浅谈土石围堰高喷防渗墙施工技术措施

浅谈土石围堰高喷防渗墙施工技术措施

刘姿含 刘泽珺

中国水利水电建设工程咨询西北有限公司 陕西西安 710000

【摘要】高压喷射灌浆防渗墙具有施工工艺简单、施工效率高、污染小、噪音低、工期短等特点，被广泛用于各项形式的防渗工程中，是确保所保护的主体工程施工能够顺利进行的基本保障。高喷防渗墙的成功关键来源于施工质量控制及其相关施工措施的有效程度。

【关键词】高压喷射；防渗墙；质量控制；围堰

1 围堰概述

某水利工程厂房围堰位于厂坪以下，为土石围堰。设计洪水标准为20年一遇，相应洪峰流量为1698.78m³/s，纵向围堰束窄河床过流，围堰堰顶高程765.0m，堰顶宽度8.5m，堰顶长度253.43m，最大堰高7.93m。围堰主体采用开挖石碴料填筑，迎水面填筑料外侧铺筑垫层料厚0.8m，最外侧设置格宾石笼防护，石笼厚1.0m。迎水面坡比1：1.75，背水面坡比1：1.50。

围堰中部设高喷防渗墙防渗，防渗墙沿围堰轴线布置，防渗墙顶部高程765m，与堰顶齐平。防渗墙宽度不小于80cm，轴线长度285.43m（厂0-016～厂0+269.43）。

图1-1 围堰填筑典型断面图

围堰主要以河床砂卵砾石为坝基，岸坡段则以弱风化岩体为坝基。工程所在地多年平均气温为5℃；极端最高气温39.4℃；极端最低气温-41.2℃；多年平均降水量为153.4mm；多年平均水面蒸发量为1619.5mm；多年平均风速3.7m/s；最大风速32.1m/s；最大积雪深46cm；最大冻土深127cm。

2 高压旋喷防渗墙施工

2.1工程设计

围堰防渗墙轴线长364.4m，墙厚0.8m，深入基岩1.0m，最大墙深51.7m，单排布置，分I、II两个次序施工。

2.2施工方法

1. 高喷施工工艺流程详见图2-1。

图2-1 高压旋喷桩施工工艺流程

2.3钻孔

在定孔位时，严格按照设计放样定孔位，其误差不大于5cm，并采用木桩固定。在高喷灌浆轴线拐弯处设固定桩，同时在施工轴线5～10m范围设控制桩。施工采用HDL-300型多功能钻机，经技术人员验测合格后方可开钻，钻孔孔径φ146mm。如发现钻机倾斜，则停机找平后再续钻。钻进过程中，遇到异常情况及时查明原因，并采取相应措施处理。钻孔孔深按原设计河床线高程入岩1.0m进行控制。

2.4高喷参数

旋喷桩注浆工艺适用于流塑～可塑状黏性土、粉土、砂土、圆（角）砾、黄土、淤泥质土和素填土等土层；对于粒径大于60mm的颗粒含量超过30%的卵石地层、动水条件下的地层需要经过现场实验确定是否适用。

厂房围堰1号试验区（桩号K0+172.2～K0+174.4）和2号试验区（桩号K0+182.4～K0+185.6），通过生产性试验确定最佳的施工参数如下表：

表2-1 高喷灌浆施工参数表

2.5高压喷射灌浆

先旋喷设备就位、进行调平、支撑点垫实垫稳；全面检查喷浆设备是否完好，再进行孔口试喷，检查各种管路是否畅通。下管时将喷头进行密封，以防浆、气管道堵塞；灌浆管下到设计深度后，按气、浆顺序依次送入。喷射时，先应达到预定的喷射压力、喷浆旋转30s，水泥浆充分搅拌后，再边喷浆边匀速旋转提升注浆管，各项高喷参数按参数表控制。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩体中断，同时立即检查排除故障，重新开始喷射注浆的孔段与前段搭接不小于0.5m，防止固结体脱节。

2.6特殊情况处理

（1）漏浆量大，孔口返浆小的处理；①向孔内加砂、粘土等堵漏材料；②加大浆液比重或灌注水泥砂浆等；③降低提升速度或停止提升，进行原位复喷。

（2）喷灌中断的处理；因故停喷后重新恢复施工前，在中断处以下0.5m处开喷，中断前后搭界处进行复喷。停机超过3h时，应对泵体输浆管路进行清洗后方可继续施工。

（3）串通孔的处理；高压喷射灌浆过程中发生串浆时，应填堵串浆孔，待灌浆孔高喷灌浆结束8h后，对串通孔扫孔进行高喷灌浆或继续钻进。

（4）预注浓浆；针对通过先导孔钻孔初步判断地层下部存在较大空隙，且该高喷I序孔喷浆长时间无法成墙、孔口无返浆，采取各项措施后仍无改善等情况，为确保成墙效果，在I序和II序高喷孔之间增加预注浓浆孔，孔间距80cm，通过预注浓浆改善下部地层条件。

2.7质量检查及验收

（1）喷灌完7天后，采用开挖直观检查分析，检测桩径、喷射范围、搭接程度，并留存影像数据；

（2）喷灌完14天后，可通过围井法检查高喷墙的防渗性能，在透水层中进行围井注水试验，K≤10^-5cm/s，高喷墙的渗透系数K可按B.1式计算。

式中：

K—渗透系数，m/d；

Q—稳定流量，m³/d；

t—高喷墙平均厚度，m；

L—围井周边高喷墙轴线长度，m；

H—围井内试验水位至井底的深度，m；

h₀—地下水位至井底的深度，m。

2. 喷灌完28天后，通过钻孔取芯检查，检测芯样的抗压强度。

通过对围井注水试验检查，渗透系数为K=5.92*10^-6cm/s,小于设计指标渗透系数K≤10^-5cm/s，满足设计图纸要求。注水试验成果见下表：

表2-2 注水试验成果表

3 灌浆成果分析

3.1预注浓浆成果分析

在1、2号围井使用完全相同的工艺、参数完成预注浓浆施工，由于围井范围较小，钻孔时易出现串孔，所以两个围井均增加了12个预注浓浆孔，分为四序完成，每序3孔。分析两个围井成果数据发现：①两个围井成果数据特征高度一致，特别是单位耗灰量及孔序单位耗灰量变化规律极其相似；②I、II序孔对比，II序孔单位耗灰量稍小，但是相差不大，没有明显的逐序递减特征；③III、IV序孔与I、II序孔对比，III、IV序孔单位耗灰量减少，特别是IV单位耗灰量明显降低，具有逐序递减特征，相对而言单位耗灰量也比较大。

3.2高压喷浆成果分析

I序孔平均单位耗灰量503.23kg/m,II序孔平均单位耗灰量475.66kg/m，I序孔平均单位耗灰量大于II序孔，符合高压喷浆规律；②在喷浆流量基本相同的情况下，I序与II序孔的平均单耗差产生于提升速度和定喷时长，根据成果得出I序的提升速度略慢于II序孔，所以提升速度是单耗差的原因之一，但不是主要原因。I序普遍需要定喷加砂灌注，而II序孔很少需要，这是I序与II序孔平均单耗差的主要原因。II序孔相较于I序孔喷浆更加顺利，说明I序孔有效的改变了地层结构，提高了地层防渗能力；强化I序孔喷浆效果，使高喷防渗墙的防渗能力达到设计要求。

4 结语

本工程高喷防渗墙采用“两管法”，在本工程实践中，针对围堰地层卵石大颗粒含量较多，架空现象普遍的特点，通过研究技术措施和施工工艺，现场采取了预注浓浆的措施，较好的解决了高压喷浆范围控制，堆积形成较为理想的防渗墙体，桩径及桩体强度满足设计要求。因此，我们在对地质状况研究的基础上，通过施工工序各环节的深入研究，采取相应环节的控制措施，能够有效地控制高压旋喷灌浆在地下防渗墙施工中的墙体质量、墙体体型和达到预期的防渗效果；在工程施工中，做好各施工工序、施工技术措施的研究，能够更好地控制和提高工程质量，使传统的专业技术细化、更新、提高，对现阶段在水利水电工程弘扬工匠精神具有现实意义，并对技术的应用范围的扩展具有一定的指导意义。

参考文献

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