高压摆喷连续墙技术在防洪闸工程中的应用

2014-07-05乔刚

黑龙江水利科技 2014年3期

乔刚

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110002)

1 工程概况

某闸工程位于丹东市W沟口桥下游，工程等别为Ⅰ等，主要建筑物级别为1级，设计防洪标准为100 a一遇。本工程以防洪为主要任务，采用钢筋混凝土结构，设计挡水深度为5.55 m，最大设计过闸流量为187.0 m3/s。

该防洪闸设计为5孔闸，每孔净高5.0 m，净宽8.0 m，闸门以上设置板梁式钢筋混凝土胸墙。防洪闸闸室段总宽度为52.40 m，顺水流方向长15.0 m，闸墩高7.2 m，闸底板厚1.2 m。经地质勘查，防洪闸建基面为粉砂层，层厚5.0 m左右，其下还有层厚4.5 m左右的粉细砂层，以下为圆砾层和强风化变粒岩层，其中粉砂、粉细砂层基础条件比较差，承载力低，且轻度液化。

结合防洪闸对基底的防渗要求，为节省投资，拟将防渗处理与地基处理一并考虑，经多方案比较，最终设计方案采用高压摆喷板连续墙对防洪闸进行防渗处理，同时又可起到围封的作用进而对基础进行加固。

2 高压摆喷连续墙技术的特点

高压摆喷是近些年发展起来的用于处理防渗和加固地基的新兴技术，该技术最早由日本发明，是一种利用高压水力喷射切割原理，将土、化学制剂或水泥浆液搅拌在一起以加固地基的方法[1]。

经多年实践，高压摆喷在细颗粒和粗颗粒地层(如粉土层、粉砂层、细沙层、中砂层、粗砂层、砂砾层、砾石层)中施工的地下防渗墙都取得了良好的效果，但在卵石层、漂石层中效果不甚理想。高压摆喷桩连续墙的优点是防渗效果显著、地层适应面广、施工方法简便、施工速度快、技术可靠、工艺成熟、质量可控、造价相对较低，是堤坝防渗及地基处理的有效工程措施。

3 设计参数

本工程设计中，沿防洪闸底板以及上、下游翼墙底板边缘均布置一道高压摆喷连续墙，以处理防渗和加固地基。

摆喷连续墙设计平均厚度为0.2 m，深度在9 m左右，设计抗压强度≥5 MPa，渗透系数≤5×10－6cm/s，钻孔布置位单排，间距采用1.2 m，先导孔与后续孔交叉布置。

灌浆材料为水泥浆，其中水泥为普通硅酸盐水泥，等级42.5 MPa，水泥浆比重达到1.4以上。其余有关参数亦按照《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》DL/T5200—2004的要求执行。

4 施工原理和参数

本工程采用双重管高压旋摆结合形式，该工艺原理是利用工程钻机造孔(孔径Φ 110 mm)，将底端带有气、浆喷嘴的灌浆管置于预计的地基处理深度，调试灌浆管的升速、转速及喷嘴出口的压力、流量等灌浆参数达到设计要求值，然后自下而上提升灌浆管，进行连续不断地喷射灌浆[2]。

在灌浆管提升(摆)过程中，喷嘴喷出的高压浆、气射流冲切破坏地层土体，同时灌入浆液在射流作用范围内与扰动的地层土掺搅混合，形成具有一定形状的凝结体，单元孔形成的凝结体相互交接在一起，构成连续的防渗板墙。

主要施工参数见表1。

表1 主要施工参数表(两管法)

5 效果检测

高压摆喷灌浆是以处理防渗为主要目的的隐蔽性工程，其施工质量的好坏一般不易直接观察，必须采取必要的方法和手段进行检查。其中外观检测、尺寸检测以及抗压强度检测较为简单，此处不再赘述。

渗透系数检测是摆喷连续墙较为重要的检测项目，也相对复杂一些。

本工程墙体连接形式为摆喷折接，渗透系数检测宜采用围井检查法。

本次采用井内开挖注水试验的方法对围井进行渗透性检查。对围井内部进行开挖，并在围井外围约4.5 m处布置一个观测孔。

井内采用人工开挖，挖至粉细砂层后便进行试验。

观测孔采用百米钻机进行施工，采用回转钻进工艺进行，孔径Φ 127 mm，孔深进入粉细砂层一定深度即可。造孔结束后，下入观测花管，管径为Φ 110 mm。试验前，对地下水位进行观测，观测间隔为5 min，当连续2次观测数据变动幅度＜10 cm时，即可结束观测，用最后一次观测值作为计算地下水位。

向开挖后的围井内注水，当围井内充满水，并确定井内一个稳定水位后开始计时，每一分钟观测注入井内的水量和观测孔内的水位变化，稳定水位观测2～3 h。

取得数据后，计算围井防渗墙渗透系数K值。计算公式为:

式中:Q为稳定流量，m3/d;T为高喷墙平均厚度，m;k为渗透系数，m/d;L为围井周边高喷墙轴线长度，m;H为围井内试验水位至井底的深度，m;h0为地下水位至井底的深度，m;根据注水试验数据，围井参数为:Q=0.21 m3/d、H=8.12 m、L=9.0 m、h0=7.50 m、T=0.45 m带入公式计算围井渗透系数k=2.5×10－6cm/s，满足设计和《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》DLT5200—2004中的相关要求。