双排高喷桩防渗墙在扰动段防洪墙杂填土中的应用

李铭华 李益进2 樊昆澎

(1.南京市长江河道管理处，江苏 南京 210011；2.南京市水务局，江苏 南京 210036)

高压旋喷桩防渗墙垂直防渗，具有适应地基条件广、处理深度大、防渗效果好的特点，近年来被广泛应用于堤坝防渗消险工程中。城区内堤防因受土地资源约束，基本为钢筋混凝土防洪墙型式。随着城市的发展，过江通道增加，滨江整治工程逐步开展，城区此类堤防或多或少地受到影响，部分堤防甚至出现渗水险情。以确保过江通道和防洪墙安全稳定为前提，如何在防洪墙后复杂填土中成功实施双排高压旋喷桩防渗墙，几乎没有可供借鉴的先例。本文以长江南京树人学校段江堤为例，介绍双排高压旋喷桩防渗墙在扰动段防洪墙杂填土中的应用。

1 工程概况

2016年汛期，长江南京树人学校段江堤背水侧出现多处渗水后紧急采用养水盆度汛。出险段江堤长约500m，为钢筋混凝土防洪墙，墙后填土复杂。防洪墙下穿纬三路过江通道N线，底板距过江通道顶部3m左右，防洪墙曾因过江通道建设进行过加固修复。

2 工程设计

2016年汛后，南京市及时组织相关单位对该段堤防进行除险加固，勘察设计单位通过现场查看、勘测、物探等手段，查明渗水原因并制定了除险方案。

2.1 渗漏原因

出险段江堤历经过江通道建设、滨江环境整治，情况相对复杂。通过对掌握的资料进行分析，造成该段堤防渗水的原因有：防洪墙基础局部土质松散；防洪墙后填土复杂，渗透性达到中等—强透水；过江通道上部区域存在疑似渗漏通道。

2.2 防渗方案

考虑迎水面坡面防渗多为建设期采用，且该段防洪墙后通道相对较宽，江堤防渗采用垂直防渗方案；此外，该段江堤位于城区，较为重要，因此采用双排防渗墙方案；同时对比常规适应性、工艺工效、造价因素以及考虑对现有防洪墙及过江通道的影响，决定迎水侧防渗墙采用多头小直径深层搅拌桩成墙，背水侧采用高压旋喷桩成墙方案。后根据施工阶段补勘及现场情况，因钢筋混凝土防洪墙后填土成分较复杂，松散夹有块石、混凝土等，且厚度较大，通过咨询相关行业专家，若迎水侧实施深搅桩需要开挖至较大深度并换填，对现有防洪墙稳定性影响较大；同时迎水侧深搅桩在该种地质条件下成墙可靠性差，迎水侧深搅桩变更为高压旋喷桩。迎水侧高喷桩距防洪墙底板后趾2.5m，双排高喷桩距离1.5m，设计桩底高程-11m(吴淞高程，下同)、桩顶高程11m。高喷桩设计桩径0.6m、桩距0.44m，成墙厚度0.4m，喷射灌浆采用强度等级42.5级的普通硅酸盐水泥，防渗墙渗透系数不得大于(1～9)×10-6cm/s,水泥用量不少于420kg/m3，水泥浆液的水灰比取1∶1。平面布置示意见图1，0+373过江隧道断面示意见图2。

图1 平面布置示意

图2 0+373过江隧道断面示意

3 高喷桩防渗墙施工

3.1 施工顺序

为同时确保迎水侧既有钢筋混凝土防洪墙稳定及高压旋喷桩成墙效果，先施工迎水侧高压旋喷桩防渗墙，一段时间后再施工背水侧高压旋喷防渗墙。为了初步成墙，且不影响既有防洪墙稳定，施工迎水侧防渗墙时喷射压力较低，施工背水侧防渗墙时可以加大压力，这样既可确保防渗效果，又保证了既有防洪墙的安全。

3.2 施工设备

初期引孔采用GXY-1型地质勘探钻机和GXY-1A型地质勘探钻机进行引孔，成孔效率较低，不能满足高压旋喷桩机正常的施工工效需求。后引进YTA820型锚杆钻机1台、KY-100J型潜孔钻车5台，大幅提高了引钻孔成孔速度，满足了施工需求。高喷桩施工采用XD-30A型、XP-20型、SJW-60A型高压旋喷桩机各2台，GPB-90D型高压水泵4台，GPB-90E型高压水泵2台，W-1/8型空压机6台，潜水泵6台，灰浆搅拌机6台，BW-150型灰浆泵6台。

3.3 工艺流程

本工程高压旋喷桩防渗墙施工采用两喷管法，先采用钻孔机引孔，穿透上部障碍层，再将高喷设备灌浆管插入孔内，采用高压灌浆泵从喷嘴喷射水泥浆液，一面喷射一面旋转和提升，最后在土中形成圆柱状固结体。根据地质报告，地下地质情况复杂，空隙率较大，因此在高喷施工前先注入水泥黏土浆，复灌三次，充填空隙。高压旋喷桩防渗墙施工工艺流程见图3。

图3 高喷桩施工工艺流程

3.4 技术参数

喷射灌浆管插入预定深度后，由下而上进行喷射灌浆，灌浆压力20～40MPa，浆液流量70～120L/min，喷嘴2个，直径16～18mm，灌浆管外径50～90mm，提升速度10～20cm/min，旋转速度8～20r/min。

3.5 控制要点

a.选择有代表性的地层进行高压旋喷桩防渗墙现场试验，确定高喷灌浆方法及其适应性，确定施工参数、浆液性能，满足墙体防渗性能。

b.孔位偏差不大于50mm，有效孔深超过设计墙底0.3m，钻孔偏斜率不超过1%，钻进时详细记录孔位、孔深、地层变化和漏浆等情况。

c.喷射灌浆采用强度等级42.5的普通硅酸盐水泥，水泥用量不少于420kg/m3，水泥浆液的水灰比取1∶1，浆液搅拌均匀，定时测定其密度，已初凝的浆液不得使用。

d.高喷桩施工过程中，根据堤防变形观测数据，指导施工；当变形较大时，增加观测频率，在保证原防洪墙安全的前提下，尽量增大高喷压力，保证墙体防渗的效果。

e.加强与过江通道运行管理单位的沟通，根据过江通道健康系统反馈的实时数据，合理动态调整高喷桩施工。

f.不轻易改动主要施工顺序。

3.6 问题及措施

a.高压旋喷桩施工前先用地质钻机在设计孔位上引孔，穿透坚硬障碍层，再进行高喷桩施工。插管过程中，为防止泥沙堵塞喷嘴，采取边射水、边插管的方法，水压力控制在不超过1MPa，防止因压力过高造成孔壁射塌。

b.由于防洪墙后填土复杂，空隙率大，通过分析生产性试验成果，高压旋喷桩施工时，压力较大，浆液在松散的土体中无序乱喷，水泥浆液全部喷射到杂填土空隙中，土体无法形成有效的防渗墙体。因此在原桩位和轴线上，每隔1.75m利用引孔充填水泥掺入量为15%的水泥黏土浆，密实土体空隙，改良土体，使杂填土土体变成类似于卵(碎)石层；水泥黏土浆一般在2～5天固结，选择灌水泥黏土浆后7～15天进行高压旋喷施工，这时，杂填土体已经完全固结为一体，且固结体强度不大，高压旋喷浆液能够对水泥黏土杂填土的土体进行切割、充填，且被约束在一定范围内，从而能形成墙体。

c.因防洪墙距离防渗墙较近，为防止高压旋喷桩施工时造成防洪墙产生较大位移，施工时采取先迎水侧再背水侧的施工顺序，同时迎水侧压力为25MPa，背水侧压力为28MPa。施工过程中，同步进行防洪墙位移观测。

d.根据孔口实际返浆情况，动态调整喷射压力和提升速度。返浆量大时，可以适当提高喷射压力和提升速度；返浆量小时，则相反。如树人学校综合楼段孔口返浆量小，甚至个别孔不返浆，则降低提升速度至10cm/min，并在孔底悬停喷浆5～30min。

e.为防止高喷施工时气压、液压较大，部分气体及浆液从先导孔中喷出，造成气压损失和浆液浪费。采用木塞对双排相邻的3～4个孔位孔口进行封堵。

4 工程效果

工程完工一段时间后，通过局部开挖检查，防渗墙厚度满足设计要求；围井注水试验共检测4个点，试验结果均满足设计防渗墙渗透系数不大于(1～9)×10-6cm/s的要求；对12个高喷防渗墙取芯样现场进行注水试验，试验结果均小于设计所要求的渗透系数；此外，运行初期渗流监测资料分析表明迎水侧防渗墙迎江侧各测点随长江水位变化而变化，背水侧防渗墙外侧各测点受长江水位影响较小，防渗墙起到了防渗作用。

工程完工至今，运行正常，未发生渗水等险情。

5 结 语

工程段江堤防渗除险加固方案综合考虑场地、过江通道、既有防洪墙、复杂填土等特定影响因素后制定并实施，工程实施完成后至今工程效果明显。今后如遇类似工程条件，堤防难以重建，必须采取加固措施时，可以采取本文所述的双排高喷桩防渗墙，结合技术和经济条件，建议在防洪墙后通道顶部预留一定数量的灌浆孔，同时采取信息手段，加强对除险加固段江堤的长期监测。