单管高压施喷水泥桩防渗墙在桥闸基础防渗的应用

1.工程概况

西溪桥闸位于九龙江下游龙海市榜山镇洋西村，桥闸工程于1967年元月动工；1970年6月竣工，是九龙江北溪引水灌区（龙海片）西溪一条龙引水的水源控制工程。桥闸控制流域面积3960km2，桥闸全长1km，由654m拦河闸和346m引桥土堤组成，共99孔。桥闸具有引水、蓄水、供水、防洪排涝、灌溉、通航、交通等综合效益的大（Ⅱ）型水利枢纽工程。担负着龙海九个乡镇及龙文区部分乡镇18万亩农田灌溉和50万人生活用水、生态用水需求，同时涉及到沿途的工业用水。

西溪桥闸投入运行三十多年来，由于河口自然特征改变，水闸上下游过量采砂，导致河床下切，河床形态改变，水流态发生变化，产生感潮河段上延，同流量水住下降，原桥闸设计下游最低潮水位0.2m，现在最低潮水位在-1.5～1.7m之间，从而引起桥闸下游消能设施消能不足，造成桥闸上下游四大深冲坑，冲坑面积22300，最大冲坑深度9.3～9.8m，冲坑直接逼近桥闸上下游铺盖和护坦，对桥闸的安全构成重大威胁。

2.桥闸基础防渗设计

2.1桥闸抗渗稳定系数

2.1.1从桥闸外观检查观测表明，上游护坦端口部下部冲刷掏空严重，上游护坦外河床有发现巴洛克建渗透变形产生的漏斗，下游护坦外涌水现象，下游海漫冲刷掏空塌陷，低潮时海漫端部表面无水，水流直接从砌石缝能过，说明闸基存在渗透变形。

2.1.2从地质雷达检测结果表明，后启孔大部分闸基存在裂缝松动等异常情况，50%的浅层闸基有液化，掏空等异常情况，闸室底板砌石间存在空隙，说明砂浆不饱满，在此产生渗流通道，降低了有效渗径，增大渗透坡降。

2.1.3从闸基地质勘察成果表时，闸基表层中砂呈松散至稍密状态，渗透系数大，在水流水力作用下易产生冲刷、掏空等现象，淤泥夹砂层，易产生震陷变形破坏及中等液化。因此可能存在渗透变形和液化变形。

2.1.4从二维渗透有限单元计算成果表明，随着下游水位降低渗流坡降增大，闸基渗透变形产生的可能性增大，计算结果将超过中砂的允许渗流坡降，表明闸基已存在渗透变形。

根据上述检测与计算成果分析，闸基存在液化、掏空等安全隐患，桥闸已存在渗透变形，而且还在发展，桥闸现有的防渗体满足不了桥闸的防渗要求。考虑到本工程上下游冲刷严重，护坦掏空凹陷，海漫底部掏空塌陷等因素，鉴于水闸安全鉴定与评审，定为四类水闸。桥闸基础防渗加固刻不容缓，完全必要。

2.2闸基础防渗加固设计

闸基防渗加固措施，常用水平防渗和垂直防渗方法。针对西溪桥闸的实际情况，采用延长上游水平铺盖的加固方案，施工有难度，上游需设置施工围堰，且不能一次性堵江围堰，需分段围堰，工程量大，投资大，不宜采用。采用单管高压施喷水泥桩防渗体的垂直防渗加固方案，具有不受潮水影响，不围堰且施工方便、速度快、工程短等优点，尤其近年来高压施喷桩在基础防渗工程中非常普遍，得到广泛的应用，已取得成功的经验。

根据桥闸基础地质条件，表层2.5m原砂层渗透系数为1.45×10-2cm/s～5×10-3cm/s，5.0m以上渗透系数为5×10-3cm/s。因此，水泥桩防渗墙横穿过以上二砂层，并进入下砂层2.5m考虑，即水泥桩防渗墙深度定为8.0m。为此单管高压施喷水泥村防渗墙，桩径600mm，间距500mm，桩长8.0m，按单排布置，在平行于水闸中心线，即布置在距闸前0.6m处的砌石水平铺盖上。

3.单管施喷水泥桩防渗墙施工

3.1施工程序

本工程施工程度可分为：施工准备――闸底板砌体引孔――施喷机组定位――钻孔――喷射灌浆成桩――复灌回灌――冲洗――移机。

3.2主要技术参数

泵压25～26MPa

水态比：1：1

浆液容重≥1.35T/m3

提升速度24～25cm/min

旋转速度20～25r/min

喷射高度0.5～0.8m

孔距0.5m

孔径0.6m

3.3施工设备

施工中主要设备：选用75A型钻机，配备2×200l灰浆拌制机，采用BWT-100/40型高压灌浆机1台及相应立、卧式压浆搅拌机各1台，配置2台单管高压施喷机组。

3.4施工

由于防渗墙施工时，水闸前水位深2.5～3.0m左右，根据现场施工特点，在防渗墙中心线上采用钢脚手架搭设高4.0m、宽2.0m的施工平台。按照设计图纸对桩中心线进行准确的放样，用加工好的槽钢进行定位，地质钻机进行闸底板0.6～0.8m的条石砌体引孔后，启动钻机，开始钻孔，喷射管下到设计深度后，开始喷浆，浆液冒出后按预定好的提升旋转，摆动速度，自下向上边喷边射边转动，也提升直到设计高度后停止灌浆。本工程采用双序施工，先施工单号孔，后施工双号孔，最后对双号孔进行复灌。

4．几点体会

4.1参数的确定

高压施喷水泥桩施工参数确定是关键。参数确定要根据实际地质条件，在施工前进行试验桩，同时经开挖检验满足设计要求最后确定施工参数。本工程高压施喷水泥桩属水下工程，工闸上游滩地上进行二次高压施喷水泥桩试验，第一次采用施工系数：25～26MPa，浆液比重1：1.35，采用双序施灌进行试验，经开挖检验，存在单桩直径为50.4cm，达不到设计要求，两根水泥桩相切而无相交。第二次其他参数不变，只把提速由原来28～30cm/cim改为20～22cm/cim，再进行水泥桩试验，经开挖检验，桩径达66～71cm，两根水泥桩相切相交宽度理想，成墙完整。

4.2水泥桩项石沉陷处理

本工程主要是对闸底板下喷射水泥村构筑防渗墙，喷射后水泥桩面与原闸底板砌石体的接触面结合如何直接关系到防渗墙的完整性及防渗效果。在施工中，抬走发现桩体由于水泥桩板水固结，产生桩石下陷，与基层面产生空隙，针对水泥桩喷射结束浆液板水后凝结体项部出现凹陷与闸底砌石层脱离时，应及时在喷射孔内进行压充填灌浆，直至孔口液面不再下沉，单号孔在第二天双号孔施喷时，会及时得到浆液补给，经检查能满足要求，但双号孔必须利用单号孔施工回浆进行复灌。

4.3施工要点

4.3.1单孔号施工24小时后方可进行双号孔施工，待两序孔均施工完毕且浆液凝固后，要及时对每一根成桩进行检查，发现有因浆液凝固造成桩体下沉的桩号进行详细记录，然后进行复灌，复灌时要做好新老桩之间的搭接。

4.3.2单管高压施喷防渗墙施工，现场质量控制关键是对操作者和操作工艺在操作过程中的控制，主要检查钻孔深度、垂直度、灌浆压力、操作浆液浓度与钻孔提升速度，同时注意并严格禁止先提升后补压的灌浆操作顺序，一旦发现，及时制止，立即返工，以防出现断桩质量事故。

4.3.3质量检测

本工程属水下工程，高喷水泥桩成桩后，要及时检查走桩与闸底板浆砌石层接触面有否脱位，连接是否完好，对出现凹陷应及时进行 压充填灌浆。成桩后，采用钻孔取蕊，主要对桩中心和两桩交界处进行取蕊，检查桩的连续性和完整性，是否有断桩，检查桩与桩联结是否严密，形成防渗墙体是否完整。同时做桩体压内试验，检测渗透系数是否满足设计要求。

5.结语

西溪桥闸闸基单管高压施喷水泥桩防渗墙，经过二个枯水期，历时6个月的施工。共完成长487.5m，计976孔，总进尺7527延长米，经取蕊检查，优良率占40.1%，质量全部全格，形成防渗墙面积3900，达到了预期效果。通过与下游围堰形成封闭，基坑抽水，有效防止闸基沙土发生渗透流失，水闸安全得到保证，为水闸下游消能防冲改造工程施工创造有力条件。事实证明，单管高压施喷水泥桩防渗墙应用在水闸基础防渗加固处理，是成功的，效果是理想的。

参考文献

福建省水利水电勘测设计研究院《龙海市西溪桥闸安全鉴定报告》――2001年11月