高压喷射灌浆防渗墙技术在抚东大堤除险加固工程中的应用

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1、工程概况
    江西省鄱阳湖区二期防洪工程抚东大堤除险加固工程位于江西省进贤县西南部、抚河下游东岸，与抚西大堤、中洲联圩隔河相望，圩堤南起柴埠口，经焦石、李家渡、温家圳、梁家渡、北止架桥乡谭家村北；堤线全长51.68km，圩堤保护耕地12.53x104亩，保护人口15.78x104人，圩区内还有浙赣铁路复线、316和320国道、温家圳国家粮库等重要设施。
    圩堤加固前，局部堤段堤基渗漏严重，历年汛期堤内均发生翻砂涌水等严重险情，直接威胁到大堤安全。针对堤基渗漏险情，根据地形、地质条件、水头等情况；对地质条件复杂、压浸拆迁占地大的堤段，则采用高压喷射灌浆防渗墙的垂直防渗处理方案，其中桩号27+970~28+560堤段，堤基上部粘土缺失，堤身填土直接座落在砾砂层上，砾砂层在堤内地表出露，堤基砾砂层厚9.3m，下伏基岩为第三系粉砂岩。此堤段高压喷射灌浆防渗墙处理长度590m，本工程由江西省水利规划设计院设计，江西省南昌市水利建筑公司施工承建。设计时根据桩号27+970~28+560堤段无滩地的实际情况，高压喷射灌浆孔轴线布置距堤顶外边线内侧2.0m,钻孔孔距2.0m，防渗墙顶部伸入堤身壤土层不小于1.0m，底部插入基岩深度不小于1.0m。
    2、高压喷射灌浆防渗墙施工工艺
    高压喷射灌浆采用三重管喷射工艺。分两序施工，两序喷灌间隔时间为7d,经过对部分开挖连接墙段的观察和分析，当第1序墙体的强度不够而切割时，由于墙体固有的不均匀和第2序喷射时穿透能力以及灌填饱和程度的限制，将附近第1序墙体冲散而第2序灌填不饱满等原因形成防渗的弱点，甚至空洞，当第1序墙体有足够的强度（1序喷灌7d后），在进行2序喷灌连接时，这样连接防渗效果好。
    高压喷射灌浆的施工机具由高压发生装置、钻机、特种钻杆和高压管路四部分组成。主要包括：钻机、高压泵、空气压缩机、注浆管、喷嘴、流量计、输浆机、制浆机。
    施工时在本工程设计桩号内，先确定施工轴线，将整个堤段分为两段，同时进行施工，按单排孔布置，并按设计的孔距将孔位先定好，施工艺流程见附图所示，步骤说明如下：
    （1）进行场地平整，挖好排浆沟，做好钻机定位，要求安放水平，钻杆保持垂直，且确保钻孔倾斜率不超过0.3%。
    （2）钻孔定位后，利用特种钻杆在设计孔位钻孔利用原浆固壁止设计高程，设计孔位与实施孔位的偏差应小于5cm。
    （3）下三重管喷射，在地面上进行水、气试喷后下管止设计深度，调整喷射轴线方向呈折线型(折线的轴线与高喷灌浆钻孔的轴线的夹角为15°)。
 

    （4）高压喷射灌浆前的准备，主要确保水泥浆充分搅拌和控制好浆液比重、水灰比等。
    （5）高压喷射灌浆：严格按施工技术要求来操作，用施工技术参数来控制灌浆质量。
    （6）拔套管，高压喷射灌浆结束后，拔出套管。
    （7）回灌，喷射完毕后，由于水泥浆固结收缩，出现孔口下沉，对已喷孔进行静压灌浆，直到浆面不下沉为止。
    （8）再进行下一孔的施工。
    施工前进行室内配方和现场试验，室内试验确定浆液的配比和喷射注浆后固结体的强度，现场试验确定施工工艺参数、注浆固结体强度和墙体抗渗指标等。施工钻孔过程中，要注意到各层的地质变化情况，及时调整高喷灌浆施工技术参数。
    3、防渗墙墙体质量控制
    3.1使用的材料的技术参数
    本工程的高压喷射注浆的主要材料是水泥，设计要求采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，水泥强度等级不低于32.5，灌浆所用的水泥应保持新鲜无受潮结块，其细度为0.080mm方孔筛余量不大于5%，水泥出库使用前应对其质量作鉴定，合格后方可使用。搅拌水泥浆所水，应符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-89的规定。水泥浆由制浆机搅拌而成，水灰比1.0~1.5，搅拌时间不小于2min,超过4h的水泥浆作为废料处理，不得用于高喷灌浆。
    3.2主要施工技术参数
    高压喷射灌浆施工参数的确定是防渗墙成墙质量的重要环节,严格按照规范操作和高喷灌浆施工技术参数进行施工，是确保施工施工的关键，施工主要技术参数由室内配方和现场试验决定，本工程施工主要技术参数如下：
    （1）高喷灌浆的孔距为2.0m, 高喷灌浆的成墙厚度不小于10cm;
    （2）防渗墙钻孔为垂直孔，其偏斜应小于0.3%；
    （3）高喷灌浆孔位与设计孔位偏差应小于5cm;
    （4）高喷灌浆的形式为摆喷，摆角15°；
    （5）提升速度：提升速度的快慢直接影响浆液用量，提升速度过快，则墙后不稳定、易产生空洞，且切割半径不符合要求，会造成防渗墙 搭接处产生薄弱环节。提升速度太慢，则冒浆量过大，造成水泥浪费，因此需根据灌浆试验确定不同土层的提升速度。本工程基岩层的提升速度为8cm/min，砾砂层的提升速度为6cm/min，壤土层的提升速度为12cm/min。
    （6）高喷灌浆的水压为25~35MPa,流量为80L/min;空气压力为 0.5~0.7MPa，风量为1.1~2.0m3/min;水泥浆压力为0.8~10Mpa, 流量为80L/min。
    （7）注浆水泥浆比重控制在1.6~1.7g/cm3, 回浆比重控制在1.2g/cm3。
    3.3工程中异常情况的处理
    本工程地质情况复杂，钻进过程中，孔口不返浆；堤身孔隙较多，且有集中漏浆通道，一般采用以下措施：
    （1）对局部土层有孔隙不冒浆的处理。（a）停止提升，浆液正常送入，摆喷正常进行；（b）若3~5s仍不返浆，关闭气，高压水，提升三重管，浆液继续送入孔内，并往孔内灌砂；（C）当灌砂无效时，采取提升2~10cm即停止，在该处喷射2~3s, 继续提升2~10cm,以此周而复始直至孔口冒浆。
    （2）堤坡轻微漏浆处理，其原因是存在裂缝或鼠洞等，与灌浆孔直接连通，筑堤时施工接头处碾压不实或有裂隙连通、未压实、有散水平土层，在灌浆压力作用下，浆液集中穿透土体冒浆，在堤内侧坡漏浆，可做阻浆盖解决，也可在漏浆出口处压砂做反滤层，使其清水渗出，从而封堵漏浆。并采用浓浆灌—停—灌的间歇性灌浆处理。或在灌浆液中掺入水玻璃，掺入量为0.5%~3%，加速浆液凝固，从而封堵渗漏通道。
    （3）凡经特殊处理的渗漏段，待孔口返浆后均应将喷射管下至原不返浆的最下位置，再进行正常喷射（复灌）。确保防渗墙墙体质量。
    4、防渗墙质量检验
    本工程的高喷防渗墙设计质量要求：
    [J]>50    ([J]为墙体允许渗透坡降)；
    抗压强度：   R28=5Mpa;
    墙体渗透系数：  K≤10-6cm/s。
    本工程在施工过程中由江西省南昌市质量监督站对钻孔孔距、孔深、制浆稠度、灌浆三压等施工工艺进行了随机抽检，测得指标能满足设计要求。
    为了检测高喷防渗墙的防渗性能，由抚东大堤项目部会同江西省建洪监理公司驻现场总监理工程师随机选定一处布置围井，围井注水试验K=1.2x10-7cm/s, 满足设计K≤10-6cm/s。的要求。其成墙厚度在10cm以上符合设计要求。
    另外钻孔取芯7孔，送检试样14件，抗压强度R28最大60.80 Mpa，最小13.1Mpa，平均31.5Mpa，符合设计要求。其抗压强度变幅较大，分析原因与土层有关。芯样的室内渗透试验：龄期14天送检试样最大渗透系数7.52x10-7cm/s，龄期21天送检试样最大渗透系数2.52x10-7cm/s，符合设计K≤10-6cm/s。的规定，并与围井围井成果吻和。
    5、结语
    （1）高喷灌浆具有施工速度快、固结体强度大、水泥灌浆不会造成环境和地下水污染，且耐久性较好，施工噪音较小等优点。
    （2）为确保高喷防渗墙施工质量，必须根据不同土层，合理确定高喷施工参数，针对性的采用不同的施工工艺,才能保证高喷施工质量，使墙体均匀，连续性好，连接可靠。在这方面还有待于进一步积累经验，总结提高。以便于高压喷射灌浆技术推广应用。
    （3）因高压喷射灌浆防渗墙属隐蔽工程，目前尚没有成本经济、全面可靠的质量检测方法，其防渗效果有待通过洪水考验。