高压喷射灌浆防渗墙施工技术

冯娟霞

（山西省汾河灌溉管理局 祁县 030900）

陈保泉

（河北省水利工程局 石家庄 050001）

1 工程概况

忻州市城北的南云中河河道治理横断面为复式断面，由布置在中间的主槽和两侧的二级平台组成。施工区为典型的地堑盆地地貌——忻定盆地，表层为松散堆积物覆盖，无基岩露头，区内出露及钻探揭露地层主要为滹沱系、新生界第四系地层。冲、洪积物，壤土、砂壤土、粉质壤土、淤积质粉质壤土相间成层，厚度不均，约为3.5～20.0m。渗透系数为 1.50×10-5～1.0×10-4cm/s，砂砾石层处于渗流临界稳定状态，渗流破坏形式为管涌。

治理工程基础防渗墙分为水泥土搅拌防渗墙和高喷防渗墙，设计深度为5～20m。高喷防渗墙工程布置在坝肩台地，采用旋喷板墙，设计防渗墙渗透系数为1×10-6cm/s。

2 现场高喷试验

水利工程地质成因较多，已有的试验成果只能参考，在防渗墙施工前，先进行施工工艺试验。通过试验论证拟采用的施工方法在技术上的可行性、效果上的可靠性和经济上的合理性，确定合理的施工工序、良好的施工工艺，提供有关的技术数据如水泥掺入量、水灰比、钻具的掘进和提升速度等工艺参数，同时检查各种机械设备的性能等，用以指导高喷防滲墙的施工。

高喷防渗墙试验场地选右岸共6根桩。15天后开挖一定深度进行桩体外观检查，测量桩径，同时在桩体上取芯进行无侧限抗压试验，获取抗压强度值。

a.开挖检验。开挖深度、宽度不小于2.0m，观察桩与桩之间的搭接状态、搅拌的均匀度、裂缝、缺损等情况。

b.取芯试验。开挖或钻孔（墙厚大于400mm时）在防渗墙中取得水泥土芯样，室内养护到28天，制成试件（50mm×50mm×50mm）做无侧限抗压强度和渗透试验，取得抗压强度、压缩模量和渗透系数等指标。验证试验参数是否满足设计要求。

试验中注浆孔距0.4m，孔深为打入相对不透水层0.5m；浆液水灰比1.0，浆液比重1.5g/cm3；水泥浆灌注压力2.0MPa，流量100L/min，注浆提升速度0.2m/min。

该次试验共做了3个围井，经围井注水试验渗透系数分别为 6.88×10-7cm/s、1.61×10-7cm/s和 9.25×10-8cm/s。均满足设计要求的1×10-6cm/s。

壤土、砂壤土、粉质壤土、淤积质粉质壤土相间成层，高喷施工可通过改变提升速度而固定其他参数的方法来实现。

检查结果分析，确定了施工参数（见表1）。

表1 高喷防渗墙试验施工参数

3 设备选型

单管旋喷注浆法使用的主要设备有高压注浆泵、钻机、注浆管（底部带喷咀）、输浆管等。

a.高压注浆泵是关键的设备，通过它的高压使浆液切割土体，达到要求的喷射范围，形成一定直径的桩体。施工现场选用专用旋喷高压注浆泵，型号为XPB—90。

b.钻机主要作用是把注浆管（底部带喷嘴）送到设计深度。施工现场采用重庆探矿机械厂等生产的钻机，型号为 XP—50。

c.输浆管为内径21mm的橡胶钢丝软管，能够承受45MPa以上的压力。主要作用是连接高压泵与钻机，输送浆液。

d.注浆管一般使用准42钻杆，底部带有特制的喷嘴，喷咀直径采用2.3～2.5mm。

4 施工方法、步骤

4.1 工艺流程及布孔

高压喷射灌浆防渗墙施工采用单管旋喷注浆法，主要有造孔、喷射成墙两大工序，其工艺流程为：放线→就位→钻孔→下喷管→喷射和提升→冲洗→移机。

以设计图纸为依据，在轴线上按0.4m的孔距，测定孔位，用木桩做好标记，编上孔号。

施工工艺流程见下图。

工艺流程图

4.2 配制浆液

按1∶1的水灰比确定加水高度及加灰量，并在搅拌机上做好标记，见表2。

表2 浆液配制

配制浆液严格按照已标明的加水高度及加灰量进行控制，浆液水灰比1.0，浆液比重1.5g/cm3。充分拌和后用比重计对浆液密度进行测控，每罐一测并由专人记录加水、灰和浆液密度等数据。在灰浆搅拌机和集料斗之间设一道过滤网，过滤浆液。制备好的浆液不得离析，当气温在10℃以上时超过3h或在10℃以下时超过5h均按废浆处理。

4.3 钻孔

稳定钻机后核对主轴垂直度。布孔水平偏差控制在20mm内，钻孔竖直偏差不得大于1%，每钻10m校正一次竖直度，如有偏差及时修正。固壁泥浆选用红粘土，浆液比重为 1.4～1.6g/cm3。

每隔10个孔位设一干钻孔，取岩芯绘制柱状图，判断土层、砂砾石层的厚度变化情况，修正了设计单位提供的地质资料，为施工参数的选定提供依据，重新确定墙顶和墙底高程。

4.4 下注浆管，喷射注浆

钻孔完成后换上喷管下至设计高程。为防止堵塞喷嘴，下管时用1MPa压力送水，边送水边下管。把喷嘴调整到10°偏角设定摆动范围。启动高压泵、空压机、泥浆泵，先送水泥浆和高压空气，待水泥浆和高压空气的压力达到试验确定的参数后，开始旋喷，1min后按设计的提升速度提升，如果注浆管分段提升则搭接长度不得小于100mm。在喷射过程中时刻检查注浆流量、风量、压力、摆动角度、提升速度、喷嘴高程等参数。当喷管高出设计高程50cm后，高喷结束，把灌浆管、注浆泵等机具设备冲洗干净，不得残留水泥浆液。喷射结束后，由于浆液沉淀作用，采用静压灌浆方法再向孔内注入浆液将其回填饱满。

4.5 终喷回灌、回浆处理

每孔喷射充填结束后，利用下一高喷孔的冒浆进行回灌，直至孔口液面不再下降为止。对返出的浆液，均采用挖坑掩埋的措施处理。

4.6 注浆材料及注浆量的控制

注浆材料为42.5普通硅酸盐水泥。注浆量必须满足设计要求，通过公式计算确定喷浆液用量。根据旋喷浆液用量、浆液水灰比可以计算出桩体每米所需水泥用量。实际平均水泥用量量为0.92t/m。

按工艺参数要求计算，公式为

式中Q——浆液用量，m3；

q——高压注浆泵的排浆量，L/min；

H——桩长，m；

B——损失系数，可选用0.1～0.3；

V——注浆管提升速度，m/min。

4.7 施工记录

工程名称、桩编号、施工日期、注浆时间、注浆长度（深度）、施工注浆各项参数等，要及时如实记录。

4.8 旋喷注浆异常情况的控制

在高压喷射注浆施工过程中，有一定数量的土粒，随着一部分浆液沿着孔壁或注浆管管壁冒出地面，根据经验，冒浆（主要含土粒、浆液）量小于注浆量20%为正常现象；超过20%或不冒浆时，要查明原因采取措施。

4.9 中途停喷孔的处理

由于停电、设备故障等原因，施工中停喷不可避免。必须处理好，否则由于浆液凝固将造成墙体纵向或横向裂缝。处理措施主要是要选择合理的搭接长度。施工中搭接长度一般选择在1.0～1.2m范围内，通过事后检查，质量较好。部分停喷孔的处理情况见表3。

表3 部分停喷孔处理统计

5 质量检查及防渗效果

对墙体质量的检查采用开挖、围井注水试验和室内试验相结合的方法。

a.开挖检查防渗墙的连续性及有效长度。高喷防渗墙桩与桩搭接良好，搅拌均匀，无裂缝缺损等情况。

b.注水试验检查。采用全孔一次注水进行试验，渗透系数的计算公式为

式中K——渗透系数，cm/s；

Q——渗水流量，cm3/s；

L——渗径长，即板墙平均厚度，cm；

F——渗水面积，cm2；

H——水头，cm。

所检查的防渗墙渗透系数在6.88×10-7～9.25×10-8cm/s之间，满足设计要求。

6 结语

a.施工前要进行现场试验,确定施工参数。现场实验不宜在防渗墙的位置进行。

b.壤土、砂壤土、粉质壤土、淤积质粉质壤土相间成层，高喷施工可通过改变提升速度而固定其他参数的方法来实现。采用干钻法确定不同地层的界面，是成墙的关键。

c.做好中途停喷孔的处理、墙体搭接长度的选择对防渗效果的影响很大。

d.高喷施工对施工场地要求低，一些场地狭窄和地下有管道、电缆、光缆的区域，用水泥土搅拌防渗墙难以施工，而用高喷能很好地作业，但相对水泥土水泥用量增大，成本增加。