砂砾层复合防渗体的研究与应用

胡朝辉，柯萍萍

（中国水利水电第一工程局有限公司基础工程分局，辽宁大连 116041）

1 工程概述

哈达山水利枢纽工程位于第二松花江干流下游前郭灌区哈达山泵站上游200 m处，由枢纽工程、防护区防护工程和输水工程组成。枢纽工程有挡水土坝、溢流坝、河床式电站、重力坝及渠首闸组；防护区防护工程由防护堤、强排站和排水沟等组成，输水工程则包括输水干渠、花道泡连接渠道、洪字泡引水支渠及其交叉建筑物。

防护区堤基防渗处理措施采用复合防渗体形式的截渗墙，即中砂层和砾质粗砂层采用多头小直径深搅工艺形成水泥土截渗墙，细砾层、砂卵砾石层及粉砂质泥岩层采用高压喷射灌浆工艺形成高喷防渗墙，水泥土截渗墙轴线位于高喷防渗墙轴线内侧0.3 m（高喷防渗墙靠近迎水侧），在水泥土截渗墙与高喷防渗墙相接的0.6 m范围再重叠采用高压旋喷一次，搭接长度不小于0.6 m，保证复合防渗体的整体严密性。防渗墙厚0.2 m，墙基础打到岩基以下0.5 m，最大埋深18 m。

2 工程地质

防护区堤基大部分地层主要分五层，自上而下依次为：中砂层、砾质粗砂层、细砾层、砂砾卵石层含少量粘性土层和粉砂质泥岩。其中细砾层厚度不一，分布不均匀，且普遍存在于截渗墙施工地段，主要地质层情况如下。

1）中砂层：粗粒平均值为12.7%，细粒平均值为64.2%。

2）砾质粗砂层（6—11）：饱和、中密，厚度 1.4～15.8 m。其中，卵石最大值为4.8%，平均值为2.3%；粗中砾最大值为30.2%，平均值为10.1%，细砾最大值为29.1%，平均值为17.4%；粗砂粒最大值为45.5%，平均值为32.7%，中砂粒最大值为54.5%，平均值为24.5%。

3）细砾层：中密-密实，卵石平均值为9.2%，且卵石有局部集中现象，最大占19.5%，见有超径卵石（大于110 mm）；砾石平均值为53.3%，其中，粗中砾石平均值为23.8%，最大值为36.2%，细砾石平均值为29.5%，最大值为61.4%，粗砂粒平均值为17.6%。

4）砂砾卵石含少量粘性土层（6-13）：密实，厚度0.2～1.1 m。其中，卵石最大值为8.7%，平均值为3.2%；粗中砾石最大值为25.1%，平均值为17.8%，细砾最大值为19.3%，平均值为16.6%；粗砂粒最大值为24.4%，平均值为20.0%，中砂粒最大值为18.6%，平均值为16.6%。

5）粉砂质泥岩层（12-2）：紫红色、灰绿色，泥质结构，层状构造，岩芯呈泥柱状，上部0.2～0.3 m为全风化状态，下部为强风化状态，岩石的揭露厚度为0.9～3.9 m，岩面高程 121.54～125.19 m 。

3 复合防渗体设计要求指标

1）水泥土防渗墙设计要求指标：墙体无侧限抗压强度不小于1 MPa；渗透系数不大于i×10-6cm/s（1≤i＜5）；渗透破坏比降不小于100；设计允许渗透比降为50；成墙平均搭接尺寸为100 mm（要满足最小成墙厚度）；成墙最小厚度（有效厚度）不小于200 mm；搅拌桩的垂直度偏差不得超过0.5%。

2）高喷防渗墙设计要求指标：摆喷最小厚度不宜小于13 cm；渗透系数不大于i×10-6cm/s（1≤i＜5）；墙体抗压强度，砾质粗砂及细粒层2～5 MPa；渗透破坏比降不小于200；高喷灌浆孔位与设计孔位偏差应小于2 cm；钻孔为垂直孔，其偏斜应小于1%。

4 复合防渗体施工

4.1 复合防渗体

1）水泥土截渗墙试验墙体渗透系数分析

水泥土截渗墙试验墙体进行了钻孔取芯，按照YS 5214-2000《注水试验规程》，在取芯孔内进行了注水试验，试验结果显示厚中粗砂层墙体的渗透系数为8.57×10-7cm/s，细砾层墙体的渗透系数为4.81×10-6cm/s，由此可知在细砾层中水泥土截渗墙体质量明显下降。

2）水泥土截渗墙试验墙体施工参数分析

水泥土截渗墙试验施工中多次成墙至设计墙底高程的各成墙单元水泥掺入比过大，厚中粗砂层的实际水泥掺入比平均值为31.1%；细砾层的实际水泥掺入比平均值为31.7%。同时，一次成墙至设计墙底高程的各成墙单元水泥掺入比也较大，厚中粗砂层的实际水泥掺入比平均值为18.1%；细砾层的实际水泥掺入比平均值为27.9%。

细砾层水泥土截渗墙水泥掺入比过大，且一次成墙率只有38.9%，由此可知，在该地质条件下的细砾层中不宜进行深层搅拌法施工。

3）水泥土截渗墙试验墙体施工工效分析

水泥土截渗墙试验中一次性成墙单元的施工用时情况为：厚中粗砂层，下沉平均用时为2.0 min/m，上提平均用时为1.2 min/m；细砾层，下沉平均用时为4.3 min/m，上提平均用时为2.8 min/m。

水泥土截渗墙施工工效在细砾层中比在中粗砂层中平均降低了2.2倍，由此可知，在该地质条件下的细砾层中不宜进行深层搅拌法施工。

通过咨询国内有关专家对该地质条件下水泥土截渗墙试验结果的分析意见，原纯水泥土截渗墙变更为由水泥土截渗墙和高喷防渗墙相结合的复合防渗体，以综合兼顾工程质量、经济等因素。

4.2 施工方法

水泥土截渗墙施工机械主要采用SPM-5型深层搅拌桩机，三头深层搅拌桩机一次单往复下沉、提升完成一个成墙单元。下沉时墙体每米喷浆量为每米喷浆总量的80%，上提时为20%，3个搅拌头中，两侧搅拌头喷浆，中间一个搅拌头通风。搅拌头直径不小于395 mm，轴距325 mm。

先施工水泥土截渗墙，间隔7～10 d之后，在水泥土截渗墙施工轴线外侧（迎水侧）30 cm处，施工高喷防渗墙，其主要施工机械采用GP1800型高喷台车进行灌浆，孔距采用1.3 m，分二序孔施工,Ⅰ序孔摆角60°，Ⅱ序孔摆角30°，采用对接结构形式布置，钻孔采用地质钻机φ130 mm合金钻头、膨润土泥浆护壁钻孔，孔深入泥岩0.8 m。高压喷射灌浆喷射轴线与高喷防渗墙轴线夹角为0°，Ⅰ序孔与Ⅱ序孔施工间隔时间不小于48 h。当摆喷提升到水泥土截渗墙底高程以上0.6 m时，停止摆喷，喷管下沉0.6 m后进行旋喷提升，重复此段0.6 m的旋喷搭接施工，形成高喷防渗墙与水泥土防渗墙的有效搭接。

4.3 砂砾层中施工遇到的问题及其处理方法

1）砂砾层中施工遇到的问题。在砂砾层中水泥土截渗墙施工遇到地层受阻，造成水泥土截渗墙底呈现台阶状或者相邻水泥土成墙单元间存在缺漏无法形成连续底部整齐的水泥土截渗墙。

2）处理方法。地层受阻造成相邻水泥土成墙单元间存在缺漏，采用旋喷补孔进行补缺，在水泥土截渗墙成墙单元间缺漏间距不大于700 mm时，采用一个旋喷搭接孔进行补缺；当间距大于700 mm时，采用两个或两个以上旋喷孔补缺，保证水泥土截渗墙的连续性。水泥土截渗墙施工中因地层受阻造成墙底呈现台阶状，在进行旋喷搭接施工时采用加大搭接范围，并保证每个水泥土成墙单元旋喷搭接长度不小于0.6 m的处理办法，保证水泥土截渗墙与高喷墙形成连续的复合防渗体。

5 复合防渗体质量检测

水泥土截渗墙施工结束后，依次对水泥土截渗墙体进行高密度电阻率法的无损检测、开挖检查、钻孔取芯、墙体芯样室内试验检测等检查检测，结果表明在中粗砂层水土截渗墙体质量良好。高喷墙施工结束后，依次对高喷墙体进行地质雷达的无损检测、钻孔取芯、墙体芯样室内试验检测等检查检测，结果表明高喷墙和搭接部位墙体质量良好。

6 砂砾层复合防渗体质量控制分析

1）墙体轴线位置控制。水泥土截渗墙与高喷墙轴线间距为0.3 m，在砂砾层施工中受阻严重，针对目前国内施工设备特点，施工中保证水泥土成墙单元、高喷孔位置偏差在规范规定范围内成为重中之重。采用增设墙体轴线辅助线、桩机平移对位跟踪复核、加强测量轴线复核等方法，保证水泥土截渗墙和高喷墙的相对位置做到能完整联为一体。

2）墙体倾斜率控制。针对目前国内施工设备特点，在施工中，深搅桩机采用在其两侧设置最少5 m以上垂线吊锤，用测量仪器校准垂直度，并刻画倾斜率规定允许范围，来控制水泥截渗墙倾斜率达到规定要求，从而使水泥土墙体有效厚度满足规定要求。高喷钻孔施工要加强班组垂直对位、施工中垂直度纠偏，保证高喷孔倾斜率满足规定要求。

3）墙体质量控制。水泥土截渗墙体施工中，要加强施工前设备施工能力检测及设备操作人员技能培训，保证按照规定水泥掺入比，并结合实际深搅桩机下沉、上提速度实时控制浆量，从而保证墙体水泥掺入比达到规定要求。

高喷灌浆施工中，对目前国内高喷台车设备特点，对高压水泵、灌浆泵及轮摆的施工前性能必须进行检测，同时加强操作人员的技能培训，保证能按照规定的压力、浆量、摆速、转速、提速进行高喷孔施工。

在砂砾层搭接部位旋喷施工中，要加强高喷台车喷管下沉、上提高程控制，保证搭接部位准确无误。

7 结语

细砾层属中密-密实，且卵石有局部集中现象，见有超径卵石（大于110 mm），地质条件复杂，施工前必须将复杂地层地质条件勘察清楚，如有必要，要进行加密先导孔施工，形成施工地质剖面图以指导施工；施工前施工设备、仪器仪表必须进行施工能力检测、检定保证能正常施工及准确计量流量、压力、提速和测量；施工前针对设备特点和施工技术要求对质检、施工人员进行培训，保证按照规定技术要求进行施工。

复合防渗体兼顾工程质量和经济效果，达到了哈达山水利枢纽防护区的防渗要求，为该地区的社会经济发展提供了保障。

[1]DL/T5425-2009，深层搅拌法技术规范[S].

[2]DL/T5200-2004，水利水电工程高压喷射灌浆技术规范[S].

[3]YS5214-2000，注水试验规程[S].

[4]哈达山水利枢纽工程（一期）施工图设计阶段防护区工程防渗墙施工技术要求[R].吉林省水利水电规划院，吉林省水利水电勘测设计研究院，2010.

[5]胡朝辉，纪晓东，吴迪，柯萍萍.多头深层水泥土搅拌法在厚中粗砂层及细砾层施工效果的探讨[J].施工技术，2010（3）：58-62.