深层搅拌地下连续墙和高压喷浆相结合在小海子水库中的设计应用

梁军强，郭 涛

（甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃张掖734000）

小海子水库为旁注式平原洼地水库，位于甘肃省高台县南华镇小海子村，距高台县15 km。水库始建于1958 年，由上、中、下库3 部分组成，总库容1 048 万m3。水库建筑物包括大坝、进水闸、输水洞。

目前大坝坝基仍存在接触冲刷渗流破坏的隐患，根据已完成的除险加固方案，运用深层搅拌地下连续墙做坝体坝基防渗处理。但施工过程中部分坝段三轴搅拌桩机下沉至坝基砂层时，搅拌叶片断裂，搅拌轴发生裂纹情况，搅拌深度达不到设计墙深，无法满足设计指标。本文探讨了深层搅拌地下连续墙和高压喷浆相结合在小海子水库中的设计应用。

1 补充地质勘探情况

根据地基钻进困难，未能达到设计防渗墙底线的现实情况，补充地质钻孔勘探，共布置勘探孔3个，具体布置在下库北坝桩号3+000、3+600、4+200处，勘探深度均为18 m，累计取坝基原状土样6 组，标准贯入试验27 段次。

据 ZK1、ZK2、ZK3 揭示，坝顶以下 7.5～10.0 m为坝基黏土层，经取样试验分析，坝基黏土砾石含量0.1%，砂粒含量16.8%，粉粒含量8.4%，黏粒含量74.7%，塑性指数19.1；孔隙率40.2%，孔隙比0.674，压缩系数0.255 MPa-1，压缩模量7.146 MPa，是中等压缩性土。坝基10 m 以下为黏土与粉细砂层接触层，层内冲洪积细砂和中砂交互沉积，具有韵律沉积特点，细砂以浅黄色为主，中砂以灰色为主。标准贯入试验锤击数15～36 击。在砂层深部多次交替出现砂层与黏土胶结层，钻机钻进时较缓慢且出现明显抖动现象，胶结层多具孔隙状和蜂窝状，黏土呈不均匀的条带状与砂层交替出现，结构致密，手捏不易碎，具一定的塑形，经提取岩芯分析，该段有较完整的淤泥和砂胶结状。标准贯入试验表明：随着深度的增加，贯入锤击数越大，表明地层结构越往深部越密实，6 组标准贯入试验锤击数分别为 26、30、32、35、46、75，在17 m 以下的深度范围内，该段地层结构已经非常密实。

经补充3 个地质勘探钻孔表明：坝基砂层内在不同深度内砂层和淤泥质黏土具有不同程度的胶结，且厚度不一，分布连续，胶结不均匀，故表现出不均一的硬度和致密度，在横向和竖直向均表现出胶结程度的各向异性。

2 深层搅拌地下连续墙和高压喷浆相结合设计与施工

2.1 深层搅拌地下连续墙和高压喷浆相结合设计

高压喷射墙采用三管喷射注浆法施工，位置在防渗墙轴线上游0.3 m 处，单排布孔，孔距1～1.5 m，高压喷射灌浆的厚度≥20 cm[1]。防渗墙钻孔垂直，其倾斜宜小于0.3%，高压喷射灌浆孔位与设计孔位偏差应小于5 cm，高压喷射灌浆的形式为摆角40°摆喷（见图1）。结合其他工程经验，初步确定细砂层的提升速度为8 cm/min，黏土层的提升速度为12 cm/min，灌浆的水压为36～38 MPa，流量为80 L/min，空气压力为0.6～0.8 MPa，风量为0.8～1.2 m3/min，浆液压力为 0.8～1.2 MPa，流量为 60～70 L/min。水泥浆比重控制在1.5～1.6 g/cm3，返浆比重控制在1.2 g/cm3。灌浆水泥为中抗硫酸盐硅酸盐水泥，强度等级为P.MSR 42.5，水泥须保持新鲜、无结块，其细度为0.080 mm 方孔筛余量小于5%，用制浆机配制水泥浆，水灰比1.0～1.5，搅拌时间不少于2 min[2,3]。

为保证高喷墙与搅拌桩连续防渗墙直接紧密搭接，利用摆喷墙钻孔处在摆喷墙与搅拌桩防渗墙搭接的0.5～1.5 m 范围内二次旋喷（见图2）。旋喷桩半径0.5 m，旋喷桩中心距1.2 m，旋喷注浆参数与摆喷一致。

2.2 施工工艺流程

主要工艺流程：造孔→高压喷射车准备→试喷→下喷管→提升→回注浆液→冲洗→移动喷射车。

2.2.1 高压喷射车准备 高压喷射车准备时须全面检查设备系统是否正常。

2.2.2 试喷 先检查管路是否通畅、连接是否正常，无误后进入下一步。

2.2.3 下喷管 先注水、注气，压力达到所需的标准，经过试喷来检测系统的运行情况。为防喷嘴堵塞，喷嘴要包扎胶布。

2.2.4 提升 下喷管到达位置后，依次送水、送气、送浆，当各自压力至设计值，孔口返浆密度≥1.20 g/m3后提升。泥浆密度控制在1.50 g/m3以上。高喷过程中每隔30 分钟进行1 次进浆和回浆密度检测，当不符标准时，应及时停止作业，立即调整水灰比，尽快重新作业。

2.2.5 回注浆液 灌浆结束以后，及时回注水泥浆，回注时间不少于30 min，直到孔口处浆液表面不再下降为止。

2.3 特殊情况处理

注浆回流量小于注浆量20%时不处理，注浆回流量大于20%或不回流时，尽快找出原因，解决出现的问题。当地层孔隙较大，泥浆不返时，可在浆液中加入适量的快速凝结剂，使浆液在一定时间内凝固；也可增大进浆量。回流量过大时喷射的范围与注浆量不符，注浆量远超固结浆量。解决的方法：加大压力或减少注浆量；减小喷嘴孔径；加速提升或旋转。遇到串浆状况，现场施工人员立即填堵串浆孔或者冒浆的孔点。

2.4 高压喷射灌浆质量控制

一是钻机用水平尺调平；二是钻杆采用粗径钻杆尽量满眼钻进；三是钻杆用铅垂调直；四是防渗墙采旋喷套接；五是采用P·MSR 42.5 中抗硫酸盐硅酸盐水泥；六是认真记录钻孔钻探班报表，为高喷灌浆提供准确的数据；七是进行现场生产性试验，进一步明确各种参数；八是施工中采取跳打法，先进行I 序孔试验，再进行II 序孔试验，相邻桩孔间隔施工时间24 h；九是桩底应按设计要求进行不提升高压旋喷；十是严格控制进浆、回浆密度，进浆密度控制在1.50 g/m3以上，回浆密度≥1.20 g/m3；十一是水泥浆在气温10℃以下时贮存时间要少于8 h，10℃以上时要少于5 h。超过规定时间应废弃；十二是高压喷射灌浆结束后，继续回灌，直至浆面不下沉为止。

3 结论

当使用三轴搅拌桩机施工遇到坝基冲洪积细砂和中砂交互沉积层时，由于板结较为密实坚硬，而搅拌桩机主电机功率较小，分配至三根轴上下沉动力较弱，且通过链条传动，效率极差。通过本次研究，上部用深层搅拌法，下部用高压喷浆法，两者相互搭配，可以顺利完成施工作业。在施工中遇到黏土、粉细砂层板结等较硬地层时，可采用钻机钻进至预定深度，再用高压喷浆设备喷浆而切削搅拌土层，两墙结合处搭接长度大于0.5 m，最终形成深层搅拌防渗墙和高压喷浆防渗墙两者相结合的连续防渗系统[4]。该方案既可满足设计防渗深度要求，又可解决施工难以钻进的难题。