高压喷射灌浆防渗墙施工工艺参数的选定

段纯萍

山西某城市河道治理工程，需要在河道上设坝蓄水，采用高压喷射灌浆技术在河床中修建防渗墙，有效地解决了河水通过河床的渗漏问题。高压喷射灌浆防渗墙施工技术多用于水利工程基础处理中，目前对于防渗墙的施工质量缺少有效的检测手段，其缺陷处理难度也较大。因此施工工艺参数的选取就显得尤为重要。本工程建设单位要求各标段(全工程共七个标段)必须通过试验，测试不同施工参数条件下墙体的结构形式、结构尺寸、渗透性能及强度指标等，为最终确定施工参数提供依据。

1 工程概况

该工程位于市区，全长5 744 m，枢纽主要建筑物布置为:在主河槽内修建四座橡胶坝，形成蓄水池;在河床右侧设浑水渠，蓄水池与浑水渠间设中隔墙，在河床两岸一级台地下各设一排污暗渠。因建筑物坐落在砂性基础上，为消除地基液化，提高地基承载力，对各建筑物地基分别采取了处理，即:两岸排污暗渠采用了强夯处理，中隔墙四座橡胶坝采用了振冲挤密处理。为减少蓄水后的渗透量和防止因蓄水造成两岸浸没，分别在东岸排污暗渠、中隔墙及四座橡胶坝下设置了高喷防渗墙，深入下部相对隔水层2 m。

本工程地层从上至下分别为:中砂层及含砾砂层(0 m～20 m)，渗透系数为 4.7×10－4cm/s～6×10－2cm/s为透水层;粘土层(20 m 以下)，渗透系数为8.8 ×10－6cm/s～1.5×10－8cm/s为不透水层。

2 质量指标

1)板墙厚度15 cm～20 cm，有效墙厚不小于15 cm;2)板墙渗透系数不大于1×10－5cm/s;3)板墙完整连续，满足防渗强度要求。

3 试验施工工艺及参数

表1 试验施工参数表

本试验采用三重管喷射方法。其工作原理为:先在预先打好的孔中插入三重高喷管，固定喷射方向，利用高压水流气流切割土层，形成一道缝，水泥浆在此缝中沉淀，形成墙。

试验施工参数由设计院给定，具体见表1。

4 施工技术要求

1)钻孔。钻机要对准孔位，用水平尺测量机身水平，钻机要平衡牢固。钻进过程中要记录完整，对岩层、岩性孔深、塌孔、掉块、涌水、漏浆等要详细记录。终孔冲洗结束后，由值班技术人员和质检员进行测斜，测斜合格验收后钻机方可移至下一孔。

2)高喷灌浆。下管前应在地面进行水、气试喷，符合要求后下至设计深度并定准喷射方向后，送入符合要求的水、气、浆，待浆液冒出孔口后，按设计要求摆喷提升，自下而上直到设计高度，停水、气、浆，提出喷射管，喷射过程中要做好记录，并按时测量各项技术参数，终喷时须经质检人员和监理验收。

5 试验孔的施工情况

本标段高喷防渗墙试验于当年12月19日正式开始，室外钻孔喷浆工作持续11 d，于12月30日结束。折线板墙的开挖于第二年1月18日结束，围井注水试验于1月28日开始至1月29日结束。

我标段的定喷试验区选在强夯区东侧距强夯区轴线10 m的地带，共布置6个浅孔，4个围井孔，折线板墙的6个浅孔孔深6 m，试1号，试2号，试3号，试4号，试5号，试6号孔的孔距依次为1.6 m，1.6 m，1.8 m，2.2 m，2.2 m。围井呈菱形，孔深21 m，边长为2.3 m。试验采取两序孔施工，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，孔与孔之间的搭接采用焊接方式。

6 折线板墙的开挖及描述

折线板墙于1月18日开挖，在板墙两侧开挖，开挖用挖掘机，开挖深度距地面3 m。机械开挖后又经人工在墙体上用铁锹开挖直至不掉块为止。为能更清楚地看到墙体的密实性、有效射径，又用水笼头冲洗板墙，直至露出水泥凝结体为止。

墙体开挖后，发现Ⅰ序孔、Ⅱ序孔搭接良好，墙体结构完整、表面规则、连续性好。

1)各试验孔水压与喷射的有效射径见表2。

表2 各试验孔水压与喷射的有效射径

2)在孔深1.6 m处测得一组墙厚数据，见表3。

表3 孔深1.6 m处墙厚数据

3)在孔深2.8 m处测得的一组墙厚数据，见表4。

表4 孔深2.8 m处墙厚数据

7 围井注水试验

根据设计院的安排，我标段的围井检测采用注水试验。

根据达西定律:

其中，K为渗透系数，cm/s;Q为注水量，cm3/s;F为渗透面积，cm2;I为水力坡降;H为水头，cm;L为渗径长即板墙厚度，cm。

根据以上公式计算得 K=4.82×10－7cm/s。

8 成果分析及推荐施工参数

本次高喷试验是在粉细砂层中进行，通过板墙开挖表明:墙体较为规则，结构完整，板墙连接为明显的焊接式，Ⅰ序孔和Ⅱ序孔的连接较好。围井注水试验表明，板墙的渗透系数K值满足了设计K值不大于1×10－5cm/s的要求，说明了板墙的抗渗性能完全能满足本工程的防渗要求。但从开挖的折线墙看，板墙厚度未达到设计所要求的不小于15 cm，试验情况表明，如何提高墙体厚度成为调整参数的主要依据。

1)如不考虑工程量增加和工程单价因素，在本地层采用15°或30°摆喷不仅能解决墙厚的问题，而且能增加墙体的抗渗性。

2)采用定喷，为能满足设计的墙厚要求，必须对试验采用的部分参数进行调整。影响墙厚的参数主要是提升速度和压缩气的气量，提升速度快则高压射流切割地层时间短，形成墙体厚度就薄，提升速度慢，高压射流切割地层时间长，形成墙体的厚度就厚，压缩空气的作用有两方面:

a.与高压水射流同轴喷出，有保护高压射流束的作用。

b.压缩空气有升扬置换地层的作用，进入孔内压缩气的流量大，则置换和升扬到地面的砂量就大，形成墙体厚度就大。为增加墙体厚度，可将试验参数中的提升速度放慢到9 cm/min，压缩气的流量可取试验参数中的高限，进气量取1 L/min～1.5 L/min。具体参数见表5。

表5 高喷试验相关参数

3)围井试验表明，在相对不透水层和砾石透镜体中定喷能满足设计要求，如能在以上地层中改用摆喷会更安全。

4)设计院根据各标段所提交的试验报告，综合考虑地质、施工及工程安全等因素，经分析研究，最终确定的施工参数如下:a.建基面以下6 m范围内采用微摆成墙;b.其他范围内一般砂层及粘土层采用定喷成墙;对于砾砂圆砾层，一般可采用定喷成墙，如遇影响定喷成墙质量的砾卵石集中或大粒径卵石，应改为摆喷成墙。

设计院修改施工参数时充分考虑了我标段的意见，如将定喷改为分段定喷、摆喷;将提升速度减小等。现该工程已投入运行多年，从观测井的水位变化和周围建筑物的沉降观测来看，防渗墙的防渗效果是良好的，说明施工参数的选择是适宜的。

[1]董文超，王金凤，杨建春.江边水电站高压旋喷防渗墙施工技术[J］.山西建筑，2010，36(7):360-361.