高噴防滲墻的工藝及其與鋼板樁結(jié)合防滲的應(yīng)用

朱亮亮

（惠東縣水務(wù)工程建設(shè)服務(wù)中心 廣東惠州 516300）

0 引言

惠州市某防洪排澇治理工程位于惠東縣白花鎮(zhèn)，于2020年12月動(dòng)工建設(shè)，主要建設(shè)內(nèi)容有3.9 km新開(kāi)分洪河、1.7 km 河道綜合整治、6 座水閘、2 座泵站等。其中莆田河攔河閘主要水工建筑物有上游防沖槽段、鋪蓋段、閘室段、消力池段、海漫段、下游防沖槽段等。莆田河水閘原地面高程為21.5 m，閘室底板齒槽最低位置高程為10 m，莆田河11月至翌年2月期間的常水位為16.61 m，水閘建設(shè)需開(kāi)挖深度約12 m。施工區(qū)域地層以粘土、粗砂、砂礫石、全風(fēng)化凝灰?guī)r為主。

為保證莆田河攔河閘下部結(jié)構(gòu)施工期內(nèi)的基坑防滲，考慮工期緊的要求，本工程在水閘基坑外圍四周地下水位以下設(shè)計(jì)防滲圍封方案為：沿河道防滲措施采用單排鋼板樁，水閘出口處采用雙排鋼板樁，鋼板樁之間填筑黏土形成防滲圍堰；其余部分采用三管法擺噴防滲墻，防滲墻底高程穿過(guò)粗砂層進(jìn)入全風(fēng)化凝灰?guī)r1 m，墻頂高程進(jìn)入黏性土層1 m，防滲墻頂至地面為空鉆段。兩者結(jié)合形成一個(gè)封閉的防滲體系，其中高噴防滲墻軸線總長(zhǎng)約225.5 m，鋼板樁帷幕軸線長(zhǎng)約370 m，圍封平面布置如圖1所示。

1 高壓噴射防滲墻

本工程基坑圍封高壓擺噴樁防滲墻周長(zhǎng)約為225.5 m，約151個(gè)孔，單根設(shè)計(jì)噴射灌漿約6.5 m，擺噴樁長(zhǎng)約982延米（其中空樁約710 m），擺噴樁間距1.5 m，擺噴25°～30°，設(shè)計(jì)高噴防滲墻滲透系數(shù)K≤1×10-5cm/s，成墻有效平均厚度≥15 cm。擺噴前首先進(jìn)行先導(dǎo)孔鉆探探明與設(shè)計(jì)提供地質(zhì)描述差異，根據(jù)先導(dǎo)孔鉆探情況，后續(xù)鉆孔施工最遠(yuǎn)間隔30 m仍需鉆取若干個(gè)先導(dǎo)孔，高壓擺噴噴射灌漿施工以鉆孔實(shí)際地層深度情況開(kāi)噴控制［7］。

1.1 高壓擺噴樁施工技術(shù)

⑴首先平整場(chǎng)地，清除場(chǎng)地上和地下障礙物，保證樁機(jī)能正常移動(dòng)和作業(yè)。

⑵樁位放樣，要求平面偏差不大于2 cm，本工程樁距為1.5 m，樁體的搭接長(zhǎng)度30 cm，采用單排布置。

⑶打樁前開(kāi)挖溝槽，并清除地下障礙物。

1.2 高壓擺噴防滲墻成墻試驗(yàn)

⑴試驗(yàn)?zāi)康?/p>

對(duì)設(shè)計(jì)的施工參數(shù)進(jìn)行校核，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況，選擇合理參數(shù)指導(dǎo)后續(xù)施工，高噴防滲墻施工技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)值如表1所示。

表1 技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)值Tab.1 Technical Parameters

⑵試驗(yàn)擬選技術(shù)參數(shù)

孔距為1.5 m，試驗(yàn)成3幅防滲墻，擬選定試驗(yàn)參數(shù)如下：水壓力為38 MPa，水流量為80 L/min，氣壓力為0.7 MPa，氣流量為0.9 m3/min，漿壓力為0.5 MPa，漿流量為70 L/min，擺動(dòng)角度30°；提升速度：基巖風(fēng)化層為5 cm/min、卵石石渣層為5 cm/min、中粗砂和黏土層為8 cm/min；擺噴轉(zhuǎn)速取7 次/min，水泥漿比重為1.6 g/cm3，強(qiáng)度R28≮3 MPa。

⑶材料

水泥采用P.O42.5 袋裝水泥，水從白花河抽取，護(hù)壁材料選用膨潤(rùn)土漿液，樁孔位地質(zhì)構(gòu)成主要為路基土、黏性土、粗砂層、全風(fēng)化凝灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，膨潤(rùn)土漿液比重控制在1.1～1.3 g/cm3，粘度控制在17～20 s，膠體率不小于90%，含砂量不大于8%。水泥漿選用WJ-100型攪漿機(jī)配制漿液，選擇比重1.6 g/cm3。漿液留置時(shí)間：當(dāng)環(huán)境溫度低于10℃時(shí)，留置時(shí)間不大于5 h；當(dāng)環(huán)境溫度高于10 ℃時(shí)，不大于3 h；如果漿液留置超過(guò)有效時(shí)長(zhǎng)時(shí)，需重新拌制水泥漿液。

1.3 成墻施工方法［8］

1.3.1 鉆機(jī)就位

將鉆機(jī)擺放到位，使鉆桿頭對(duì)準(zhǔn)放樣的孔位中心位置，并校正鉆桿使其垂直。要求樁位的偏離誤差不大于5 cm，樁孔偏斜率不大于1%。

1.3.2 鉆進(jìn)

采用XY-2 地質(zhì)鉆機(jī)，過(guò)程中為保證成孔偏斜率不大于1%，需做到：

⑴鉆孔前鉆機(jī)要支墊平穩(wěn)，并用水平尺檢查，同時(shí)保證主機(jī)鉆桿的垂直。

⑵鉆孔過(guò)程要輕壓慢速，保證成孔垂直。

⑶鉆進(jìn)時(shí)要定期檢測(cè)鉆機(jī)的平整度，并及時(shí)糾正。

1.3.3 擺噴機(jī)就位

噴灌分兩序進(jìn)行，先灌Ⅰ序孔，再灌Ⅱ序孔。擺噴機(jī)就位時(shí)，要確保高噴管口與成孔在同一軸心，并做水平校正。

1.3.4 插管

插管前在地面上進(jìn)行低壓射水試驗(yàn)，確保噴嘴暢通。在插管時(shí)需同時(shí)射水，防止下降過(guò)程中泥土堵塞噴嘴，水壓力不大于1 MPa，如噴射水壓力過(guò)大，易造成孔壁坍塌。

1.3.5 高壓噴射注漿作業(yè)

⑴噴射注漿管插入到設(shè)計(jì)深度后，設(shè)置好擺噴和噴嘴的方向，同時(shí)安裝限位器使噴嘴運(yùn)動(dòng)為擺動(dòng)。開(kāi)啟空壓機(jī)、高壓漿泵和高壓水泵，按選定的參數(shù)原位噴灌，當(dāng)水泥漿液溢出孔口，檢查情況正常后，開(kāi)始按選定速度提升噴管。注意灌漿時(shí)，先輸送高壓水，后輸送高壓漿液，壓縮空氣再遲約30 s，在樁孔底部同時(shí)噴射和擺動(dòng)1 min，噴射壓力和噴漿量當(dāng)達(dá)到選定的參數(shù)值后，再按擬定的速度提升噴管。

⑵冒漿處理：高壓噴射灌漿過(guò)程中冒漿量不超過(guò)20%，完全不冒漿或大于20%時(shí)，需及時(shí)查清楚原因，并采取應(yīng)對(duì)辦法。

⑶若高噴過(guò)程中發(fā)生故障，需及時(shí)停止噴射和提升，防止防滲樁體中斷，并立即排除故障，如果影響樁體防滲效果，必要時(shí)需進(jìn)行復(fù)噴。

⑷相臨兩根樁的高噴時(shí)間間隔不應(yīng)小于48 h。高噴防滲墻施工流程如圖2所示。

1.4 質(zhì)量檢查

完成試驗(yàn)段14 d后，挖出4 m的深度，檢查每幅固結(jié)體的外觀質(zhì)量、搭接長(zhǎng)度、樁體的均勻性、墻體的垂直度、固結(jié)體最小厚度、成墻長(zhǎng)度等。判斷防滲墻的質(zhì)量是否滿(mǎn)足要求。

經(jīng)對(duì)試驗(yàn)墻的檢測(cè)，固結(jié)體的垂直度≤1%，搭接長(zhǎng)度350 mm＞300 mm，外觀密實(shí)，樁體均勻，墻體最小厚度處達(dá)250 mm＞150 mm，單幅成墻長(zhǎng)度為1.7 m＞1.5 m，均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。對(duì)其28 d鉆取的芯樣進(jìn)行檢測(cè)，強(qiáng)度達(dá)到3.6 MPa，強(qiáng)度也滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

1.5 高噴墻防滲性能檢驗(yàn)

1.5.1 圍井試驗(yàn)

將試驗(yàn)的防滲墻為一邊，在防滲墻的一側(cè)以相同的施工方法和同樣的參數(shù)，構(gòu)筑成一個(gè)圍井，如圖3所示，構(gòu)筑圍井不少于14 d 后，在圍井中心位置鉆一個(gè)直徑不小于110 mm 的孔，孔深至防滲墻底部，將過(guò)濾花管插入孔內(nèi)，進(jìn)行注水試驗(yàn)。

1.5.2 滲透系數(shù)的計(jì)算

對(duì)防滲墻圍井做滲透試驗(yàn)，滲透系數(shù)K計(jì)算公式如下：

式中：K為滲透系數(shù)（m/d）；Q為穩(wěn)定注水量（m3/d）；t為高噴板墻厚度（m）；L為圍井板墻中心線周長(zhǎng)（m）；S為圍井內(nèi)外水頭差（m）；H為井內(nèi)注水面至井底高度（m）；h0為地下水位至井底高度（m）。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)孔位布設(shè)圍井由6 個(gè)擺噴樁構(gòu)成，樁體深入不透水層1.0 m，樁頂噴至地面。位置選擇在樁號(hào)58-59 墻體另一邊布設(shè)擺噴樁形成一個(gè)圍井，圍井軸線長(zhǎng)8.4 m。注水試驗(yàn)于下午15：00 開(kāi)始，至16：00結(jié)束，每10 min測(cè)一次，連續(xù)測(cè)5次，水流量約為4.4 L/10 min=0.633 6 m3/d。

經(jīng)計(jì)算：

K=2×0.633 6×0.25/［8.4×（11.4+7.4）×（11.4-7.4）］

=5.79×10－7cm/s

圍井試驗(yàn)滲透系數(shù)K小于設(shè)計(jì)滲透系數(shù)K≤1.0×10-5cm/s，其防滲效果能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)滲透系數(shù)要求。

1.6 確定高噴參數(shù)

經(jīng)成墻試驗(yàn)段和圍井試驗(yàn)，確定高噴防滲墻的施工參數(shù)為水壓力38 MPa，水流量80 L/min，氣壓力0.7 MPa，氣流量0.9 m3/min，水泥漿比重1.6 g/cm3；漿壓力0.5 MPa，漿流量70 L/min，擺動(dòng)角度30°，擺噴轉(zhuǎn)速取7 次/min；提升速度：基巖風(fēng)化層5 cm/min、卵石石渣層5 cm/min、中粗砂和黏土層8 cm/min。

1.7 板墻的連接

本項(xiàng)目成墻采用折線擺噴搭接方式，如圖4所示，共分兩序噴灌，Ⅰ和Ⅱ序孔的噴灌時(shí)間間隔不少于48 h。

1.8 質(zhì)量保證措施

⑴高壓噴射注漿作業(yè)前，需檢查：①樁位現(xiàn)場(chǎng)放樣成果；②原材料試驗(yàn)成果；③鉆孔偏斜率。

⑵高壓噴射注漿過(guò)程中，需檢查：①?lài)娚洳骞懿迦肷疃?；②現(xiàn)場(chǎng)高壓噴射注漿試驗(yàn)成果；③高壓噴射作業(yè)的工藝檢驗(yàn)。

⑶噴灌結(jié)束后，需檢查：①高壓噴射注漿孔的平面位置；②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，間隔100 m 左右，選擇一段防滲墻做圍井抽水試驗(yàn)，圍井需布置在防滲墻的下游側(cè)，檢測(cè)防滲墻的滲水性。

2 鋼板樁施工

本項(xiàng)目選用拉森Ⅳ型鋼板樁，該型鋼斷面參數(shù)為寬b=400 mm，高度h=250 mm，鋼板厚t=13 mm，長(zhǎng)度L=9 m，鋼板樁截面如圖5所示。

采用振動(dòng)錘沉樁，逐根打入設(shè)計(jì)深度，鋼板樁打入土壤中與土壤結(jié)合形成較好的防滲墻，但打鋼板樁時(shí)，需注意鋼板樁之間連接的鎖扣需緊緊鎖?。?-10］，不能出現(xiàn)脫扣現(xiàn)象，否則將可能留下滲透通道，現(xiàn)場(chǎng)打入的鋼板樁如圖6 所示。鋼板樁與高噴防滲墻銜接部分，搭接長(zhǎng)度不得小于鋼板樁寬度的一半（見(jiàn)圖7），即200 mm。雙排鋼板樁間距5 m，之間填筑黏土防滲，分層壓實(shí)，并采用對(duì)拉鋼筋將雙排鋼板樁頂部拉住，形成穩(wěn)定的防滲圍堰［11］，如圖8所示。

3 結(jié)語(yǔ)

圍封防滲措施完成后，對(duì)作業(yè)點(diǎn)開(kāi)挖至建基面，基坑內(nèi)除了少許圍封內(nèi)原有含水量，已基本沒(méi)有外來(lái)滲水，實(shí)現(xiàn)了干地作業(yè)的目標(biāo)，為莆田河水閘的建設(shè)創(chuàng)造了有利的條件。由此可見(jiàn)，高噴防滲墻與鋼板樁結(jié)合的防滲措施可以達(dá)到防滲效果，實(shí)現(xiàn)基坑干地作業(yè)。但此防滲措施，除了對(duì)施工技術(shù)的要求，對(duì)地質(zhì)條件也有要求。本工程的新聯(lián)泵站圍封防滲措施采取了相同的方案，但是由于新聯(lián)泵站地質(zhì)情況中有5 m 厚砂礫石夾層，難以與鋼板樁形成有效的防滲體，導(dǎo)致泵房開(kāi)挖至建基面時(shí)，仍有較大滲水，還需做降水措施。因此，高噴防滲墻與鋼板樁結(jié)合的防滲措施，還需考慮地質(zhì)條件，如果地層中存在厚度較大的透水性砂礫石層、卵石層等，此處不宜采用鋼板樁防滲。