工程围堰基础防渗处理

[摘 要]根据惠州市龙门县青溪水闸扩建工程，本文对基坑围堰的安全防护措施及高压喷射灌浆技术作了简要分析。

[关键词]水利工程；基坑围堰防渗；处理技术

中图分类号：TV523 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0117-01

引言：

惠州市龙门县青溪水闸扩建工程设计流量为101米/秒，属中型水闸，闸口为3孔4.5米*3.5米（长*宽）。由于在下游有樟潭电站，上游有西林电站，在施工的时候，水位较高，在基坑基础开挖后，基坑底高程和水位相关有6米落差，在确保施工质量的施工安全的前提下，须进行基坑围堰防渗处理。

1 围堰的安全防护措施

1.1 围堰的防渗

围堰的渗漏主要有三个部位：堰体与原河床接触面；堰体与岸坡接触面；膜袋与膜袋之间。

围堰防渗的基本要求和一般挡水建筑物无大差异。土石围堰的防渗一般采用斜墙，斜墙按水平铺盖、垂直防渗墙或灌浆帷幕等措施。 围堰一般需在水中修筑，因此，如何保证斜墙和水平铺盖的水下施工质量是一个关键课题。

土石围堰的斜墙和铺盖一般都在深水中，可用人工手铲抛填的方法施工，施工时注意滑坡、颗粒分离及坡面平整等的控制。抛填后填土密实度均匀，防惨性能良好，干容重均在安全系数以上，无显著分层沉积现象，土坡稳定。斜墙和水平铺盖的水下施工难度较高，但只要施工方法选择得当，保证质量是没问题的。

1.2 围堰的接头处理

围堪的接头是指围堰与围堰、围堰与其他建筑物及围与岸坡等的连接而言。围堰的接头处理与其他水工建筑物接头处理的要求并无多大区别，所不同的仅在于围堰是临时建筑物，使用期不长，因此，接头处理措施可适当简便，如混凝土纵向围堰与土石横向围堰的接头，一般采用刺墙型式，以增加绕流渗径，防止引起有害的集中渗漏。为降低造价，使施工和拆除方便，在基础部位可用混凝土刺墙，上接双层2.5厘米厚木板，中夹两层沥青油膏及一层油毛毡的木板刺墙。木板刺墙与混凝土纵向围堰的连接处设厚2毫米的自铁片止水。木板刺墙与混凝土刺墙的接触处则用一层油毛毡和两层沥青麻布防渗。

1.3 围堪的防冲

围堰遭受冲刷在很大程度上与其平面布置有关，尤其在分段围堰法导流时，水流进入围堰区受到束窄，流出围堰区又突然扩大，这样就不可避免的在河底引起动水压力的重新分布，流态发生急剧改变，此时围堰的上下游转角处产生很大的局部压力差，局部流速显著增高，形成螺旋状的底层涡流速度方向自下而上，从而淘刷堰脚及基础。 一般多采用简易的抛石护底措施来保护堰脚及其基础的局部冲刷。解决围堰及其基础的冲刷问题，除了抛石护底或其他措施（如柴排）外，还应对围堰的布置给予足够的重视，力求使水流平顺地进、出束窄河段。通常在围堰的上下游转角处设置导流墙，以改善束窄河段进出口的水流条件。在大中型水利水电工程中，纵向围堰一般都考虑作为永久建筑物的隔墩或导水墙的一部分，因此，均采用混凝土结构，导流墙实质上是混凝土纵向围堰分别向上、下游的延伸。尽管设置导流墙后，河底最大局部流速有所增加，但混凝土的抗冲能力较高，不至于有发生冲刷破坏的危险。

2 围堰基础防渗技术

围堰基础防渗方案很多，如水泥灌浆、水泥化学浆液复合型灌浆、高压喷射灌浆、塑性灌浆、可控性灌浆、混凝土防渗墙等，每种方法都有自身的优点和缺点，通常情况下一种方法的缺点可能正是另外一种方法的优点，具有很强的互补性。对具体项目来说，必须选择合适的防渗方案，以确保围堰防渗质量。下面简要概述一下高压喷射灌浆技术。

2.1 技术原理

高压喷射灌浆主要是通过将喷射管中的高压水、泥浆或者气体喷射出来，在喷射时，喷射管中的物质会将土体进行切分，在强大的压力冲击下形成泥浆，接着从下至上持续的灌注水泥砂浆或纯水泥浆，就可以将泥浆升扬至地面。泥浆会在地面形成一层防渗膜，该层防渗膜不仅具有较高的强度，而且渗透系数非常小，防渗性能极佳，地基承载力也得到了明显提升。

高压喷射灌浆技术还有着其他防渗技术不具备的特点，即灌浆的可灌性与可控性，主要体现在其在作业时，不会对非喷射位置产生影响，仅在射流作用的范围内进行扩散与充填。而且高压喷射灌浆形成的凝结体不是单一因素作用的结果，是通过地层因素与工作因素为主导，压力、风力因素为辅共同作用的结果。

2.1.1 冲切掺搅作用。高压喷射灌浆技术能够通过较高压力将水、泥浆或气体喷射出来，喷射出来的物质有极强的切割作用，可以快速将土体分割冲切，破坏原本的土体结构，然后使土体碎小颗粒与浆液充分混合。

2.1.2 升扬置换作用。高压喷射灌浆作业时，压缩空气不仅能够保护切流束，还可以在能量释放的过程中使气泡将土体颗粒携带并升扬至地表。依靠高压喷射灌浆技术，将土体中的部分颗粒置换到地面并使浆液充分填充至土体空隙中，可以明显优化地层组分，提高其地基承载力的同时具备极佳的防渗性能。

2.1.3 填充挤压作用。在射流束终端部位，能量衰减较多，已经无法达到切割土体的目标，但是却可以对土体产生一定的挤压力，使土体与浆液紧密结合。在喷射结束后，受到静压的影响，灌浆作业不会立刻停滞，仍会对浆液与土体产生挤压力，进一步使土体与浆液结合。

2.1.4 渗透凝结作用。高压喷射灌浆作业形成的凝结体不仅会在作业区域内起到极佳的防渗作用，还可以向作业区域周边扩散与渗透，形成一层有着一定防渗性能的渗透凝结层，一般来说，这层渗透凝结层的厚度与作业区域地层渗透性与级配有着直接的联系。因此，高压喷射作业之前需要对作业区域地层条件进行细致的考查。

2.2 施工工艺流程与主要参数

高压喷射灌浆施工工艺主要分为六个主要流程：第一个流程为定孔，即确定钻机钻孔位置，定孔需要严格按照设计图纸进行并且还需要经过多次复核后方可确定。第二个流程为钻孔，即采用钻孔机在定孔处进行钻孔作业，钻孔作业之前需要对作业区域地层、地质条件进行充分的研究并做好整理与归纳工作，采用合适的钻头作业。第三个环节为下喷射装，即将注浆管插入地层，保证插入深度符合设计要求，为了避免出现泥沙将喷嘴堵塞的情况，可以在插管的同时喷水，控制喷水压力在1MPa以内即可。第四个环节为制浆，即喷水将土体切分并与小颗粒土体充分混合形成泥浆。第五个环节为喷射，当喷嘴抵达设计要求深度后，从下至上进行喷射作业，这一环节中的关键在于浆液初凝时间、风量、压力、注浆流量、提升速度的控制。最后一个环节为旋转、提升与定向，按照设计要求进行即可。

高压喷射灌浆的施工参数是整个施工作业的核心部分，一般需要根据地层情况与单桩试验结果方可确定。

3 结语

在进行围堰基础防渗方案选择时，必须对具体工程目的要求和具体地质条件进行分析，需进行详细的分析比较。根据地质钻探报告显示，本工程持力层为砂砾石层，透水性较大，且基坑基础开挖后，基坑底高程和水位落差较大，施工质量和施工安全难以保证，所以采用基坑基础防渗处理，用来围护施工基坑，保证水工建筑物能在干地施工。在导流任务完成以后，如果围堰对永久建筑物的运行有妨碍或没有考虑作为永久建筑物的一部分时，应予拆除。因此，围堰基础防渗工作在水利水电建设工程中起着重要的作用，其成功与否关系到水利工程施工质量和施工安全。