高压摆喷防渗墙围井试验分析

石 梅

一、工程概况

蚌埠闸扩建船闸建设工程区的地下水主要为第四系孔隙水，受大气降水和淮河的补给，并主要分布于第四系土层的粘性土和砂性土中，其中砂层中的孔隙水具承压性，该层承压水与淮河水有较强的水力联系。工程地质状况从上至下分为：粉质壤土层、细砂层和粉质粘土层。

基坑开挖设计采用高压摆喷墙进行基础截渗处理、下游结合永久裹头在迎水侧灌注桩后加一排高压悬喷桩以提高二期基坑防渗效果。

高压摆喷截渗墙共647孔6794m（其中一期517孔5429m，二期130孔1365m），高压悬喷桩61根约710m。截渗墙施工：开挖基坑一期土方至16m高程左右，建立截渗墙施工平台，设计截渗墙墙顶高程10.5m，截渗墙深入相对不透水层约1m，平均墙深约10m。

开工即组织工艺性围井试验，选择合理的施工参数（如孔距、提升速度、摆动速度、影响半径以及灌浆压力、气压、水压、浆液密度等），并开挖检查成墙质量。

二、试验目的

一是选定钻机有效的钻进方法，以保证有效成孔，孔斜率控制在0.5%以内。

二是按照高压摆喷防渗墙技术指标，选定孔位间距。

三是确定高压摆喷防渗墙采用的施工工艺及相关参数，制定相应操作规程。

四是检验高压摆喷防渗墙试验墙内的截渗效果。

三、围井结构布置

根据设计要求，布置围井一口，围井中心（抽水井）位置设于高压摆喷防渗墙拐角处，经过钻孔显示，该部位地质情况与钻探地质情况基本吻合。利用设计的高压摆喷防渗墙墙位的高压摆喷孔 2 个（1#、2#），在外围另加高压摆喷孔 4 个（3#、4#、5#、6#），高压摆喷防渗墙墙顶设在19.5m高程形成围井，进行抽水试验，检查抗渗效果。孔深按设计要求墙底高程按-1.0m进行，井孔距选用1.3m，围井布置见图1。

四、主要工艺参数

高压摆喷灌浆采用三重管法，先施工Ⅰ序孔（1#、3#、5#），再施工Ⅱ序孔（2#、4#、6#），采用的主要工艺参数见表1。

五、施工工艺

1.主要施工环节

（1）测量定孔

围井布置放线定孔位，每孔误差不大于2cm，用木桩固定，标上孔号，并妥善保护，钻灌孔统一编号。

（2）钻机造孔

造孔采用XY-2型地质钻机，合金钻头泥浆护壁回转钻进。

钻孔前校对孔位，确定孔位无误后将钻机移至钻孔位置，对准孔位，然后用水平尺调整机身水平，立轴垂直，垫平，垫牢机座，测试无误后方可开钻，以控制成孔斜度。

开钻时轻压慢钻，钻进中经常用水平尺检查钻机立轴的垂直度。钻进过程中随时注意钻机的工作情况，以便及时发现问题并纠正。钻进中详细记录地层情况，直至钻至设计深度。对漏浆、掉钻等特殊情况要详尽记录。

钻孔施工时，严格控制成孔斜度。按设计要求测量孔斜，应使孔斜率降至最低，要求孔底偏斜率不大于0.5%，以确保防渗墙的搭接可靠。

钻孔测斜是检验成孔质量的重要手段，必须有正确的使用方法和高精度的测斜仪器。采用JJX—3A型井斜仪，精度高，可以直接测量孔斜顶角，经计算后得到钻孔斜度。

图1 围井布置图

表1 高压摆喷灌浆主要工艺参数表

图2 公式代号示意图

钻进暂停或终孔待喷时，在孔口加盖保护，并应防止孔内塌孔。

（3）下喷射管

将高压摆喷台车移至孔口处，先进行地面试喷并调准喷射方向。喷射管要求下到设计深度，误差不大于10cm，同时将井口摆动装置调整好方向，并与其他工序相互配合，做好灌浆前的准备工作。

（4）制浆

严格按配合比与程序制浆。采用P.O32.5普通硅酸盐水泥，水直接从淮河中抽取经过滤沉淀后使用。采用重量称量法，称量误差应小于5%；浆液必须搅拌均匀并测定浆液密度。施工中随时对现场水泥进行计量。

采用普通搅拌机，水泥浆的搅拌时间不少于90s。浆液自制备至用完时间少于4h。浆液控制过程中应保持均匀上料，使浆液比重保持在要求范围内。

制浆站严格按配比配置浆液，并及时泵送，制浆站每30min测定浆液比重一次，并对制浆量及比重作详细记录，如浆料发生变化，应随时加测。

（5）喷射灌浆

钻孔经检验合格后，即可进行高压摆喷台车就位、下管。

喷浆作业时，先在地面试喷并调整喷射方向，压力达到规定值时，检查高压射流压力、喷嘴形状和直径、高压管路和高压泵系统工作是否正常。通过试喷检查供气、水和供浆系统及管路是否畅通。

图3 公式代号示意图

试喷结束后将喷射管移至孔位，将喷射管下放到孔中的设计深度。下喷射管时，用胶布包裹水嘴，防止下管时喷嘴堵塞。

喷射管下到设计深度，调整好喷射方向，先按规定参数送浆、气、水进行静喷，待浆液返回孔口、情况正常后方可按规定速度提升。

喷射灌浆应连续作业，如终止后重新进行高压摆喷作业时，应进行复喷，复喷搭接长度一般不小于0.5m。

中断供浆、水、气时，将喷头下沉至停喷点以下0.5m，待恢复供应时再喷射提升，因故停机超过3h，应对泵体和输浆管进行清洗。

高压摆喷过程中应经常检查高压水泵、低压泥浆泵、风压力以及浆液流量、风流量、水量、提升速度等。

（6）回浆利用

从孔口冒出的部分浆液，除被切割的地层颗粒外，大部分为水泥浆，将冒浆导入沉淀池，使地层颗粒沉淀，并尽快将无沉淀的水泥浆泵送到搅拌机回收利用，这样既可以节约成本又能保护环境。

（7）回灌封孔

喷射结束后，应连续将冒浆回灌至孔内，直至孔内液面不下降为止。

（8）弃浆排放

舍弃的浆液沿排浆沟排放到指定地点。

六、质量要求

固结体抗压强度：R28=10MPa；墙体渗透系数：K≤1×10-6cm/s；高压喷射注浆试验施工结束后，开挖检查防渗墙的墙体垂直度、连续性、均匀性和搭接程度。

七、试验成果及分析意见

1.第一次抽水试验

按潜水完整井、岸边单孔抽水井选择计算公式求渗透系数。计算公式如下：

公式中代号详见图2。

其中：K——渗透系数（cm/s）；

Q——稳定出水量（m3/d）；

H——抽水前井内水深（m）；

S——井内水位稳定降深（m）；

b——抽水井中心至库内水边的距离（m）；

r——抽水井半径（0.15m）；

平均渗透系数Kcp=5.72×10-3cm/s。

2.第二次抽水试验

采用改进达西定律公式计算渗透系数，计算公式如下：

公式中代号详见图3。

其中：K——渗透系数（cm/s）；

Q——稳定出水量（m3/d）；

L——围井中心线处周长（m）；

t——高压摆喷板墙厚度（m）；

H——井内水位至井底距离（m）；

S——井内水位稳定降深（m）；

平均渗透系数Kcp=5.16×10-7cm/s。

此次抽水试验严格按抽水试验规程进行，测得的渗透系数能真实反映成井后地层渗透性，符合设计规定的要求，完全能够达到预计的防渗加固效果。

八、结论

在蚌埠闸特定的地理条件下，必须通过围井试验，并对围井试验结果进行质量检查，以验证施工设计的合理性和施工的可靠性。在用高压喷射灌浆进行除险加固工程时，施工中的工艺参数成为现场施工的重要指标，为正确施工奠定了科学的基础