地面高层在4.0～4.5m（吴淞高程系，下同）。而每年汛期水位均能达到5.0m。每到汛期，问题不断，河水透过驳岸地基不断发生管涌险情。为消除堤防管涌隐患，针对本工程实际情况。通过多方案比选，最终选定采用高喷灌浆对该段堤防地基进行防渗加固处理。

高压喷射（简称“高喷”）灌浆法是采用静压注浆法是利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或混合浆形成凝结体，以达到加固地基和防渗的目的。主要用于建筑地基加固以及大坝、堤防等地基防渗工程。高压旋喷灌浆是利用钻机造孔，把带有喷头的灌浆管下至土层的预订位置，以高压浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，土粒从土体上剥落下来后，一部分细小土粒随着浆液冒出地面，其余部分与灌入的浆液混合掺搅，在土体中形成凝结体。

该工法在国内属成熟工艺，有一整套较为完善的设计及施工技术。在灌浆量能够保证的前提下，工程质量能得到充分的保证。本工程浆液采用1：1普通硅酸盐水泥浆。

图1 高喷灌浆示意图

2 工程设计

2.1 灌浆孔位平面布置及孔深

通过实地地质勘察及该段堤防驳岸多次加固资料，确定地下高喷防渗体布置与驳岸后方距离驳岸1.5m布置。该驳岸后方为一条平均宽度5m的马路，人行便道宽3m，紧贴驳岸挡墙，灌浆孔位布置与人行便道内，便于工程施工。

该工程场地地层简述如下：

1层杂填土：结构松散。平均厚度2.98m；平均层底标高1.19m。

2层重粉质壤土：平均厚度3.50m；平均层底标高-2.07m。

2-1层轻粉质壤土：平均厚度：5.60m；平均层底标高-5.15m。

3层中粉质壤土：平均厚度2.90m；平均层底标高-5.74m。

4层砂壤土：平均厚度5.18m；平均层底标高-10.91m。

5层中粉质壤土，该层未钻透。

其中：2-1层轻粉质壤土为局部堤段存在。最终确定高喷灌浆孔底标高-2.0m，孔底标高低于驳岸基础底标高1.20m，低于河底标高-1.0～0.0m。平均孔深6m。局部堤段孔深加大。该深度既能满足防渗体进入相对不透水层的要求，也覆盖了该段堤防驳岸可能出现管涌通道的范围。满足延长渗径，提高整体渗透稳定以及充填管涌通道的设计要求。

2.2 孔距的及排数确定

涉及到工程对成墙的要求、地层情况、设计选用的结构形式以及施工参数选定的工艺等多方面的因素，宜通过现场实验或工程类比确定。本工程工期较紧，设计周期较短，设计参数依据相关地质勘察资料及其他类似工程确定，施工前做灌浆试验最终确定施工参数。本工程地下防渗体承压水头不大（1.50m左右），综合现场施工条件，选择一排孔，双管法旋喷套接成墙，两序法施工。由于1层杂填土结构松散，平均标贯为2击，2层重粉质壤土平均标贯9击。依照类似工程经验，初步选定旋喷桩的有效桩径1.20m，孔距0.80m，搭接长度不小于0.30m。考虑一定的施工误差及孔斜率，最终确定有效成墙厚度不小于0.80m。防渗体渗透系数达到 i×10-6cm/s（i：1～9），工程完工后，能够满足防渗要求。由于该工程属既有工程防渗加固，且后期上部没有超载，故对防渗体强度不作限制。

2.3 用浆量计算

用浆量估算采用体积法计算，公式如下：

式中：D——有效桩径1.15m；

H——设计孔深6.0m；

α——混合系数，本工程取0.6；

β——损失系数，本工程取值0.1。

相关参数带入计算得每孔灌浆量Q=4.11m3。

2.4 灌浆参数确定

由于本工程设计阶段未做灌浆试验，相关参数按经验类比其他类似工程选取。具体施工参数施工阶段确定。为保证水泥浆灌入量，初步选定压缩空气气压0.7MPa，进气量1～3m3/min；水泥浆浆压30MPa，进浆量50～200L/min；提升速度 5～10cm/min；旋转速度 10～20r/min；喷嘴直径2.0mm。

3 工程施工

该工程要求必须汛前完成，工期比较紧张，施工单位最终选取钻喷一体化机械连续施工。施工顺序如下：测量定孔、机具就位、钻孔、喷射灌浆提升、静压回灌、管路冲洗。

施工初期，由于施工单位对水利工程旋喷灌浆技术理解不够，采取的施工工艺不够准确，钻成孔与喷浆管级差不够，导致局部堤段孔口堵塞，返浆不畅，出现抬土现象。为减轻抬土现象，施工方加大了提升速度。最终导致该段水泥浆灌入量不足。经钻孔、开挖检查，该段出现上部松散杂填土层水泥浆充盈度不够，2层重粉质壤土层城墙质量尚可。

针对工程初期出现的问题，对施工工艺，灌浆参数等做了适当的调整，最终确定施工参数如下：2层粉质壤土层灌浆压力30MPa，提升速度5cm/min，旋转速度5r/min；1层杂填土层灌浆压力分级降低，由30MPa逐渐降低至20MPa，提升速度由5cm/min缓慢提升至10cm/min，旋转速度5r/min。压缩空气压力始终保持0.7MPa。及时清理孔口返浆，防止堵塞返浆通道。调整后，每孔平均灌浆量达70L/m，地面无明显抬动。

对于初始阶段灌浆量不足的孔位进行复喷。由于复喷间隔时间较长，在原孔位复喷施工难度较大，最终旋转在已喷相邻孔位中间选点进行重新钻孔旋喷灌浆。

施工完毕后，经现场注水试验及试块室内试验，高喷形成的地下防渗体渗透系数达到i×10-6cm/s，满足设计防渗要求。

4 结语

根据事前充分的地质探查，在设计阶段采用好适应的灌浆参数，明确具体灌浆量、灌浆孔距、排数和正确的施工工艺，均是保证工程顺利进行的前提。严格认真的施工过程控制决定了工程的最终质量。在灌浆量得到保证的前提下，工程质量是完全可靠的。经施工完毕进行相应实验发现已能满足防渗要求，历经汛期高水位检验，堤后管涌渗透情况明显消除，完全达到了堤防地基防渗加固的目的。