高压摆喷+旋喷工艺在充泥管袋围堤防渗墙中的应用

高压摆喷+旋喷工艺在充泥管袋围堤防渗墙中的应用

作者：兰昌志 等

来源：《价值工程》2015年第14期

摘要： 围堤充泥管袋技术近几年在沿海地区围海造地、围垦、河道治理等方面得到了广泛的应用，而在充泥管袋形成的围堤上做防渗墙的施工技术指标与土石坝和混凝土坝等结构不一样。因此，结合太仓市应急水源地工程的防渗墙施工技术参数要求，经过多方案的比选和优化，考虑到围堤结构自身的安全及防渗效果，最终选择高压摆喷+旋喷工艺，为同类工程提供借鉴和参考。

Abstract： The dike mud tubes filled bags technology have been widely used in coastal reclamation， land reclamation， riverway treatment and other aspects in recent years， and the construction technical indicators of building impervious wall in the dike formed by mud tubes filled bags are different from the earth-rock dam and concrete dams. Therefore， combined with the

requirements for the construction technical indicators of impervious wall of Taicang City emergency water source project， after selection and optimization of many programs， taking into account the security and seepage effect of dike structure， finally the high pressure swing jet and jet grouting process is selected to provide reference for similar projects. 关键词： 充泥管袋；围堤；摆喷+旋喷；防渗墙

Key words： mud tubes filled bags；dike；swing jet and jet grouting；impervious wall 中图分类号：TV544+.923 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）14-0148-04 1 概述

太仓市应急水源地工程位于太仓江口浏河口上游侧边滩上，围堤由北堤、东堤、南堤圈成，全长4486m，形成区域面积为220万m2的水库，其总容量1742万m3。围堤分为两个标段，其中1标北堤966m，东堤1234m，总长2200m。

围堤堤身采用充泥管袋和吹填沙筑成，堤身采用底层通长管袋和内外充泥管袋双棱体断面形式，底层通长沙袋厚度为1.0m，其余袋层沙袋厚度为0.5m，棱体之间为吹填沙，充填沙采用粘粒d0.075mm含量大于75%的沙土。围堤断面结构形式见图1。

招标文件中新建围堤防渗墙采用高压摆喷工艺，二重管法施工，结构形式为单排，布置于堤顶路面中心线上，连接型式如图2所示（图中尺寸单位为mm）。设计顶部高程为5.7m，底

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

部高程为-6.1～-7.0m（伸入淤泥质粘土层≥1m），孔深为11.8～12.7m，总计高喷防渗墙18233m，设计参数见表1。 2 方案比选

2.1 防渗墙设计方案选择背景

本工程围堤堤身采用充泥管袋吹填沙填筑而成，吹填沙含泥量较大，沉降过程漫长而复杂，堤基高程-6.0m以上分布有粉土、粉沙土等中等透水层，堤身及堤基均易产生渗透变形，故必须采取相应的防渗措施。而对围堤结构设计时进行的安全性分析中，考虑了管袋材料本身对围堤的加筋作用，同时考虑到防渗效果，特别强调要求防渗墙体最小厚度应不小于20cm。对此，经过对各种防渗工艺的详细比较和类似工程经验，采用摆喷工艺是无法满足最小厚度20cm的要求的，各参建方一致同意进行多方案试验确定满足设计要求的最优方案，试验场地选择在围堤外侧临时围堰（充泥管袋填筑而成）上进行防渗试验。现场共布设四口围井，分别采用不同的对接形式形成（详见2.2方案比较），围井形成并达到设计龄期后，采用围井注水、钻芯取样、开挖检查三种方法分析四个围井的防渗效果。 2.2 方案比较

方案一：摆喷对接，间距1.6m，摆角45°。施工主要参考指标：浆压35MPa、气压0.7MPa、摆速8次/min，提升速度12cm/min，浆液密度1.5g/mm3。结构形式如图3所示。 方案二：摆喷对接，间距1.3m，摆角30°。施工主要参考指标：浆压32MPa、气压0.7MPa、摆速8次/min，提升速度15cm/min，浆液密度1.5g/mm3。结构形式如图4所示。 图3 方案一防渗墙连接型式 图4 方案二防渗墙连接型式

方案三：摆喷+旋喷，摆喷旋喷间距1.6m，摆角30°，旋喷桩径0.6m。施工主要参考指标：摆喷浆压32MPa、气压0.7MPa、摆速8次/min，提升速度15cm/min，浆液密度 1.5g/mm3；旋喷浆压28MPa、气压0.7MPa、转速8次/min，提升速度20cm/min，浆液密度1.5g/mm3。结构形式如图5所示。

方案四：三轴搅拌桩，桩径0.45m，间距0.4m。施工主要参考指标：钻进速度0.3～0.8m/min，提升速度0.6～1.2m/min，浆压1.5～2.5MPa，浆液密度1.5g/mm3。结构形式如图6所示。

图5 方案三防渗墙连接型式 图6 方案四防渗墙连接型式

围井施工满足28天龄期后按照设计要求进行了围井渗透试验、单桩钻孔取芯、芯样抗压试验、浅层开挖量测等，检测情况汇总如表2所示。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

通过防渗墙围井试验情况，汇总各项检测结果后得出如下结论：三种高喷方案形成的墙体规则性略差，且喷浆孔位置容易形成较薄墙体，最小厚度不能满足设计指标要求；三轴搅拌桩相对搭接较好，基本密闭，可形成较为理想的墙体，各项指标均满足设计要求。 2.3 方案确定

根据防渗墙围井试验情况，为保证防渗墙工程施工顺利开展，业主单位及时组织召开了围堤防渗墙施工工艺专家咨询会，会议分别从安全、经济、施工进度、技术难度等方面分析了各方案的利弊，主要观点如下：

①防渗墙工程属于隐蔽工程，施工中由于存在诸多不易控制的环节，因此应在施工过程中严格控制各项施工参数，根据围井试验情况，三种高喷方案均出现薄墙，且均在喷浆孔位置，最小厚度达不到设计要求，建议在摆喷的基础上增加旋喷桩，以增加墙体最小厚度。②围井方案四中各项试验指标均能满足设计指标要求，但采用三轴搅拌桩施工将破坏底部多层通长管袋，将围堤一分为二，对围堤整体抗滑稳定和结构安全不利，且违背设计初衷，故围堤防渗墙不能采用三轴搅拌桩施工工艺。③如果采用高压旋喷桩进行防渗墙施工，旋喷桩距较小，对袋体破坏性较大，大大降低围堤结构安全性。且旋喷水泥用量较大，工程投资将大大增加，从投资角度及围堤安全性看，不宜采用高压旋喷工艺。

经过专家们的讨论和分析，围堤防渗墙方案最终确定采用摆喷+旋喷施工工艺，桩距为1300mm，呈一字形布置，结构型式如图7所示，施工主要技术指标：摆喷浆压32MPa、气压0.7MPa、摆速8次/min，提升速度15cm/min，浆液密度1.5g/mm3；旋喷浆压22MPa、气压0.7MPa、转速8次/min，提升速度15cm/min，浆液密度1.5g/mm3。 3 施工方案 3.1 施工工艺

本工程高压摆喷+旋喷防渗墙施工工艺流程见图8所示。 图8 高压摆喷+旋喷防渗墙施工工艺流程图 3.2 施工参数优化

围堤防渗墙正式开始前进行防渗墙试桩施工，在试桩成型后7天进行了浅层开挖检查，检查结果：摆喷桩体轮廓清晰，成型较好；旋喷桩轮廊不明显，与摆喷桩搭接紧密；整体墙厚能够达到设计要求，最小厚度为275mm。通过三次不同参数的试桩检查后，对防渗墙施工参数进行了最终优化，优化后各参数如表3所示。 表3 高压喷身防渗墙优化后施工参数

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

3.3 施工方法 3.3.1 开挖沟槽

高喷桩开始前，采用0.4m3挖机开挖沟槽，沟槽尺寸如图9所示。 图9 沟槽开挖示意图

3.3.2 定位线与高压喷桩孔位定位

沿围堤轴线方向确定高喷桩定位线，每隔约10m～20m设一个定位点，定位点及线必须放置固定好。在围堤左右两侧路沿格埂和防浪墙上分别按1300mm间距进行标记，以准确定位。 3.3.3 桩机就位

方木铺设好后进行桩机就位，桩机可根据自带卷扬机进行移动和调整，机长负责指挥，移位要做到平稳、安全。桩机定位后，由测量员负责对定位线及桩位进行复核，确保高喷桩平面定位偏差值不大于2cm。 3.3.4 桩机垂直度校正

为确保桩机垂直度，采用一根长为15m的钻杆，在桩机上东西向和南北向各挂一个线锤，用于检验桩机垂直度。桩机就位后，根据高喷桩桩机自身的水平装置调整机身的水平度及垂直度，直到两个线锤均对准用油漆作好的标记内，然后再通过全站仪进行校核，直到满足设计要求为止。 3.3.5 桩深控制

施工前，根据桩深要求在钻机上用红色布条做好深度标记，以控制高喷桩桩深。 3.3.6 水泥浆液拌制

水泥采用P.O42.5罐装水泥（水泥罐存储量40T），后台搭设水泥浆液制作平台，搅拌机制浆，浆液拌制采用电子秤量控制水泥重量与水的重量，符合设计要求的指标，并在浆桶上做好标记，并作好灌浆记录。 3.3.7 高压摆喷施工

在下钻过程中，由于沙体对钻杆摩擦较大，沙体容易塌孔，故开启约10MPa压力的高压水，使钻杆在下钻过程中形成一定桩径，有利于钻杆顺利下沉。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

当钻头到达设计桩底标高后，调节好摆喷、喷嘴的方向（摆角中心线与围堰中心线一致），安放好限位器使旋转运动变为摆动。开启高压泥浆泵和空压机，按照规定参数进行原位喷射，当浆液返出孔口，情况正常后开始向上提升摆动提喷。为减少槽内浮浆量，考虑到上部分水压较低，3.0m高程以上部分摆喷提升速度增大到20cm/min。 3.3.8 高压旋喷施工

摆喷完成后，将钻杆顶部摆角限位器解锁，使钻杆恢复旋转运动，在摆喷孔位处进行旋喷施工，钻杆下钻过程中将浆压降至10MPa左右，并停止供气，当钻头下沉到设计桩底标高后，调整浆压和气压至规定值，在孔底旋停定喷30s后开始向上提升钻杆，钻杆的提升速度控制在20cm/min，钻杆的旋转速度控制在16r/min。为减少槽内浮浆量，考虑到上部分水压较低，3.0m高程以上部分停止喷浆，由孔口水泥浆及时回灌。 3.4 施工设备及人员配置 3.4.1 主要施工设备

本工程高压喷射设备配备情况如表4所示。 3.4.2 施工人员配置

施工人员配置情况如表5所示。 4 主要控制重点和难点 4.1 技术方面

①在施工前由项目总工组织编制防渗墙施工方案，并向现场管理人员有班组长进行技术交底，同时对作业人员进行培训。②施工前对机械设备进行检测，确保能正常运行，并安排专人对设备进行维护保养，减少施工过程中由于设备故障而造成的质量问题。设备由专人负责操作，上岗前必须检查设备的性能，确保设备运转正常。③测量人员进行布网设控，并进行交底，随时进行较核，以确保桩距、桩深及孔斜等符合设计要求。④严格控制注浆压力，且注浆必须均匀连续，不允许发生断浆现象；水泥浆液应严格按配合比制作，随时检查水泥浆的比重，浆液不能发生离析，超过2h不用的浆液必须废弃，为防止管路堵塞，必须加强对浆液的过滤。⑤钻杆由旋改摆时严格控制摆喷角度，控制桩机平整度及垂直度，保证墙体厚度在设计值误差允许范围之内。严格控制钻孔提升及摆动速度，使水泥浆液与土均匀充分混合。 4.2 质量方面

①施工中断处理：在施工中，由于机械设备、供电、材料供应等原因，不可避免的造成较长时间的中断，中断时首先应及时通知操作人员，并作好记录。恢复施工时，应将钻头下沉至

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

停浆面以下0.5m位置进行复喷，并定喷10～20s后再向上提喷。如停机时间超过12h，则在原桩位旁边增加一排（四个）旋喷桩进行搭接处理，搭接型式如图10所示。搭接厚度不足或发现漏桩、斜孔时均可采用旋喷桩进行补救处理。 图10 停机超进旋喷桩处理示意图

②成品保护：在防渗墙高喷作业时，由于高压作用，水泥浆液会从孔口处喷出，对周围已完结构工程造成污染，因此，在高喷作业区30m范围内采用土工布或油布对结构进行覆盖。 4.3 安全方面

①施工现场作业人员必须正确佩戴安全帽，登高作业时系好安全带、安全绳，配带防滑手套及防滑鞋。②冬季施工寒潮频发，高喷施工必须做好充分的抗风措施，增设缆风绳固定桩机架体，防止钻机倾倒。③严格按照施工用电规定布置用电设备，配备专业电工，检查和维护用电线路情况。夜间施工要确保照明亮度，严防疲劳操作设备。 4.4 交通运输方面

本工程配备3台高压喷射桩机，桩机占用了堤顶道路，为保证水泥能够运至各水泥罐，利用围堤外侧灌砌块石平台作为临时道路，在水泥运输过程中严格控制汽车载重不大于35t，避免平台结构被损坏。 5 施工效果

在围堤防渗墙施工过程中，采用围井的检测方式验证防渗效果，本标段北堤和东堤各设一个围井，结构型式如图11所示。 图11 防渗墙围井结构示意图

围井试验采用围井渗透试验、单桩钻孔取芯、芯样抗压试验、浅层开挖量测等方法检测，芯样如图12所示，检测结果如表6所示。

通过围井试验检测，高压摆喷+旋喷防渗墙施工效果良好，优化后的施工技术参数可靠，各项指标均能满足设计要求。在施工过程中没有出现一起安全和质量事故，保质保量完成防渗墙施工任务。 6 结论及建议

高压摆喷+旋喷工艺在太仓市应急水源地围堤1标段防渗墙工程中应用取得了良好的效果，各项指标均满足设计要求，确保了围堤的安全和质量。建议如下：①为保证高喷成墙效果，钻杆由旋喷改摆喷时严格控制摆角方向。②配备备用电源，以便当突发事故停机时，启动

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

应急电源，及时取出钻杆。③在有条件的情况下，采用高压供电，不用柴油发电机供电，以节约成本。④取芯钻孔时要确保钻机垂直度，避免斜度偏差较大影响取芯成果。取芯后采用压密注浆及时进行回灌。 参考文献：

[1]陶飞冬.高压摆喷灌浆技术在某取水工程中的应用[J].黑龙江水利科技，2013（09）. [2]刘勇.高压摆喷式围堰设计与施工技术[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2005（03）. [3]陈杰刚.高压旋喷扩底桩的承载机理及其工程应用[D].湖南大学，2009.