高压旋喷桩防渗墙在坝身填土加固中的应用

吴 杰

一、概述

某水库大坝为均质土坝，坝高18.5m。坝身填土主要为中～重粉质壤土、粉质粘土局部填土中夹砾石，填土多呈软～可塑状。大坝修建于上世纪60年代，筑坝施工主要采用人工挑抬、分队分组作业。填土主要是就地取材，坝身填土土料混杂、不密实，局部结构松散，坝身内存在着分界沟、分界墙，大坝蓄水后产生较为严重的渗漏，虽进行了处理，但未得到彻底解决，大坝一直在汛限水位下运行。为了水库大坝的运行安全，采用高压旋喷桩防渗墙加固大坝坝身填土，使填土达到规定的防渗要求。

二、坝身土料的水泥土配合比试验

根据设计要求，大坝加固采用高压旋喷桩防渗墙的无侧限抗压强度qu≥2.0MPa，渗透系数不大于 1×10-6cm/s。依据此要求在进行水库大坝防渗墙施工前，对坝身填土进行配合比试验，各种掺入比时28d龄期的各项试验指标结果见表1。

依据设计要求的加固后防渗墙体水泥土无侧限抗压强度值和渗透系数值，最终选定高喷水泥土防渗墙体的水泥掺入比为13%。

三、高压旋喷桩防渗墙的工艺性试验

根据大坝的填土情况，在坝身选择代表，部位进行工艺性成墙试验。试验采用的旋喷桩桩间距为100cm和130cm。试验，采用的水压力为30～35MPa，气压力 0.6～0.8MPa，浆压力0.3～0.5 MPa，水灰比为 1.1∶1；灌浆提升速度为6cm/min，旋转速度为5r/min。成墙7d后对加固的桩体进行开挖检查，结果见表2。

根据两种工艺性试验桩的检查结果，最终选定旋喷桩的施工桩间距为100cm，施工水泥掺入量不小于13%，建议水灰比采用（1.10～1.30）∶1，其他各项施工参数均按工艺性试验桩的要求进行施工。

四、施工过程中的质量控制

1.质量控制重点

本工程中高压旋喷桩施工分两步进行，每步施工工序为钻孔、下注浆管、旋转喷射、提升、封孔、成墙。

（1）钻孔：钻孔之前，按设计要求的防渗墙中心线放线定出孔位，放样时控制钻孔孔位与设计孔位偏差不大于2.0cm。钻孔时，把钻机移至孔位，对准孔位，用水平尺调整机身水平，保持立轴垂直，垫稳、垫平机架，经反复测试和验证无误后方可钻孔，钻孔所用钻具直径为Φ130mm。钻孔过程中随时观察钻机的工作状况，可在钻台上悬挂一根铅垂线，随时观测其钻孔的倾斜情况，确保钻孔的倾斜率不超过1%。

（2）下灌浆管：下喷射管前进行试喷，检查机械及管路运行情况后，将喷射管向下放到预定喷射高程处。

（3）喷射灌浆：当喷头下放到设计预定的高程后，先按设计规定的施工参数进行原位旋转喷射不提升，待浆液返出孔口、情况正常后开始提升旋转喷射，提升速度6cm/min。喷射灌浆开始后，质量控制人员要时刻注意注浆过程中的水、气、浆的流量和压力、提升速度、旋转速度等工艺参数是否符合规定的要求。

（4）封孔：灌浆结束后，利用水泥浆及时回填，直至孔口浆液不下降为止。

表1 水泥土配合比试验

表2 防渗墙工艺性试验墙体的检查结果

2.施工过程中相关问题的处理

（1）严格控制钻孔孔位偏差和孔斜率，钻孔过程中发现孔位偏差和孔斜率较大时，即用粘土将钻孔段回填捣实后重新放样定位再进行钻孔，以保证凝结体的有效连续，形成封闭的墙体。

（2）严把孔口冒浆关，孔口冒浆不正常或不冒浆时不能提升，要及时查找原因，采取应对措施。如坝身土体结构松散段可降低提升速度或原地不提升灌浆，同时加大水泥浆液的浓度，直至孔口冒浆正常为止；如坝身中夹有碎（砾）石层，采用上述方法孔口仍不能冒浆或冒浆不正常时，可采用在该段灌水泥粘土浆液或在水泥浆液中掺入水玻璃进行处理，直至孔口冒浆正常后才能提升，恢复正常灌浆。

（3）灌浆施工过程中，若因故中断后恢复施工时，对中断孔段进行复灌，搭接长度一般在0.5～0.8m。

五、高压旋喷桩防渗墙的加固效果

1.开挖检查

高压旋喷桩防渗墙施工完成后，在坝顶对防渗墙进行开挖检查，检查坑深2.0～2.5m，使防渗墙全部暴露，经量测得出：高压旋喷桩的有效影响半径R=0.60～0.65m，墙体的搭接处厚度在50～70cm之间，墙体的整体连续性较好。

2.钻孔注水试验

防渗墙施工完成28d后，在防渗墙上随机选择3处进行钻孔取芯，其芯样采取率在桩顶以下0～10m内达到83%，10m以下的采取率为67%，防渗墙自上而下连续、完整。利用钻孔取芯后的钻孔进行注水试验得出：旋喷桩墙体的渗透系数在 2.26×10-7～7.63×10-7cm/s。

3.水泥土芯样的试验结果

利用钻孔抽检墙体水泥土芯样，在室内进行抗压、渗透和渗透比降试验，试验结果为：无侧限抗压强度qu=2.36～4.52MPa，k20=5.36×10-8～3.28×10-7cm/s，渗透比降J>50