黃 為，蔣曉峰，崔雙利

（1.遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003；2.東港市孤山灌區(qū)管理處，遼寧 丹東 118313）

1 概述

高噴灌漿工法的特點是，在地面鉆小孔便可以在地下形成連續(xù)的防滲墻。此外灌漿過程中，高壓、高速的漿（水）、氣射流束可將相鄰的地下障礙物沖刷并膠結牢固。所以，高噴灌漿工法具有躲避、包容地下障礙物以及修補各類地下防滲墻（膜）缺陷的獨特功能。土工膜基本不透水，而且價格低廉，因此是一種理想的垂直防滲材料。其中，在粉質(zhì)或砂質(zhì)地基中用機械成槽、泥漿護壁，然后在槽中垂直鋪設土工膜的技術也是一種很先進的工法。然而，由于一些施工因素或工藝的局限性，也可能會出現(xiàn)垂直防滲膜斷擋或“天窗”等缺陷。這些部位是明顯的集中滲漏通道，如不及時封閉，將會造成大量的滲漏，并嚴重地危及擋水建筑物的安全。對此，在垂直防滲的各種工法中唯有高壓噴射灌漿工法能夠較為理想地予以修補處理。

阜新蒙古族自治縣地處遼寧省西北部，是缺雨少水的半干旱地區(qū)?？h城中心的細河段，防洪標準低，常年河水水量很少，而且污染嚴重。河道內(nèi)亂采砂、亂倒垃圾、蚊蠅孳生等，嚴重危及防洪安全且污染城市環(huán)境。為了提高城市防洪標準，發(fā)展經(jīng)濟和提高人民生活質(zhì)量，必須對此河進行綜合治理。2004年初即開始修建的細河攔河蓄水工程，其中攔河橡膠壩蓄水后，將在縣城內(nèi)形成宛如一條玉帶的人工湖面。結合綠化、美化工程的實施，這里將成為城市居民優(yōu)雅的休閑場所，并為發(fā)展經(jīng)濟創(chuàng)造良好的生態(tài)建設基礎。

為了防止大量滲漏，首先在橡膠壩及兩岸河堤的基礎中，垂直鋪設了防滲土工膜。工程主體質(zhì)量優(yōu)良，但也存在著4個缺陷區(qū)段：第1區(qū)段，鋪膜時，土工膜自動脫落入槽中，致使該段鋪設質(zhì)量不合格；第2區(qū)段，鋸槽遇到大塊石，只能抬鋸通過，致使土工膜埋深沒能達到設計高程；第3區(qū)段，右岸堤基垂直防滲土工膜與橡膠壩基垂直防滲土工膜軸線成80o角，鋸槽機工法所限不能相搭接，斷擋5 m；第4區(qū)段，施工中槽壁坍塌，重新開槽，致使相鄰兩基垂直防滲土工膜雖然搭接6 m，但兩膜相離，形成2.5 m寬的豁口。這些缺陷均以高噴灌漿工法進行搭接處理。

該工程地層巖性自上而下分別為：0～2 m壤土；2～6 m粗砂、礫砂；6 m以下為粘土夾層。

2 垂直防滲設計

該工程壩基及上游兩岸堤基的基礎防滲，以垂直鋪設土工膜為主，以高噴灌漿修補土工膜缺陷為輔。

2.1 垂直鋪設土工膜

垂直埋膜的施工工藝流程：開挖施工導槽→啟動開槽設備→開槽→排渣→垂直鋪膜→回填。槽寬0.20 m，槽深大于設計埋膜深度0.5 m。土工膜縱向接頭采用搭接方式，搭接長度2～3 m。

2.2 高噴防滲墻

高噴防滲墻既要修補、封閉土工膜的缺陷段，又要與鄰近的土工膜相膠接，二者聯(lián)合建立起連續(xù)可靠的防滲體系。為此既要使高噴墻與土工膜之間貼近，而土工膜又不能被高速水、氣射流破壞。所以該工程設計為小角度、擺噴對接形式的防滲墻單元。

高噴灌漿工法，通過旋噴、定噴及擺噴，可形成折接、套接及對接等多種形式的高噴防滲墻。結合工程的特點，所采用的擺噴對接方式可獲得理想的效果。其技術原理及依據(jù)為：

1）小角度對噴的水、氣射流基本平行于土工膜，而且相互貼近。通過高速射流的噴射動壓、脈沖振蕩效應、錘擊作用、水楔效應以及氣穴效應等作用，有效地切割了土體。而且還很容易射穿并充分沖刷土工膜與地層土之間的接觸面。使高噴墻與土工膜的膠接長度及質(zhì)量均得到了加強。

2）高壓水射流軸線與土工膜的夾角很小，在0°～7.5°間擺動，對土工膜的沖擊力僅為正面噴射（夾角90°）的0.03倍左右，遠遠小于土工膜的撕裂強度及頂破強度。同時土工膜背水面并非臨空面，依附背面的土層更增加了其抗沖擊能力。因而小角度擺噴對接墻保證了土工膜的安全無損。

3）孔間相對噴射可充分利用噴射能量，搭接段的射流可對未凝墻體重復噴射與攪拌，鄰孔噴射時間間隔小于墻體初凝時間。鄰孔間的障礙物（如塊石等），可受到兩孔的雙向噴射，從而提高了墻體的水泥含量、均勻性和密實度，降低了墻體的孔洞、氣泡等缺陷率。

2.3 高噴墻與土工膜的搭接

高噴墻與土工膜軸線平行，間距為0.10～0.20 m。高噴墻的長度應包含土工膜的缺陷段，并分別向其兩側延長，保證與合格土工膜的搭接長度不小于5 m。

2.4 垂直防滲深度及抗?jié)B設計

該工程設計水頭ΔH=3.5 m，經(jīng)滲流計算，確定土工膜埋深S=6.0 m，則高噴墻平均深度為6 m，而且至少需插入粘土夾層0.5 m。校核計算J=0.13（逸出點坡降）＜[J]=0.18（堤基允許坡降）。土工膜屬于不透水材料，其滲透系數(shù)為 1×10-11～10-12cm/s。

1）土工膜的計算厚度：T=0.075 mm，該工程選用規(guī)格為0.5 mm的PE土工膜。

2）高噴墻體的孔間距設計為2.0 m，每個灌漿孔單側噴射板長大于1.2 m。灌漿漿液設計為1∶0.1∶0.8（水泥∶粘土∶水），使用普通硅酸鹽水泥，強度等級32.5 MPa（GB134-1999，GB175-1999）。利用設計漿液所形成的墻體，允許滲透坡降［J］＞100。高噴墻的厚度t為：t=ΔH/［J］。計算得t＞3.5 cm，即滿足抗?jié)B強度要求。據(jù)q=qD+K0T（H1-H2）/（L+m1H1+0.88T）等公式，經(jīng)計算要求高噴防滲墻的滲透系數(shù) K＜7.6×10-5cm/s。

3 施工工藝

3.1 埋設土工膜

1）技術參數(shù)。成槽寬 20～25 cm，成槽深6～7 m，溝槽軸線彎曲半徑不小于47 m。成槽工效平均2.43 m/h，綜合工效為 100～600 m2/d。

2）制漿。相對鉆孔而言，開槽對泥漿的技術指標要求更高，液壓開槽埋膜機組開槽施工成敗的關鍵因素之一是泥漿。該工程泥漿比重控制為r=1.1～1.3 kg/L。

3）鋪膜。鋪膜機將膜一段固定在槽內(nèi)的固定軸上，另一端纏繞膜軸隨鋪膜機前進并轉(zhuǎn)動，在槽內(nèi)展開膜，使形成連續(xù)不斷帷幕。

4）溝槽回填。為了降低泵容量和制漿量，將巖渣排入已鋪膜的槽內(nèi)。這種工藝即可回填埋膜槽段，又可使泥漿流回槽內(nèi)重復使用。

5）主要設備。包括開槽機、鋪膜機及泥漿配制、輸送系統(tǒng)等，總功率98 kW，以及施工動力為150 kW的柴油發(fā)電機組。

3.2 高壓噴射灌漿

1）施工技術參數(shù)。本期高噴灌漿采用的主要施工技術參數(shù)為：高壓水壓力38～40 MPa，流量75 L/min；低壓氣壓力 0.6～0.7 MPa，流量 1.2 m3/min；灌注漿壓力 0.3～0.5 MPa，流量 70～80 L/min；灌漿管升速 12 cm/min，擺速 12次/min，擺角 15°；旋噴轉(zhuǎn)速 8 r/min。

2）漿液配制。灌注漿液按設計的水泥品種及配方在制漿站配制，控制進漿密度為1.58～1.65 kg/L，孔口冒漿密度大于1.25 kg/L。

3）施工機械及動力。該本工程主要的施工機械為鉆機、高壓水泵、空壓機、灌漿泵、攪漿機及高噴臺車等?？偣β蕿?50 kW，設備動力為180 kW柴油發(fā)電機組。

4 工程質(zhì)量

4.1 工程質(zhì)量檢測

1）土工膜埋設。通過施工過程檢測以及抽樣開挖檢查，未發(fā)現(xiàn)土工膜有卷曲、皺褶、孔洞現(xiàn)象。土工膜平整垂直，接縫處膜端邊垂直，搭接長度滿足設計要求，膜與膜緊密貼在一起。

2）高噴灌漿。諸多鉆孔探明高噴灌漿段的巖性，上層（約2 m）是壤土，表層較密實，下層為粗砂、礫砂。在壤土中，高壓擺噴板長1.4～1.7 m，板厚0.1～0.2 m；在砂層中，板長1.8～2.5 m，板厚0.15～0.25 m；在鋸槽回填砂（較疏松）中，板長可達3.5 m。

3）高噴墻與土工膜的膠接?，F(xiàn)場施工及開挖檢查表明，擺噴對接墻段上，鄰孔之間的高噴板墻與土工膜的膠接長度為0.5～2.0 m，孔間距為2.0 m。膠接面上漿液飽滿，沒有泥皮、土夾層等雜物。

4）高噴板墻的抗?jié)B、力學性能指標?，F(xiàn)場圍井注水試驗檢測成果：該工程高噴墻體滲透系數(shù)K=3.4×10-6cm/s，取樣室內(nèi)試驗28 d抗壓強度R=0.48 MPa。

4.2 工程質(zhì)量評估

孔間距2.0 m，每孔單側板長大于1.0 m即可形成連續(xù)的高噴防滲墻。該工程所采用的施工技術參數(shù)，可形成1.4～2.5 m的板長。如此保守的施工工藝，充分保證在地下形成了具有連續(xù)完整、漿液飽滿、水泥含量高、缺陷率低等質(zhì)量優(yōu)良的高噴防滲墻，同時也大大加強了高噴墻與土工膜之間的膠接質(zhì)量。高噴墻體的抗?jié)B、力學性能指標均滿足了設計要求。

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