RJP工法在粘土心墙坝基础防渗的创新应用

□周雪梅□包芬芬（黄河勘测规划设计有限公司）

RJP工法在粘土心墙坝基础防渗的创新应用

□周雪梅□包芬芬（黄河勘测规划设计有限公司）

吉布洛上游调蓄水库首部枢纽由碾压混凝土重力坝段和心墙堆石坝段组成，粘土心墙坝坝基覆盖层含有花岗岩全风化土层，土体比较密实，导致高压旋喷灌浆技术RJP工法切削能力受限。在施工中，创新地将高压喷管增加一对高压喷嘴，增大高压水流和对土体的切削能力，实现加大防渗墙的直径和强度。高压旋喷灌浆技术RJP工法在花岗岩全风化地层中有了全新的应用，可为同类基础防渗设计提供借鉴。

高压旋喷灌浆技术RJP工法；花岗岩全风化地层；粘土心墙坝

0 引言

吉布洛上游调蓄水库位于赤道几内亚共和国境内的WELE河上，距离入海口大西洋约173km。该工程设计为中坝有压引水式电站，由首部枢纽、发电系统等组成。首部枢纽由碾压混凝土重力坝段和心墙堆石坝段组成，最大坝高46m，坝轴线长574m。其中碾压混凝土重力坝段位于河床部位，心墙堆石坝段布置在重力坝两侧。水库总库容12.72亿m3，工程规模为大（1）型，工程等别为Ⅰ等。

粘土心墙坝坝基覆盖层主要为第四系坡残积物（Q4dl+el），一般表层0.50m富含植物根系，主要为粘土、砂质粘土、粉质粘土及壤土，厚0.80～23.40m。由于花岗岩坡残积成因，土质不均，一般底部可见中夹有未完全风化的矿物颗粒，颗粒具棱角，粒径大小约0.20～2mm，其含量随深度的增加而增加。

粘土心墙坝坝基在两岸坡残积层内，根据钻孔注水试验资料，坡残积层渗透系数平均5.20×10-4cm/s，属中等透水。因此，必须进行防渗处理。如采用挖除上部土层至设计深度浇筑混凝土等措施，在建筑材料均靠进口的非洲国家，此方案经济代价较高。而采用传统的高压旋喷灌浆技术，难以在较密实的风化残积土中形成有效的防渗体。为了满足防渗要求引入了高压旋喷灌浆的RJP工法，在粘土心墙以下设置旋喷墙进行防渗处理，旋喷墙厚度按0.80m控制，向下伸入基岩1m。

1 高压喷射灌浆技术基本原理、方法

1.1 基本原理

高压喷射灌浆技术土质条件适用范围较广，主要适用于处理淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基，工程适用范围较广。加固土体的基本性质有：固结体直径可调整、固结体形状可不同、重量轻、渗透系数小、固结体强度高、具有较好的耐久性。

喷射灌浆法加固地基通常分为两个阶段。第一阶段为成孔阶段，即采用普通的钻机预成孔或者驱动密封良好的喷射管和带有一个或两个横向喷嘴的特制喷射头进行成孔；第二阶段为喷射加固阶段，即用高压水泥浆（或其他硬化剂）通过喷射管由横向喷嘴向土中喷射，与此同时，钻杆一边旋转，一边向上提升。由于高压细喷射流有强大切削能力，因此喷射的水泥浆一边切削四周土体，一边与之搅拌混合，形成圆柱状的水泥与土的混合加固体。

喷射灌浆法的加固半径Ra和许多因素有关，其中包括喷射压力P、提升速度S、现场土的剪切强度τ、喷嘴直径d和浆液稠度B等。加固范围与喷射压力P、喷嘴直径d成正比，而与提升速度S，土的剪切强度τ和浆液稠度B成反比。

1.2 RJP工法特性

目前，高压喷射灌浆分为单管法、二管法、三管法和多管法，赤几上调水库两岸坝基采用三管法。三管法是使用分布输送水、气、浆三种介质的三管，在压力达到20～50MPa左右的高压或超高压水喷射流的周围环绕0.70～0.80MPa的圆管状气流，利用水气同轴射流冲切土体，另由泥浆注入压力为0.20～0.70MPa、浆量为80～100L/min的稠浆充填，当采用不同的喷射方式，可形成各种要求形状的凝结体。RJP工法全称RodinJetPile工法，它仍使用三重管，分别输送水、气、浆，与原三重管工法不同的地方是，不仅水压为20～50MPa的高压，而且水泥浆液也同样采用高压（20～40MPa）喷射，并在其外围环绕约1MPa的空气流；能进行第二次冲击切削土体，对岩土体的切削能力和喷射距离均增大，RJP工法固结体直径大于三重管工法，其对地基岩土体的适应性更广。

2 RJP工法的创新运用

2.1 RJP工法的创新研究

在两岸粘土心墙坝旋喷墙施工过程中，因为基础含有花岗岩全风化残积土，土体比较密实，导致切削能力受限，旋喷灌浆成桩直径及强度不达标。要获得较大的防渗加固体，一般需要加大泵压，但限于国内机械水平，常用的喷射水压力为20～40MPa。最后采用通过现场加工，将高压喷管增加一对高压喷嘴，来加大喷嘴的面积，在维持压力不变的情况下增强对土体的切削能力，从而实现加大防渗墙的直径和强度。高压旋喷灌浆技术RJP工法也首次得以在花岗岩全风化地层中得到推广应用。

该工法的示意图及现场测试见图1、图2。

图1 RJP工法示意图

图2 喷管喷嘴测试图

2.2 试验结果

防渗墙施工前，进行了高压旋喷灌浆试验，以确定施工工艺的可行性和施工参数。试验后，通过开挖查看旋喷桩、取样检测，表明RJP工法在本工程中的加固效果较传统的三管法更优。两种工法试验旋喷桩径和搭接效果对比见图3、图4。

图3 普通三管法高压旋喷效果图

图4 RJP工法高压旋喷试验效果图

2.3 坝基防渗处理方案

坝基高压旋喷灌浆部位主要为粘土心墙坝段，布置范围为整个左岸粘土心墙坝段，起止桩号为0-15～0+207.38，以及部分右岸粘土心墙坝段，起止桩号为0+383.38～0+438.30。旋喷灌浆孔数量共计278孔，其中左岸粘土心墙坝段布置有210孔，右岸粘土心墙坝段布置有68个孔。旋喷墙厚度按0.80m控制，深入基岩1m。

2.4 防渗处理效果评价

高压旋喷防渗墙的加固土体胶结质量和防渗性能根据钻孔取芯和试验进行检查，按10%比例抽样，钻孔检查宜在高喷灌浆结束28d后进行。检查孔孔位布置在防渗墙中心轴线上，钻孔、取芯和进行静水头压水试验。每10孔布置1个检查孔做压水试验。

在抽检的高压旋喷孔中，通过各项检验试验，渗透系数均能满足要求，抗压强度95%以上能满足要求，对局部不满足要求的试验芯样分析发现，是由于局部地层中花岗岩风化程度不一，出现未完全风化的小块，试样加载时，在风化块体周围出现应力集中，导致试样发生变形破坏较快。因此，在抗压强度不合格率较高的旋喷孔中，再进行一次复灌，然后进行取样检测，均能达到要求。

3 结语

高压旋喷灌浆技术RJP工法在赤道几内亚吉布洛上游水库工程坝基土石坝段防渗帷幕中的成功应用，相比采用传统的高压旋喷灌浆技术，其灌浆效果明显，它创新地将高压喷管增加一对高压喷嘴，增大了高压水流和对土体的切削能力，坝基岩土体强度得到明显加强，防渗效果显著。本次高压旋喷灌浆技术RJP工法在花岗岩全风化地层中的应用，较传统高压旋喷灌浆技术适应的淤泥、淤泥质土、黏性土等，有了新的实践。丰富了高压旋喷灌浆技术的适应性。首次在粘土心墙坝基础处理中应用高压喷射灌浆技术RJP工法，扩大了它的应用范围。

（责任编辑：刘长垠韦诗佳）

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2016-06-14