浅谈高喷灌浆在长沙市沩水水闸除险加固工程中的应用

张金文 蔡毅

【摘要】沩水水闸地下水与河水联系较密切，闸基坑开挖产生基坑涌水问题，涌水量较大；为解决施工期围堰的渗漏，本工程在围堰渗漏处也采用高喷灌浆，在两处工程中均取得了较好的效果。

【关键词】工程；水文及地质；应用

一、工程概况

1 总体概况

湖南省长沙市望城区沩水水闸除险加固工程是对原水闸拆除重建，原沩水水闸位于望城县新康乡杨柳村，距望城区5km，距长沙市25km。距下游湘江干流7km。闸址以上控制流域面积2397km2。枢纽工程主要由拦河坝、提升门段等建筑物组成。是以灌溉为主，兼有防洪等效益的综合利用性水利工程。水闸工程为Ⅱ等工程，规模为大（2）型水闸，主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。主要建筑物设计洪水标准30年一遇，校核洪水标准100年一遇，设计流量4190m3/s，校核流量5420m3/s。

2 喷浆概况

水闸防渗灌浆工程高压喷射灌浆总工作量约35250.91m，分两期施工。第一期进行左右岸高喷灌浆施工，工作量约5209.5m，第二期进行上下游围堰高喷灌浆施工，工作量约30041m，灌浆要求穿过岩层的旋喷桩28天龄期强度不低于5MPa，渗透系数小于1×10-6cm/s。

二、水文及地质条件

闸址区位于沩水河河口，与湘江交汇口约520m处，沩水河在该段流向NE，河宽约200m。左岸堤顶高程约36.5m，堤顶宽约7.0m；右岸堤顶高程35.5～37.5m，堤顶宽4.5～6.0m；河床高程一般18.0～19.0m，宽约60m，局部略宽；河漫滩高程一般21.5～28.5m。闸址区存在的主要工程地质问题为基坑边坡稳定、基坑涌水、渗漏渗透以及水 流冲刷破坏等。

闸址左岸因砂场运行等人类工程活动滩地堆积大量的人工填工，地形起伏较大，轴线上游砂场建设将左岸漫滩开挖与河床底板高程持平，该处河床宽度达110m；轴线上游右岸漫滩前缘前期也曾开挖，后被淤积，形成圈椅状凹槽，槽底为一高程22.5～25.5m的缓坡。

本水闸工程采用导流明渠进行导流，导流明渠布置于右岸，在水闸右岸上下游修建斜向围堰，利用原右岸老堤作为纵向围堰，与沩水河左岸堤防一起形成基坑围堰，基坑围堰基础均设置高压旋喷防渗墙。围堰形成的堤坡最大高度约14.2m，地表出露（3-1）粘土层，部分为淤泥（2） 层、素填土（1-2）层。土石围堰及导流明渠边坡一般坡比为1：2.5～1：3.0，且中间设置马道，单级边坡高度小于10m，对基础承载力要求不高，除淤泥（2）层以外，其它土体均能满足要求。淤泥（2）厚度一般不大，宜清除，也可采用抛石挤淤的措施进行处理。

三、高喷灌浆在本工程中的应用

1 高喷工艺及参数的确定

高压喷射灌浆有三种方法，本次采用高压旋喷三管法灌浆的工艺，孔深为12m～15m不等，孔间距为1.0m、桩径要求0.6m，分两序孔施工，其中I序孔施工前应進行部分先导孔施工，根据先导孔的施工情况确定施工参数。灌浆具体参数见下表1、工艺见图1。

2 高喷灌浆质量控制措施

2.1 测量放线的检查、验收与保护

⑴测量放线采用三级检查一级验收制，即先由测量员自检，现场工序工程师进行复测预检，再由质量检查员复检确认无误，然后由项目总工审定，并报请业主代表或监理工程师进行验收并签字。

⑵检查验收可分阶段进行，即在轴线测放完成后和每批桩位测放完成经检查合格后，填写《工程定位测量放线记录》，并提交监理工程师验收。监理工程师验收合格后方可进入下道工序进行施工。不经验收的桩位严禁使用。

⑶现场工序工程师负责将已验收的桩位向施工机台进行交接，交接后的桩位由施工机台负责保护，发现桩位被破坏时应及时上报现场工序工程师处理。

2.3 钻机造孔

⑴定位放线：根据基准线及基准点及设计图纸采用全站仪定放出桩位点，桩位点用钢筋和白灰点进行标记，施工时钻机钻头尖对准桩位点，编好孔号。

⑵钻机移至到预定桩位后，首先将钻头尖对准地面的钢筋采用边调平边对点的方式，使钻头尖完全对准桩位，且钻机底盘水平，钻机对准孔位用水平尺测量机体水平、立轴垂直，要垫平稳牢固，并控制导向架垂直度<0.5%，使成桩后的桩位偏差<20mm。

⑶开孔：开钻前由技术员下达钻孔通知单，报监理批准检查核准后签字开钻。

⑷钻进：开钻前用水平尺测量机身水平和立轴垂直一次，保证钻孔垂直。

⑸钻进过程中随时注意地层变化，对孔深、塌孔、漏浆等情况要详细记录。

⑹终孔后将孔内岩粉和残渣用新浆液置换干净，保证高喷顺利下管。

⑺钻孔终孔后，及时将孔口盖好，以防杂物掉入孔内。

2.4 喷浆

⑴喷射灌浆：喷射管下至设计深度后，送入合乎要求的水、气、浆，待水泥浆液冒出孔口后，按设计要求旋转提升，自下而上直至设计高度，停水、停气提出喷射管，继续向孔内充填水泥浆液，直到孔口浆面不再下沉为止。喷射过程中要做好记录，终喷时须经现场质检人员和监理人员签字验收。

①喷射孔与高压注浆泵的距离不宜大于50m。

②高压喷射注浆时，注浆压力应大于20MPa，提升速度为0.1～0.3m/min（根据注浆流量及施工返浆情况来调整），旋转速度为20～40r/min。

③在喷射注浆参数达到规定值后，随即按旋喷的工艺要求，提升喷射管，由下而上喷射注浆。注浆管不能一次提升完成，而需要分次卸管时，卸管后喷射的搭接长度不得小于100㎜。

④喷射过程中孔内严重漏浆，或发现严重漏浆通道，使用事先准备好的速凝剂、细砂，根据漏浆多少和漏浆时间，由项目部通知监理部确定配方加入。

⑤在高压喷射注浆过程中出现压力骤然下降、上升或冒浆异常时，应查明原因并及时采取措施。

⑥为确保成桩直径满足设计要求，必须采用复喷措施。特别是在桩顶和桩底的位置，应根据实际情况进行复喷，桩顶部位应适当超喷，以确保施工质量。

⑦高压喷射注浆完毕，应迅速拔出喷射管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞，相邻两桩施工间隔时间应不小于48h，间距应不得小于4～6m。为防止浆液凝固收缩影响桩顶高程，必要时可在原孔位采用冒浆回灌或第二次注浆等措施。

⑵回灌：每孔喷射充填结束后，利用下一高喷灌浆孔的冒浆进行前一孔回灌，回灌直至孔口液面不再下沉为止。

3 高喷灌浆在本工程中的效果

3.1 高喷成果数据

本工程围堰沿中心线进行高喷灌浆，孔距1米，孔深约15～20m不等，共计完成1664个孔，其中I序孔832个、II序孔832个，先导孔35个，具体情况详见表2。

闸室区高喷灌浆分闸室段、左、右翼墙三段，孔距1m，孔深10～15m，共完成460个孔，其中先导孔10个，I序孔241个、II序孔239个，具体完成情况详见下表2。

3.2 高喷效果分析

根据规范要求，本工程采用的检测方法为钻孔取芯、注水试验及现场开挖相结合的方法对灌浆效果进行评定，本工程由第三方检测单位进行检测，确保了检测的公正和数据的准确，具体检测情况如下：

1）钻孔取芯主要安排在永久性高喷灌浆段，取芯1%，共完成8个孔，28天抗压强度分别为5.3MPa、5.5MPa、6.0MPa、5.5MPa、5.6MPa、7.4MPa、6.9MPa和5.8MPa，8个孔的抗压强度均达到了设计规范要求的不小于5PMa。

2）注水试验适用于所有的喷浆段，共计完成30个孔，其中最大透水率为4.15×10-7，最小透水率为2.09×10-7，平均透水率为3.11×10-7，设计要求透水率小于1×10-6，均达到了设计规范的要求。

因此，通过高喷灌浆的各种质量检测手段，本次灌浆是成功的，灌浆效果也是明显的，通过高喷灌浆，为水闸基坑的开挖提供了条件，为后续的施工奠定了基础。

四、结论

1 根据高喷灌浆的机理及特点，高喷灌浆是利用置于地层能量高度集中的射流，通过冲切、劈裂、剪切、挤压、充填、渗透、掺搅、升扬、置换、固化等综合作用，强制性的破坏原地层，使地层颗粒在一定范围内重新排列组合，在其周边形成天然反滤层，浆液的扩散限制在有限范围内，并利用射流带入的固化剂与地层颗粒就地搅拌，形成所需性状的防渗固结体。

2 本工程通过高压旋喷三管法施工，达到了设计要求，因此适用与淤泥质土、粉质粘土、粉土、砂土、砾石、卵（碎）石等松散透水地基或填筑体内的防滲工程的高压喷射灌浆。

3 高喷灌浆在围堰及闸基防渗中比其它防渗措施来得更快，造价更低，特别是比帷幕灌浆、钻孔灌注桩、混凝土防渗墙更经济，而效果是一样的，同时也解决了帷幕灌浆在非岩石层成孔困难的技术难题。

4 在高喷灌浆施工中对含有较多漂石或块石的地层，应进行现场高压喷射灌浆实验，以确定其适用性和可行性，确保灌浆的顺利进行和灌浆效果。