高压喷射灌浆帷幕在新东进闸工程中的运用

【摘 要】本文以新东进闸工程为例，介绍高压喷射灌浆帷幕成墙原理、防渗帷幕工艺参数确定、工艺流程、施工注意事项及施工质量检测内容、数量、方法，以供工程设计、施工参考。

【关键词】高压喷射灌浆；防渗帷幕

1. 工程概况

（1）新东进闸工程位于钱塘江南岸上虞市海涂世纪新丘北堤，上游连接东进总干河，下游直通钱塘江。由于治江围涂工程的实施，原东进排涝闸出口滩涂不断淤涨，使水闸枢纽逐渐失去排涝能力，排涝闸需外移至钱塘江河口。因此，兴建新东进闸。工程建成后将是虞北排涝的骨干水利工程，功能为原闸的248平方公里和围涂新增54平方公里面积内的涝水排入钱塘江，同时抵御钱塘江咸潮侵入内河。

（2）工程主要构筑物等级为Ⅱ等，建筑物级别为2级，设计防潮标准为100年一遇，最大设计过闸流量428.73立方米/秒。工程地质为粉砂土。先用振冲挤密法加固地基，提高抗震稳定性和承载能力，后用混凝土钻孔灌注桩进行基础处理，水闸枢纽防渗帷幕结构采用高压喷射灌浆防渗墙。

2. 高压喷射灌浆帷幕成墙原理与效果

2.1 高压喷射灌浆帷幕是一种采用高压射流束的冲击力破坏被灌土体，使浆液与土体颗粒掺混凝结，从而形成防渗帷幕的一种防渗技术。其主要是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层预定深度以后，利用高压使浆液或水从喷嘴中喷射出来形成高速喷射流束，冲击、切割、破坏地层土体，并以水泥基质浆液充填、掺混其中，形成桩柱或板墙状的凝结体，用以提高地基防渗或承载能力，达到防渗加固土体的目的。

2.2 当能量大、速度快的脉动状射流，动压力大于土层结构强度时，土颗粒便从土层中剥落下来。一部分细颗粒随浆液或水冒出地面其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量，有规律地重新排列。浆液凝固后便在土层中形成固结体。固结体的形状与高压喷射流的作用方向、移动轨迹及持续喷射时间有关。当喷射流作旋喷时，固结体呈圆形；喷射流束固定一个方向喷射时，固结体为条形；当喷射流作顺、逆时针方向小于180度往复喷射（摆喷）时，固结体呈扇形。用于作垂直防渗体的高压喷射体，大都采用定喷或摆喷结构，也有采用旋喷结构。

2.3 由于高压喷射灌浆法使用的压力大，因而喷射流的能量大、速度快，当它连续和集中地作用在土体上时，其压应力和冲蚀等多种因素便在很小的区域内产生效应，对从粒径很小的细粒土到颗粒很大的卵石、碎石土，几乎各种土质，均有巨大的冲击破碎和搅拌作用，使注入的浆液和土拌合均匀并凝固为新的固结体。实践证明，高压喷射灌浆法对淤泥、淤泥质土、粘土、粉土、黄土、砂土、碎石土和人工填土等地基都有良好的处理效果。对于土层中含有大量植物根茎的地基，因喷射流受到削弱，冲击破碎力将急剧下降，影响处理效果。对于含有过多有机物质的土层，其处理效果取决于固结体的化学稳定性。由于上述土体的组成复杂，差别悬殊，高压喷射灌浆处理的效果差较大，不能一概而论，故应根据现场试验结果确定其适用程度。高压喷射灌浆防渗帷幕布孔应根据防渗体要求、施工设备、喷射方式综合确定，必要时应通过现场试验确定。

3. 防渗帷幕施工简述

3.1 工艺参数确定。新东进闸防渗帷幕施工工艺参数是通过在非工程区进行试验确定。施工前，分别在四个区域进行高压喷射灌浆，再根据试验成墙质量情况，确定施工时所采用的具体工艺参数，以此来提高防渗帷幕质量安全性。通过四组不同的工艺参数统计、分析、比较，最终采用的主要工艺参数及要求如下：

（1）钻孔：孔径127mm，孔距1100m，孔位偏差≤50mm，倾斜率≤1.0%。

（2）材料：32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.9：1，相应浆液密度1.54g/cm3，水泥掺入比≥20%。

（3）喷浆：浆压0.2～1.0MPa，流量75～80L/min，气压0.6～0.8MPa，气流量1.0～1.2L/min。采用高压摆动喷浆，摆角30°、偏角20°，摆喷提升速度： 10cm/min（高压摆喷防渗帷幕施工单元示意图见图1）。

图1 高压摆喷防渗帷幕施工单元示意3.2 施工工艺流程。高压喷射防渗帷幕施工流程为：定孔位铺设钻机平台导孔钻机就位、调平分导孔钻进高喷钻机就位、调平、定向钻具下放至设计深度开泵清水试压、搅拌水泥浆高压喷射、提升清洗泵、管路及钻具高喷钻机移位高喷孔回填及夯实。

3.3 施工注意事项。高压喷射灌浆因在喷射过程中容易发生串孔，影响邻孔的板墙体形成，通常采用隔孔喷射。为避免喷浆作业时相邻孔出现串孔现象，本工程防渗帷幕分I、II两序进行高喷施工，即先喷射I序孔（1、3、5号），再喷射II序孔（2、4、6号），相邻孔高喷灌浆两序施工间隔时间不小于24h。在下喷射管前，先进行地面试喷并调准喷射方向及角度，试喷正常后用胶带把喷嘴封上，以避免在入孔过程中喷嘴堵塞。另外，当喷管下入到设计深度后，先原地静喷，待水泥浆液返出孔口、喷射正常后，方开始高压喷射灌浆提升。最后在进行终喷回灌时，每孔喷射充填结束后，需利用下一高喷孔的冒浆进行回灌，直至孔口液面不再下降为止。

4. 工程防渗帷幕质量检测

4.1 混凝土防渗帷幕灌浆质量检验应在施工结束28天后进行。检验点宜布置在有代表性的剖面和敏感点上，如防渗帷幕的中心线、喷射灌浆发生异常的部位、地层复杂的区段。本工程防渗帷幕在高喷施工过程中对灌浆材料、浆液和各道工序质量进行了严格的控制和检查。成墙后通过桩头开挖对浅部质量进行了检查，并采用钻孔取芯法检测桩体连续性和均匀性；采用钻孔取芯进行室内抗压试验检测水泥土强度，采用围井法进行抽水试验、现场钻孔压水法原位渗透试验检测防渗帷幕渗透效果。

4.2 浅部开挖桩头检测。目测检查防渗墙的均匀性，量测成桩直径和搭接宽度，检验点的数量为5%，量测的实际墙厚应大于等于设计墙厚。开挖后对桩顶外露的防渗墙体的搭接必须逐根检查，如不能完全外露，则选取5%并不少于3根桩进行开挖检查搭接情况，或沿壁桩加固体轴线斜向钻孔检查。墙体接合必须紧密，墙身必须连续和完整。

4.3 墙体连续性及混凝土强度检测。墙体连续性及混凝土强度检测采用钻孔取芯法，钻孔时对钻进过程进行记录，所取芯样进行描述、拍照、评价。钻孔部位为两个相邻墙搭接部位，钻孔时钻杆垂直于地面，每钻进一定进尺调整一次钻机，以保证钻进的垂直度。芯样需进行室内抗压试验；抗压试验对芯样尺寸要求，长度在10cm以上完整水泥土芯样。

4.4 围井法抽水试验。试验组成围井的防渗墙参数、施工工艺等应与工程墙体一致，围井面积应符合相关规范要求，除了进行围井中抽水或注水检测外，应同时对组成围井的防渗墙体及搭接部位进行钻孔取芯和压力注水试验。试验前在围井内打试验孔，孔内埋设透水花管，分别在围井以外范围、防渗帷幕墙体内、外两侧钻设水位孔；试验开始前测读水位孔内地下水位，参照钻孔常水头抽水试验进行，控制井内水位稳定在试验孔口下10cm处，测读稳定流量。围井试验渗透系数K值计算公式为：

5. 结束语

（1）新东进闸工程在通水验收前进行了水闸枢纽原型抗渗试验，通过水闸上游蓄水，逐渐抬高闸前水位，使得闸室上下游水头差达到防渗设计水位组合。在蓄水期间采用正弦式渗压计和电测水位计，观测已埋设至闸底板下测压管内水位。计算各时段各断面上下游两测点的水头损失，分别选取各断面水头损失最大值进行渗流坡降计算。验证最大渗流坡降是否满足规范要求。

（2）试验结果表明：各测压管水位均随上游水位的抬高而上升；各测压断面上下游测压管最大水头差，也均发生在上游水位达最高水位之后，符合渗流变化规律。试验测算最大水头损失为0.53m，推算其渗流坡降为0.056，在规范最大允许值0.05～0.07范围内，小于设计最大允许值0.07。由此表明，采用高压喷射帷幕防渗墙作为闸下防渗帷幕结构设计是合理的，防渗帷幕达-19.5m高程，对闸下粉砂土基础进行了围封，并彻底截断了透水层，防渗效果明显，且高压喷射帷幕灌浆施工质量良好。