高喷防渗技术在东深供水改造工程B-Ⅲ3标段中的应用

□许海英□黄锋（新乡市水利勘测设计院）

高喷防渗技术在东深供水改造工程B-Ⅲ3标段中的应用

□许海英□黄锋（新乡市水利勘测设计院）

高压喷射防渗技术，是中国八十年代发展起来的地基处理技术。随着该技术的发展成熟，在东深供水工程中得以很好的应用。文章简要介绍东深供水工程有压箱涵的地层状况、水文地质条件、防渗施工、使用效果。实践证明，高喷灌浆技术的应用是成功的，是一种先进的防渗技术。

有压箱涵；高喷灌浆；防渗参数；东深供水改造工程

1 概述

本标段桩号16+620～17+030段有压箱涵地基置于全风化泥质粉砂岩岩层上，地下水位较高，且开挖深度＞10m，底部砂层渗水量较大，基础开挖穿过砂层。

高压喷射灌浆技术是20世纪80年代发展起来的一项堤坝垂直防渗加固技术，在三峡围堰、长江堤防等多项大中型水利工程中都有应用，工艺非常成熟。按施工方法可分为单管、双管和三管法，按成桩类型可分为定喷、摆喷和旋喷。该工程设计采用三管法摆喷，它的基本原理是：高压喷射灌浆采用三管法，分两序施工，利用能量高度集中的射流，通过冲切、劈裂、剪切、挤压、充填、渗变、掺搅、升扬、置换、固化等综合作用，强制性的破坏原地层，使地层颗粒在一定范围内重新排列组合；同时，射流带入的固化剂与地层颗粒就地搅拌，形成所需性状的防渗固结体。

高喷防渗处理与其它地基处理工艺相比，具有设备简单、较经济、可灌性好、可控性好、连接可靠、机动灵活、适应地层广深度较大、对施工场所的要求不太高，除防渗外，还可以对软基加固或松散体的整体固化等优点。因此本工程基坑防渗采用高喷板墙防渗处理。基坑防渗采用高喷板墙防渗处理，长度约500m，深约10m，工程量约3067m2。

该技术可在粉质粘土、粘土、填土、中细砂、砂砾、砂卵石、卵漂石、碎石渣等第四系覆盖层均可使用。

2 水文地质条件

2.1 水文条件

在枯水期施工过程中，地下水位高程为▽17.9m，强透水层在水位以下（见下图）；而且，有压箱涵开挖基面为强风化层，开挖深度约为11m，坡度比很大。为了开挖边坡的稳定和施工的正常进行，需对边坡进行加固和防渗处理。从地层看来，主要要处理的是（砂层）。比较地基处理的特点与可行性，此边坡处理采用高喷灌浆的摆喷进行处理，防渗板墙采用折线摆喷连接。

2.2 地质条件

东深供水工程B—Ⅲ3标段有压箱涵区域内主要地层有第四系人工填土（QS）和冲积层（Qal）及侏罗系泥质粉砂岩（J2tb）两大层（见图1）。第四系地层一般分为以下几层：①层：人工填土，呈紫红色或黄褐色，主要由泥质粉砂岩风化土和粉质粘土组成，可塑；高程为20.10～14.40m。②-1层：冲积淤质粘性土，含少量粉细砂，呈灰色，可塑。②-2层：冲积粘性土（包括粘土和粉质粘土），呈黄褐色，可塑。②-3层：冲积粉细砂，呈浅黄色，属透水层。②-4层：冲积中粗砂、含砾粗砂，呈浅黄色，分布较广，贯通性极强，属强透水层。②-5层：冲积砾砂，呈浅黄色，分布较广，贯通性极强，属强透水层。

图1 有压箱涵开挖横剖面示意图

箱涵区域内基岩主要为侏罗系的泥质粉砂岩，在长期的风化作用下，形成有序的全、强、弱、微四个风化带。全风化层主要为粘性土和粉土，属稍透水层；强风化层及以下层位属微透水层。

3 施工

施工方法：采用三重管摆喷注浆技术，摆喷堵水防渗布孔用双向摆动交联型布孔，摆角＞20°。每排孔分两序施工，相邻孔高喷灌浆间隔时间＞24h。见图2。

图2 高喷防渗墙布孔示意图

3.1 施工工艺

定孔位→钻孔→下喷射管→供水、气、浆→喷管摆动提升→回灌→成墙

如此反复，即形成一道连续的防渗板墙。

3.2 墙体质量指标

平均厚度＞0.15m,连续完整，渗透系数K≤5×10-5cm/s；墙体厚度＞150cm;钻孔偏斜率≥1.50%;高喷防渗墙的顶、底高程均要求进入相对不透水层≥1.00m。

3.3 施工参数

高喷防渗墙施工参数见表1。

表1 高喷防渗墙施工参数表

喷射技术参数之间的关系可按以下方法计算

a.喷射压力

b.喷射泵量

c.射流功率

d.三重管法的注浆量

式中P—喷射压力(MPa)；Q—喷射泵量(L/min)；ρ—喷射液体的密度(g/cm3)；n—喷嘴个数；μ—喷嘴流量系数,圆锥形喷嘴μ≈0.95；φ—喷嘴流速系数,良好的圆锥形喷嘴μ≈0.97；do—喷嘴出口内径(mm)；N—喷嘴射流总功率（KW）；q—合理的注浆量（m3/min）；De—预计折算成旋喷固结体直径(m)；V—注浆管提引速度(m/min)K—设计充填率，可取0.75～0.90。

在本工程施工过程中所采用的参数如下：

水压力38Mpa，流量75L/min；气压力0.60～0.70Mpa,流量40～60L∕h；水泥浆压力0.50Mpa,流量80L∕min,比重＞1.60 g/cm3；提升速度8～12cm/min；摆动角度25°;孔距1.50m。

3.4 现场施工的质量控制

3.4.1 原材料质量控制

水泥浆的搅拌时间，使用高速搅拌机≥40s；自制备至用完的时间＜4h。浆液在过筛后使用，并定时检测其密度，测量间隔时间为15min。浆液温度控制在5～40℃之间。

对于孔口回浆利用的质量控制：在粘性地层中进行高喷灌浆时，孔口回浆均混合了大量的土颗粒，而这些土粒难以通过沉淀、过筛等处理方法从浆液中分离出去。在软塑～流塑性状淤泥质土层中，其孔口回浆密度甚至可以超过进浆密度。在没有可靠数据时，这样的浆液不可回收利用。而在非粘性或低粘性土层中，孔口回浆中的细颗粒可经处理分离后得到含砂、土量较少的水泥浆液，这种浆液可二次输送到搅拌机中并添加适量的水泥干料，经搅拌后又可制成能满足要求的高喷灌浆液。考虑到回浆中尚含有少量的杂质，故对利用回浆制成浆液的要求应适当有所提高，应适当加大密度、缩短自制备至用完的时间等。

3.4.2 施工过程中的质量检查和特殊情况处理

钻进施工时采取预防孔斜的措施，并不定时按设计要求测量孔斜。孔底偏斜率≤1.5%。钻孔的有效深度超过设计墙底深度0.30m～0.50m。应选定部分一序孔作为先导孔，采取芯样、划分层位，其深度大于墙体深度，间距＜20m。钻进时应详细记录孔位、孔深、地层变化和漏浆、掉钻等特殊情况。钻进暂停或终孔待喷时，孔口应加盖保护；若时间较长，应采取措施防止塌孔。

检查参数包括孔距、钻孔与灌浆深度、垂直度、摆角、提速和水、气、浆各项参数。施工过程中如遇突然中断，正常后采用复喷≥0.5m的处理。

遇到漏浆孔口不能返浆时，应停止提升喷升，待充填堵漏返浆正常后才能提升。当水泥浆存放＞4h，应按废浆处理。

孔内严重漏浆，可采取以下措施进行处理：a、降低喷射管提升速度或停止提升；b、降低喷水压力、流量，进行原地灌浆；c、喷射水流中掺加速凝剂；d、加大浆液浓度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆；e、向孔内冲填砂、土等堵漏材料。

供浆正常情况下，孔口回浆密度变小且不能满足设计要求时，应加大进浆密度或进浆量。在富水地层，宜适当减小风量或降低风压。

4 防渗效果

根据高喷灌浆施工规范，施工结束后一般采取开挖、墙体取芯、围井注水试验等方法对墙体质量进行检查验收。在本工程中采用的质量检验方法为开挖检查。防渗墙结束7d后沿高喷轴线方向随机开挖一处深坑，坑长5m，板墙暴露高度1.50m，现场测单孔两侧长度1.80m，厚35～50cm，板墙形状规则，连接紧密，板墙中无夹层、松散层、孔洞，板墙间无夹泥层。此外在进行基坑开挖，时观察到基坑无水痕，开挖顺利，表明防渗帷幕无缺口，帷幕质量良好。

（责任编辑：薛静）

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2016-05-16