高压旋喷桩垂直防渗下部开叉问题的解决措施探讨

庞贺全

(广东有象工程勘察设计咨询有限公司，广东 清远 511500)

高压旋喷桩作为高压喷射灌浆技术的一种，自20世纪70年代引进我国。除应用于地基加固外，在水利工程中更主要应用于防渗工程。多年来，在各种规模的水工建筑物中，在复杂多样的地质条件下，建成了大量的高喷灌浆防渗墙，积累了丰富的经验。

1 工程概况

新村水库位于广东省河源市龙川县，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电及养殖等综合利用的中型工程。水库主要建筑物由主坝、三座副坝、溢洪道、输水涵管及坝后电站组成。水库主坝、1#副坝、2#副坝及3#副坝均为均质土坝。

1.1 主坝

主坝最大坝高25.35m，坝顶高程为235.70m，坝轴线长226.45m，坝顶路面为混凝土路面，宽5.0m(包括防浪墙宽0.4m)。

1.2 1#副坝

1#副坝位于主坝右侧约100m处，最大坝高18.15m，坝顶高程为235.75m，坝轴线长113.22m，坝顶路面为混凝土路面，宽5.0m(包括防浪墙宽0.4m)。

1.3 2#副坝

2#副坝位于主坝右侧约660m处，最大坝高14.98m，坝顶高程为235.37m，坝轴线长57.00m，坝顶路面为混凝土路面，宽5.0m(包括防浪墙宽0.4m)。

1.4 3#副坝

位于1#副坝和2#副坝之间，最大坝高4.85m，坝轴线长17.81m，坝顶高程236.12m，坝顶为泥结石路面，宽6.30-7.50m(无防浪墙)。

2 存在问题及解决办法

主坝坝体后坝坡坡脚存在两处渗漏通道，1#副坝背坡坝脚处存在渗漏通道，在高水位运行时，出水量明显增加，因此认为主坝和1#副坝坝体渗流状态是不安全的。根据地勘部门提供的勘测资料表明，主坝、1#副坝及2#副坝坝体及坝基存在多处中等透水层，渗透系数已大于1×10-4cm/s，且主坝左坝肩有一处渗透系数已达到1.52×10-3cm/s，均不满足：渗透系数均质坝≤1×10-4cm/s，坝体与坝基均存在渗漏问题[1]。

因主坝、1#副坝和2#副坝部分断面存在渗流破坏危险，需对主坝、1#副坝及2#副坝坝体进行防渗处理。3#副坝场踏勘时未发现背坡湿坡及坝脚渗透通道，3#坝体迎水坡坝脚高程231.50m高于正常蓄水位231.25m，故本次工程对3#副坝不进行防渗处理，不再详述。

3 高压旋喷桩防渗墙方案设计

3.1 方案设计

主坝、1#副坝和2#副坝坝体截渗方案设计：采用双管法高压旋喷桩对坝体进行防渗设计。高压喷射灌浆处理范围：主坝、1#副坝和2#副坝坝体左坝肩至右坝肩，处理深度从坝顶至岩基下≥1m。

3.2 防渗墙厚度确定

高喷防渗墙设计厚度计算公式如下：

(1)

式中：T为防渗墙设计厚度，m；H为作用于防渗墙的最大设计水头，m；J为防渗墙允许渗透比降，取80。

经计算，防渗墙厚度主坝为0.292m，1#副坝为0.24m，2#副坝为0.19m[2]。

3.3 高压旋喷桩布置

高压旋喷桩采用双管法，直径0.80m，桩中心距0.45m。

主坝：桩顶高程234.50m，桩底深入基岩以下≥1m。其中234.50m-224.00m段采用单排布置，224.00m以下段采用双排布置，排距0.70m。总计1106根，总长度15140m。主坝高压旋喷桩防渗断面图见图1。

1#副坝：桩顶高程234.50m，桩底深入基岩以下≥1m。其中234.50m-224.00m段采用单排布置，224.00m以下段采用双排布置，排距0.70m。总计399根，总长度3991m。1#副坝高压旋喷桩防渗断面图见图2。

2#副坝：桩顶高程234.50m，桩底深入基岩下≥1m。采用单排布置，总计179根，总长度1353m。2#副坝高压旋喷桩防渗断面图见图3。

图1 主坝高压旋喷桩防渗断面图

图2 1#副坝高压旋喷桩防渗断面图

图3 2#副坝高压旋喷桩防渗断面图

3.4 技术指标

墙体、钻孔、桩体、灌浆材料和施工参数按现行规范。

4 高压旋喷桩的防渗原理

高压旋喷桩的防渗原理是相邻桩柱套接形成一面防渗墙。底部深入基岩或相对不透水层，两侧延伸至左右坝肩，顶部与其它防渗体相连或延伸至坝顶，从而形成封闭的防渗体。单排、双排和三排旋喷套接图见下图。

图4 单排、双排和三排旋喷套接图

5 解决下部开叉的问题的措施

5.1 下部开叉的原因分析

下部开叉的原因主要有：钻孔深度、钻孔垂直度、桩位偏差和桩径偏差。由于实际施工过程中不可避免存在桩位偏差、桩径偏差和钻孔垂直度等不利因素，尤其钻孔垂直度的因素不可忽视，随着孔深增加，下部开叉问题会越来越严重。

5.2 解决下部开叉问题的设计措施

5.2.1 设计措施一：减小钻孔深度

高喷防渗墙轴线设置于上游马道处，高压旋喷桩顶部至坝顶段采用土工膜防渗，土工膜与高压旋喷桩顶部采用混凝土现浇埋压，底部深入基岩或相对不透水层，两侧延伸至左右坝肩，形成封闭的防渗体。该方案可以减小钻孔一半左右高度，能够显著降低下部开叉问题。由于文章案例上游坝坡、两侧坝肩及施工等因素不适宜未采纳该措施。

5.2.2 设计措施二：增加防渗墙厚度

防渗墙需要满足一定的厚度才能达到防渗的效果，故增加高喷防渗墙的厚度来满足防渗需要，具体措施为：增加桩径、减小间距和增加排数。当防渗墙厚度较大时，旋喷桩直径可在允许范围内尽量取大值，旋喷桩直径表见表1。当单排高压旋喷桩调整桩径和间距不能满足要求时，可增高压旋喷桩加排数。深度20-30m时，可采用单排或双排旋喷套接形式；当深度>30m时，宜采用两排或三排旋喷套接形式[3]。

5.2.3 解决下部开叉问题的施工措施

1)施工措施一：减小桩位偏差。

先放样防渗轴线，轴线需用拉线标记或划线标记；再放样孔位，孔位需用木桩等进行标记，钻孔位置用钢尺量，允许偏差≤50mm。施工放样后监理进行检测，合格后方可进行下一步施工。桩位检验为开挖后桩顶下500mm处用钢尺量，桩位允许偏差≤0.2D。

表1 旋喷桩直径表 m

2)施工措施二：减小桩径偏差。

试桩确定桩径等指标参数，采用不同的灌浆材料、水灰比、灌浆压力、提升速度、旋转速度等多组数据，对比确定最终施工参数。桩径用钢尺量，允许偏差≥-50mm。

3)施工措施三：减小钻孔垂直度偏差。

钻孔垂直度允许偏差≤1%，用经纬仪测钻杆。钻孔过程中，可同时用水平尺及时测量钻杆避免误差过大[4]。

6 结 语

防渗工程能否成功，关键在于防渗系统封闭。上文以高喷防渗墙为例，分析确定了高压旋喷桩垂直防渗设计方案。同时，归纳总结了高喷防渗墙解决下部开叉问题，设计和施工两方面五类措施，希望为做好水利工程垂直防渗提供借鉴。