南水北调高填方渠道高喷防渗墙设计与施工

□王志华　□张增印　□杜　晖　□刘洪飞（河南省水利勘测设计研究有限公司）



南水北调高填方渠道高喷防渗墙设计与施工

□王志华□张增印□杜晖□刘洪飞（河南省水利勘测设计研究有限公司）

摘要：南水北调中线焦作城区段为唯一横穿城市市区高填方渠段，为保证渠道运行和焦作市人民生命财产安全，渠道采用塑性混凝土防渗墙设计以提高渠道安全度，但是防渗墙与渠道交叉建筑物和穿堤建筑物衔接部位防渗墙无法施工，容易产生渗漏通道，为此需要对衔接部位采取高喷灌浆进行防渗加固。文章通过施工工艺试验，确定了高填方渠段高喷灌浆施工工艺和参数设计，施工完成后总干渠运行情况良好，可供其他高填方渠道防渗设计与施工参考。

关键词：南水北调；高填方渠道；衔接部位；高喷灌浆；两管法

1工程概况

焦作城区段是南水北调中线工程总干渠Ⅳ亚段（黄河北～漳河南）的组成部分，也是南水北调中线工程唯一横穿城市市区的渠段，本段共涉及焦作1段和焦作2段两个设计单元，西起自焦作市西三环丰收路，总干渠设计桩号为Ⅳ32+200，东至山阳区解放大道，设计桩号为Ⅳ44+100，全长11.90 km。

焦作城区段全部为半填半挖和全填方渠段，渠堤最大填高达到13m，渠道设计水位远高出周围地面，且总干渠流量规模大，一旦失事，大量总干渠渠水将宣泄而出，并迅速向南侧漫溢，淹没城区大片区域，危害到焦作市人民生命和财产安全。

为确保本段渠道安全，焦作城区高填方渠段采用塑性混凝土防渗墙设计以提高本段渠道安全度。但是该区段存在大量河渠交叉建筑物和穿堤建筑物，使得渠堤土体和混凝土建筑物结合处由于不能紧密衔接，容易产生渗漏通道，而这些部位目前采用的混凝土防渗墙由于施工空间问题又无法使得防渗墙与建筑物直接结合，为此，对这些部位需采取相应的防渗加固措施，使防渗墙与建筑物及渠堤紧密衔接，形成完整的防渗墙封闭圈。

2防渗墙与建筑物衔接部位处理措施

2.1衔接部位

一是与普济河、闫河、翁涧河、李河这4座河渠交叉建筑物的衔接处，具体衔接位置为河渠交叉建筑物进出口闸室段左右岸外侧翼墙与渠堤土体的衔接处。该衔接部位每个河渠交叉建筑物有4处（普济河只考虑出口衔接2处），共14处。

二是与2座排污廊道结合处，2座排污廊道穿越位置分别在焦作市民主路西侧和建设路北侧，穿越处总干渠设计桩号分别为Ⅳ35+465和Ⅳ43+673，各排污廊道中轴线均与总干渠垂直，具体衔接位置为排污廊道管身上下游翼墙以及管身顶面与渠堤土体的衔接处。

三是与2座退水闸结合处，即闫河退水闸、李河退水闸，具体衔接位置为退水闸进口引渠两侧挡墙与渠堤土体的衔接处，该衔接部位每个退水闸有2处，共4处。

四是与1座分水闸结合处，即焦作市苏蔺分水闸，设计桩号Ⅳ43+221.60，具体衔接位置同排污廊道，即管身上下游外侧以及管身顶面与渠堤土体的衔接处。

2.2处理措施

目前，处理混凝土防渗墙与建筑物衔接的措施主要为水泥灌浆，根据灌浆压力和施工方法的不同又分为劈裂灌浆、高喷灌浆及一般的常压灌浆等，其灌浆材料一般为普通的硅酸盐水泥或添加一定的膨润土形成的合成材料。

根据总干渠渠堤堤身较为单薄的特点，采用劈裂灌浆虽然防渗加固影响范围大，能很好的将渠堤土、防渗墙与混凝土建筑物良好结合，但如果灌浆压力控制不好可能将质量良好的渠堤劈开，从而损坏渠堤，故也不宜采用。而普通的常压灌浆，则一般只适用于存有明显裂缝或孔洞的部位，故也不宜采用。

高喷灌浆，由于影响范围广，一方面可以很好的将渠堤土、防渗墙与建筑物结合，另一方面施工简单，且只要压力控制合适，基本不会对现有渠堤造成损坏，故作为本次焦作城区段渠堤防渗墙与建筑物结合的防渗加固处理措施。

2.3主要设计参数

高压喷射灌浆一般喷射形式有旋转喷射、定向喷射和摆动喷射三种。定喷套接基础强度较高，但其可靠性差，影响范围小；摆喷对接或折接、定喷折接连接方便，摆角范围内影响范围大，摆脚范围外则角基本影响不到，成墙厚度不均匀。

旋喷由于影响范围大，且影响范围为360°全方位，一方面能保证自身防渗墙体的有效厚度，另一方面由于影响范围大可与混凝土防渗墙紧密结合，且结合紧密程度均匀，防渗墙质量更为可靠，故作为本次处理防渗墙与建筑物接头拟定采用高喷型式。

灌浆孔间距初定为1.20 m，根据衔接部位的不同采取单排或双排布置，双排布置两排孔错开布置。防渗墙体渗透系数需＜1×10-6cm/s，容许比降≥67.70，破坏渗透比降≥200，抗渗标号W8，有效墙厚范围内无侧限抗压强度＞5 MPa，最小有效墙厚≥30 cm，旋喷影响范围≥1.20 m。

墙体材料采用普通型浆液，水泥选用强度等级为42.50硅酸盐水泥，水灰比一般为0.60：1～1.50：1，根据现场具体施工情况而定，凝结体的抗压强度（28d）最大需达20 MPa。高压旋喷防渗墙沿塑性混凝土防渗墙两侧布置，搭接长度≥3 m。高压旋喷灌浆与衔接防渗墙顶底标高一致。

3高喷施工试验

3.1试验目的

一是试验两管法在98%压实度土体中的适应性和工效；二是检验不同工况下两管法旋喷桩单桩成桩有效直径；三是确定旋喷桩施工间排距并对技术参数提出优化整调方案；四是为全面展开高喷防渗墙施工提供孔排距设计参数和施工技术参数。

3.2试验安排

在闫河退水闸沿渠路南侧护坦基坑部位按渠堤填筑要求，形成高约7 m类似渠堤条件的施工平台，达到两管法试验条件与渠堤相同，通过试验得出的相关参数可以直接用于渠堤防渗墙施工的目的。

试验施工平台底宽13 m，填高7 m，顶宽5 m，填筑区域土方填筑及拆除方量约为3000 m3。为达到试验与施工同条件的目的，试验平台填筑前，按照渠堤填筑标准先进行表土清理30 cm，填筑土料采用渠堤削坡土，铺土厚度、碾压遍数及摊铺和碾压设备均与渠堤填筑标准一致。

为全面揭示高喷单桩体和三桩连接体成桩效果，高喷桩形成后，采用挖掘机配合人工方式对试验平台进行剥离开挖。为防止开挖过程中机械操作破坏桩体，对桩体施工平台采用机械剥离开挖时，桩体周边预留约50 cm的土体保护层，再采用人工剥离。剥离开挖过程中，为防止施工平台开挖下降速度过快，引起桩体倾覆，开挖梯段高度按2.00 m一层控制，自上而下分层开挖。

桩体剥离开挖揭露后，对每种工况下成桩直径、桩体咬合搭接效果及桩体成墙后有效厚度进行检查，提交试验成果，确定两管法高喷成墙钻孔间排距及施工技术参数，用于渠堤段高喷防渗墙施工。

试验平台于2013年5月15日开始填筑，2013年5月21日平台形成；两管法高喷试验于2013年5月22日展开，2013 年5月30日进行开挖检查，历时8 d。

3.3试验方案

3.3.1钻孔工艺流程

高压喷射注浆施工工艺流程图见图1。

图1　新两管法高压喷射注浆施工工艺流程图

3.3.2施工试验参数

两管法工艺性试验按每组单桩和三桩连接体组合进行，共分为四组，根据提升速度和浆压进行组合，相关施工参数确定见表1。

表1　高喷试验主要施工参数表

3.3.3钻孔

“两管法”高压旋喷灌浆工艺性试验钻孔深度为7 m控制。钻孔采用京探-100型地质钻，钻孔孔径采用ф91 mm，按照选定的孔距放样定位，其中心容许误差≤5 cm。钻机对准孔位后，用水平尺检查调整机身水平后，垫稳、垫牢、垫平机架后对钻机固定。钻进过程及时记录钻孔情况，终孔结束后经值班质检员检查，成孔偏斜率控制在1%以内。每组试验参数成型一根单桩体和三柱连接体各一个单元，四种试验参数总计钻孔成桩16根。试验孔按图2布置。

图2　钻孔位置布置图

3.3.4喷射灌浆

喷射注浆试验按工程概况中四套试验参数进行试验和调整，当喷射管下到设计深度后，送入适合要求的浆液，喷射1-3 min；待注入的浆液冒出后，再按预定参数提升、旋转。采用同轴喷射，边提升边注浆直到设计高度，停送浆液，提出喷射管。

喷射灌浆开始后，时刻注意检查注浆的流量压力以及旋、提升速度等参数，并且随时做好记录。定期检测浆液密度，按1.58 g/cm3进行控制，如发现施工中的浆液密度超出该指标时，则立即停止喷注，并对浆液密度进行调整，到正常范围后再进行喷射注浆。

3.3.5充填

为解决凝结体顶部因浆液析水而出现的凹陷现象，每当喷射结束后，随即在喷射孔内进行静压充填灌浆，直至孔口液面不再下沉为止，充填浆液比重按1.73 g/cm3进行控制。

3.3.6清洗

当喷射完毕时，及时将各管路冲洗干净，不留有残渣，以防堵塞，采用清水连续冲淡，直到管路中出现清水为止。

3.4试验结果

试验完成后，对“两管法”钻孔高喷灌浆进行开挖检查。检查结果和开挖照片见表2和图3。

表2　“两管法”高喷灌浆试验结果表

图3　1号三桩连接体照片图

开挖结果显示：高喷灌浆未对渠堤造成破坏，成桩连续完整，全为水泥土结石，单桩最大直径可以达到80 cm以上，最小直径约为50 cm。

经对比分析，技术参数2成桩效果最好，且经济指标合理，所以高喷施工参数采用技术参数2，以达到高喷防渗墙桩体密实、桩体咬合衔接牢固、墙体有效厚度满足设计要求的目的。在高喷灌浆施工完成28d后，依据相关技术规范和技术标准要求采用钻孔取芯、注水试验进行了质量检查。注压水试验满足防渗要求，抗压强度满足力学强度要求。

4结语

南水北调中线焦作1段第二施工标渠道防渗墙与2～8#抽排泵站、闫河倒虹吸出口左右岸、退水闸、排污廊道等构筑物结合处采用高压旋喷灌浆衔接，高喷灌浆参数采用施工试验参数2，为保证高喷防渗墙有效墙厚≥0.30 m，高压旋喷灌浆孔间距优化至0.33 m。2013年8月15日高压旋喷灌浆开始施工，至2013年12月4日高压旋喷灌浆施工完成，高压旋喷灌浆墙体28 d强度满足规范和技术标准要求，单元工程全部合格，优良率为100%。

（责任编辑：刘长垠）

中图分类号：TV52

文献标识码：A

文章编号：1673-8853（2016）05-0025-03

作者简介：王志华（1981-），男，工程师，主要从事水利水电工程设计工作。

收稿日期：2016-03-23