悬挂式高压摆喷垂直截渗技术在洪泽湖大堤除险加固工程中的应用

孙超君

(江苏省秦淮河水利工程管理处，江苏 南京 210022)

1 引 言

高压喷射灌浆技术是20世纪60年代末日本创造出来的一种施工方法，自20世纪70年代末开始在国内得到迅速发展，具有施工范围广、地层适应面广、施工便捷等特点，在我国长江、黄河、淮河等流域堤防工程中均有成功应用的实例[1-6]。国内外很多学者对此进行了总结和研究，张带娣[7]结合实例对水库除险加固工程中高压摆喷灌浆施工技术进行了总结；宋庆涛等[8]结合辛集橡胶坝工程阐述了高压摆喷施工的要点和难点。该技术不太复杂，但由于施工所处基础条件存在差异性、复杂性和隐蔽性，悬挂式高压摆喷防渗处理方式比较少见，尤其在防渗墙的厚度极小、传统的质量检测手段匮乏的情况下，如何有效地控制施工质量，开展技术监督，保证截渗墙的连续性、完整性及垂直性是个难题。本文以洪泽湖大堤除险加固工程为例，对施工时的质量控制措施和质量检测要点等方面进行了探讨。

2 工程概况

洪泽湖总库容123亿m3，具有防洪、灌溉、航运、水产养殖等多种功能，湖底高程10.0～11.0m，高出下游地区4～8m。洪泽湖设计防洪标准300年一遇、校核防洪标准2000年一遇；近期防洪标准100年一遇，相应设计水位16.0m、校核水位17.0m[9-10]。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，总长70.63km。大堤的主要任务是拦蓄洪水，是淮河下游地区3000万亩耕地、2000万人口的防洪屏障，任何情况下都必须确保大堤的安全。

3 加固处理缘由

洪泽湖大堤始建于东汉建安五年，在长期挡水过程中大堤历经毁损，决而复堵、毁而重建，在堤身内部留下很多乱石堆、埽工、淤泥等。因为建造时受当时社会环境和施工技术的制约，大堤密实度较差，有局部架空现象，存在部分堤段堤身不实、抗渗不满足要求等隐患。洪泽湖大堤土层共有、①1、②-1、②-2、③-1、③-2、④、④-2、⑤、⑥、⑥′、⑦-1、⑧等诸层，其中层为堤身堆筑土①-1层为新近沉积土②-1、②-2层为全新世沉积土，③-1、③-2、④、④-2、⑤、⑥、⑥′、⑦-1、⑧等诸层皆为晚更新世及其以前沉积的土层，部分土层参数见表1。

表1 土 层 参 数

经检测，洪泽湖大堤③-2土层渗透系数为3.15×10-4cm/s，不满足工程安全运行要求。为消除安全隐患，保证堤防运行安全，保障淮河下游地区人民生命财产安全及经济社会可持续发展，对洪泽湖大堤采取截渗加固措施是必要的。

4 加固方案的确定

针对堤防存在的渗漏问题，常见的处理方案有定喷、旋喷和摆喷。定喷影响范围大，但墙体较薄，常单独用于深度不大、水头不高的防渗工程；旋喷防渗墙墙体厚，可承载荷载大，可用于钻孔深度大、水头高的透水层加固，但造价较高；摆喷影响范围较大，墙体较厚，可单独用于深度较大、水头较高的防渗工程[11-13]。洪泽湖大堤堤顶高程在17.5m左右，③-2土层高程在2.8～6.3m之间，深度较大，其上部分布③-1层为可塑—硬塑状态粉质黏土，下部为④-1层为可塑—软塑状态粉质黏土，土层渗透系数分别为1.55×10-7cm/s、2.50×10-6cm/s，渗透系数满足运行要求。考虑到本次加固经费有限，经研究比较，采用悬挂式高压摆喷垂直截渗技术对堤防的③-2土层进行加固处理，加固处理长度15.45km，处理后能达到原设计功能，设计概算2277万元。

加固方案：采用直线对接法施工，对接角度为30°(±15°摆喷)，高压喷射孔间距为1.4m；摆喷成墙墙体平均厚度不小于10cm。墙体嵌入③-2层土的上层土100cm，下层土50cm(见图1)，在施工过程中，基于地质资料，实时调整；墙体渗透系数应小于A×10-6cm/s(1≤A≤9)，28天抗压强度不小于1.0MPa。

图1 悬挂式高压摆喷典型断面设计示意图

5 具体施工工艺

5.1 施工流程

悬挂式高压摆喷垂直截渗工程施工工艺流程见图2。

图2 悬挂式高压摆喷截渗施工工艺流程

5.2 确定试验位置

根据工程现场条件及地质结构分布图，选定大堤桩号K40+350～K40+450为试验段，高压摆喷孔间距为1.4m，具体布置见图3。

图3 高压摆喷布置示意图

5.3 拟定施工参数

影响防渗墙施工质量的主要因素有水压和水量、气压和气量、浆量和浆压、提升速度、旋转速度及摆喷角度等。通过现场试验调整孔间距、工艺参数等技术指标，通过开挖观察、钻孔取芯等，确定高压摆喷施工工艺参数,见表2。

表2 悬挂式高压摆喷施工工艺参数

续表

5.4 轴线及孔位布置

按批准的防渗墙中心线位置进行轴线放样，每50m设立固定控制点，校核施工轴线、桩位，误差不得大于5cm，用竹筷等标定孔位。堤身弯曲段防渗墙轴线按弧形走势，结合曲率半径测放，防止产生陡弯段，造成防渗墙搭接不牢留下渗漏通道；对急弯地段，施工轴线按地形、地貌放成折线进行搭接，保证接头桩与已完成桩通过增加接触面积形成可靠连接。

5.5 高压摆喷成墙

a.布置先导孔。基于满足施工的水准点控制网，钻孔前布置先导孔，约30m布置一个，共3个，以探明堤基③-2层分布情况，先导孔的深度超过设计墙底深度0.3m。

b.钻孔。采用回转钻进或振动冲击钻进工艺，按桩距1.4m距离放样，钻机定位准确，控制孔位中心误差不大于5cm。钻进过程中泥浆护壁，确保孔形完整不坍塌，满足摆喷施工需要。

c.下喷射管。将高喷台车移至孔口处，进行地面试喷，检查高喷系统的工作是否正常，调节好各项施工工艺参数，然后开始下喷射管，下管深度根据先导孔探测的深度进行控制，确保达到设计要求。

d.摆喷、提升。启动高压清水泵、泥浆泵和空压机，按既定喷射摆动角度±15°及确定的提升速度开始喷浆作业，摆喷时确保喷射角度允许偏差不大于1°。喷管提升至设计墙顶高程后，停止高压摆喷作业，并对孔内及时回灌。

6 施工质量控制要点

6.1 摆喷位置准确性控制

由于是隐蔽工程，与常规高压施工相比，如何准确控制防渗墙顶、底高程是悬挂式高喷施工的难点。设计要求墙体嵌入③-2层土的上层土100cm，下层土50cm。为确保摆喷位置的准确性，钻孔前每隔30m设置一个先导孔，以先导孔验证③-2层深度与控制防渗墙顶、底高程。先导孔钻进时，仔细勘查土层，做好钻孔记录，准确反映地层情况。钻孔时钻机架设平稳，控制钻孔垂直度不超过1/100，钻进中用钢尺测量校核钻具长度，控制钻孔的有效深度需超过设计墙底深度0.3m。

6.2 喷浆材料质量控制

按设计配合比进行泥浆试配，经过成槽试验后，确定浆液水灰比为1 ∶1。采用水泥(42.5级普通硅酸盐水泥)和洪泽湖水作为原料，定期、定人检查控制施工浆液比重是否满足要求；严格控制水泥浆自制备至用完的时间不超过4h，施工浆液存放超过有效时间时，均按废浆处理；控制浆液温度保持在5～40℃。定期用比重秤检测水泥浆液密度，及时调整浆液浓度，确保浆液质量。

6.3 摆喷质量控制

防渗墙的连续性、均匀性是高压摆喷质量的关键。设计要求摆喷成墙墙体平均厚度不小于10cm，为确保防渗墙的连续性和厚度，在下喷设管前需地面试喷，调整注浆压力、空压机供气压力、摆幅、摆速、提升速度等达到施工参数要求后方可下放喷设管至设计位置；施工时控制施工注浆压力不小于40MPa，浆液比重不小于1.5，空压机供气压力保持在0.5～0.7MPa，严格按照确定的参数进行高喷作业，定期检查泥浆泵的压力、浆液流量、提升速度和耗浆量；喷射过程中因故中断或因加接喷射管等停喷，在恢复施工时，重复摆喷灌浆搭接长度不小于50cm。

7 质量检测要点

目前，对已建堤防高压摆喷工程的检测，多数还是采用传统的开挖验证或钻孔注水等传统手段，这些方法费时费力且效果有限，难以适用于较大型堤防工程的检测[14-15]。工程在常规检测手段的基础上，探索采用探地雷达法、高密度地震映像法及声波法等多种检测方法相结合的检测技术，确保工程质量。

7.1 常规检测

采用钻芯取样法和探坑检查法，对防渗墙墙体水泥土力学性能、抗渗指标、深度及外观等参数进行检测。ⓐ钻芯取样：检查墙体水泥土力学性能及抗渗指标、探测截渗墙体的深度；ⓑ探坑检查：检查墙体最小厚度及外观质量。

检测结果表明，高压摆喷形成的防渗墙体水泥土具有一定的完整性，水泥喷射基本均匀，与土体胶结较好，强度较高，防渗墙顶、底高程均能满足设计要求。

7.2 探地雷达法

探地雷达法检测能较准确地对堤防结构层进行划分，反映出土体异常的性质。检测结果(见图4)表明，雷达波形总体变化不大，未见抛物线状圆弧雷达波形等明显特征，同相轴基本连续，截渗墙墙体总体连续、完整，不存在空洞、错断现象。

图4 探地雷达法剖面(40+400～40+450段)

7.3 高密度地震映像法

采用高密度地震映像法对典型断面进行检测，能较好地反映截渗墙体的连续性。检测结果(见图5)表明，轴线处面波分布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，墙体未见工程质量缺陷。

图5 高密度地震映像解译剖面(40+363～40+463段)

7.4 声波法

利用高压摆喷孔埋设的兼具反滤功能的透水测试管，采用声波法对一个测区四个测孔进行相对检测得到6条波速曲线，根据曲线特征评判墙体连续性、均匀性及墙体高度和厚度。以51K+527剖面为例，检测结果(见图6)表明，在检测范围内由高压摆喷处理形成的防渗墙体有效高度为4.125m，大于该断面墙体3.0m高度的设计值，满足设计要求。墙体具有较好的连续性和均匀性，波速大小在不同区域内存在一定的差异，其波速值在1.344～2.817km/s之间，在水泥土的正常变化范围内。

图6 波速分布(51K+527)

8 结 语

观测结果表明，工程实施前和工程实施后相比，平均渗流量减少了59.56%，渗流量降幅明显，起到了明显的防渗效果，较好地解决了大堤抗渗不满足要求等问题。洪泽湖大堤除险加固工程实例表明，在堤防堤基进行悬挂式高压摆喷施工时，通过控制压力、流量、提速、浆液浓度等工艺参数，以及加强对摆喷位置、喷浆材料、摆喷等重点环节的质量把控，可以解决该类堤防渗漏处理的相关难点问题。该技术的成功应用，为确保堤防工程的正常运行和工程安全发挥了重要作用，为今后类似工程提供了技术参考。