摘 要:高壓旋噴灌漿是利用高壓設(shè)備將主固化劑的漿液噴射進(jìn)土體并沖擊破壞土體,漿液與土攪拌混合,經(jīng)一定時(shí)間的凝固,便在土體中形成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B能力的固結(jié)體。文章著重闡述了三重管法進(jìn)行高壓旋噴灌漿的工藝流程和試驗(yàn)效果。
關(guān)鍵詞:高壓旋噴灌漿;防滲墻;Ⅰ序孔;Ⅱ序孔
  1 工程概況
  文子水庫(kù)位于福建省仙游縣楓亭鎮(zhèn)九社村,距仙游縣城約25km, 是一座以灌溉為主,結(jié)合防洪、供水、發(fā)電的多年調(diào)節(jié)。ㄒ唬┬退畮(kù)。樞紐工程由攔河壩、發(fā)電廠房、放水系統(tǒng)、溢洪道等建筑物組成,水庫(kù)總庫(kù)容463萬m3,興利庫(kù)容400萬m3。大壩為粘土心墻土石壩,壩頂實(shí)際高程124.5m,壩頂全長(zhǎng)251.0m,最大壩高31.5m,壩頂寬度5.0m,上游設(shè)防浪墻,墻頂高程125.7m。
  水庫(kù)運(yùn)行至今50多年,在各種因素作用下,建筑物逐漸遭受到不同程度的損壞,雖然歷年都有對(duì)工程進(jìn)行一定程度的維護(hù),但受資金限制,工程仍存在著安全隱患。1962-2010年,水庫(kù)水位較高時(shí),大壩發(fā)生背水坡漏水呈射流狀、漏水呈壩坡大面積濕軟、塌洞等較大險(xiǎn)情有8次。針對(duì)此類滲漏進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案比選后,決定采用高壓旋噴灌漿解決因白蟻路貫通發(fā)育及大壩壩體填筑不密實(shí)造成的滲漏問題。
  2 高噴灌漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
  為保證高壓噴射灌漿施工的順利進(jìn)行,確保工程質(zhì)量,檢查高噴灌漿工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性、成墻的可靠性,在地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段,用選定的配合比進(jìn)行高壓噴射灌漿工藝試驗(yàn)。通過試驗(yàn)確定樁距、孔深、漿液性能、噴射流量、壓力、提升速度等工藝參數(shù),F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用正方形圍井布置,完工7天后,對(duì)圍井進(jìn)行注水試驗(yàn),測(cè)出圍井的滲透參數(shù),與灌漿前的注水試驗(yàn)成果對(duì)比之后,相應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)。
  3 高噴灌漿施工
  3.1 技術(shù)原理
  高壓旋噴灌漿就是利用工程鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)處理的深度后,通過安裝在鉆桿(噴桿)桿端、置于孔底的特殊噴嘴,以高壓設(shè)備向周圍土體高壓噴射固化漿液(一般使用水泥漿液),同時(shí)鉆桿(噴桿)以一定的速度邊旋轉(zhuǎn)邊提升,利用高壓水形成高速噴射流束,沖擊、切割、破碎地層土體,并強(qiáng)制與固化漿液混合,凝固后便在土體中形成具有一定性能和斷面的固結(jié)體。
  3.2高噴灌漿施工工藝流程
  3.3施工機(jī)械配置
  高壓旋噴灌漿施工采用三管法,主要機(jī)械設(shè)備見表2。
  設(shè)備名稱 型號(hào)規(guī)格 功率(KW) 數(shù)量(臺(tái))
  地質(zhì)鉆機(jī) XY-2 22 2
  高噴臺(tái)車 GS500—4 20 1
  高壓泥漿泵 BW—150 95 1
  泥漿攪拌機(jī) WJG-80 17 1
  空壓機(jī) VHP750 40 2
  高壓水泵 HSZ-Ⅱ 55 2
  制漿機(jī) NJ-600 20 2
  灌漿泵 HB80/10 15 2
  3.4主要施工方法
  3.4.1測(cè)量放樣
  在壩軸線上游1.0m 位置,用全站儀精確確定控制點(diǎn),沿相鄰兩個(gè)控制點(diǎn)確定高壓旋噴灌漿軸線方向,再用精制鋼卷尺按照設(shè)計(jì)的孔距分別放出先導(dǎo)孔、Ⅰ序孔、Ⅱ序孔的中心點(diǎn),并做好標(biāo)記。
  3.4.2先導(dǎo)孔施工
  為確切掌握壩基地質(zhì)情況,確定鉆孔和成墻深度,采取每30m打一個(gè)先導(dǎo)孔,取出基巖巖芯,核對(duì)地層,描繪地質(zhì)柱狀圖,兩個(gè)相鄰先導(dǎo)孔的孔底連線即為高噴防滲墻的墻底。
  3.4.3Ⅰ序孔鉆孔
  高壓旋噴灌漿分兩序施工,先施工Ⅰ序孔,再施工Ⅱ序孔。鉆孔孔距1.5m,孔徑130mm,鉆孔偏斜率<0.5%。鉆機(jī)就位后,用水平尺校正機(jī)身,使鉆桿軸線垂直對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心位置,孔位偏差<50mm。在下噴管前應(yīng)對(duì)鉆孔進(jìn)行測(cè)斜,確保開孔符合設(shè)計(jì)要求;鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)偏斜及時(shí)糾斜,即在發(fā)現(xiàn)偏斜超過設(shè)計(jì)值時(shí),采用加超徑管、跳級(jí)換徑、孔底埋管等方法進(jìn)行糾斜處理。經(jīng)處理重測(cè)偏斜合格后,方可續(xù)鉆。一般采用正循環(huán)輕壓、慢轉(zhuǎn)、中等漿量鉆進(jìn),泥漿護(hù)壁成孔,并一徑到底。為保證成孔質(zhì)量和孔壁穩(wěn)定,適當(dāng)調(diào)整泥漿漿液,控制濃度和黏度,防止縮徑和坍孔。對(duì)遇到地下有砂性土或壤土層,出現(xiàn)坍孔時(shí),加大泥漿回填,填滿后繼續(xù)鉆孔。
  3.4.4Ⅰ序孔高噴灌漿
  3.4.4.1下噴射管
  下放噴射管之前,先在地面上進(jìn)行試噴試驗(yàn),檢查機(jī)械及管路運(yùn)行情況,并調(diào)整好噴射方向和旋轉(zhuǎn)速度,檢查水氣嘴是否暢通,壓力等各項(xiàng)指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。下管時(shí),為防止泥砂堵塞噴嘴,可邊射水邊插管,水壓不超過1MPa,以防孔壁被射塌。當(dāng)噴管下至設(shè)計(jì)孔底深度時(shí)(下入孔底的深度與實(shí)際鉆孔深度差值不得>0.1m),通知質(zhì)檢人員到場(chǎng)檢查,確認(rèn)具備灌漿條件后方可開噴。
  3.4.4.2水泥漿液
  采用32.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥,制漿采用兩級(jí)攪拌,一級(jí)攪拌12min后,經(jīng)過濾放入二級(jí)攪拌機(jī),邊攪拌邊灌漿。漿液水灰比為1:1~0.8:1,漿液比重1.6 g/cm3—1.7 g/cm3。用比重計(jì)法檢測(cè)漿液濃度,保證漿液無顆粒、均勻穩(wěn)定、流動(dòng)性好。漿液制成后,存放時(shí)間不宜超過4h。
  在施工過程中,對(duì)含泥量較少的回漿進(jìn)行回收利用;厥諠{液先沉淀過濾后,再摻拌適量水泥,經(jīng)檢測(cè)達(dá)到設(shè)計(jì)進(jìn)漿比重及水泥比時(shí)方可使用,從而使成本得到有效的降低。
  3.4.4.3噴射灌漿
  采用三重管并列噴射。噴射灌漿必須在機(jī)長(zhǎng)的統(tǒng)一指揮下進(jìn)行,當(dāng)噴管下至設(shè)計(jì)孔底深度時(shí),依次低壓送水、送漿、送氣,按規(guī)定參數(shù)進(jìn)行原位噴射,待孔口回漿比重達(dá)到設(shè)計(jì)值后,方可開始提升噴射。噴射時(shí)采用間歇提升法,每提升300 mm,停5min。高噴灌漿全孔自下而上連續(xù)作業(yè),需要中途拆卸噴射管時(shí),搭接段應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴,復(fù)噴長(zhǎng)度不得<0.3m。高噴灌漿因供水、電、風(fēng)中斷后恢復(fù)施工時(shí),應(yīng)將噴頭下放500mm,采用重疊搭接噴射處理后,方可繼續(xù)向上提升及噴射注漿,并應(yīng)記錄中斷深度和時(shí)間。若中斷超過30min,恢復(fù)作業(yè)時(shí)搭接長(zhǎng)度應(yīng)>1.0m。停機(jī)超過3h,應(yīng)對(duì)泵體輸漿管路進(jìn)行清洗后方可繼續(xù)施工。在供漿正常情況下,孔口回漿濃度變小且不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),應(yīng)加大進(jìn)漿濃度或進(jìn)漿量。高噴灌漿過程中出現(xiàn)壓力突降或驟增、孔口回漿濃度或回漿量異常等情況時(shí),應(yīng)查明原因,及時(shí)處理。灌漿過程中采取必要的措施保證孔內(nèi)漿液上返通暢,避免造成地層劈裂或地面抬動(dòng)。灌漿施工中應(yīng)如實(shí)記錄高噴灌漿的各項(xiàng)參數(shù)、漿液材料用量、異,F(xiàn)象及處理情況等。   3.4.4.4回填封孔
  高噴灌漿至設(shè)計(jì)頂部高程后,噴頭提出孔口,繼續(xù)向孔內(nèi)注入水泥漿,保證孔內(nèi)漿面高度,保持孔內(nèi)漿柱壓力,隨沉隨補(bǔ),直到孔口漿液不再下沉為止。對(duì)局部滲漏較大的地段,可采取復(fù)噴措施。采用沿灌漿孔孔口兩側(cè)修一條深度100cm~150cm的溝槽,利用灌漿時(shí)的回漿補(bǔ)填周圍已噴孔孔口,保證灌漿孔回填及時(shí)。封孔完成后,對(duì)機(jī)具設(shè)備進(jìn)行沖洗,管內(nèi)、機(jī)內(nèi)不能殘存漿液,將噴射臺(tái)車等機(jī)具移至下一孔位,相鄰孔的作業(yè)間隔時(shí)間在12—72h范圍內(nèi)。
  3.4.5Ⅱ序孔施工
 、裥蚩赘邍姽酀{完成14天后,即可進(jìn)行Ⅱ序孔施工搭接成墻。
  3.5 施工中注意的問題
  3.5.1高噴灌漿施工中,在鉆孔和灌漿過程會(huì)出現(xiàn)塌孔、漏漿、冒漿、串孔等問題引起壓力突降或驟增、孔口回漿密度或回漿量異常等情況,必須查明原因,及時(shí)進(jìn)行處理,確保施工進(jìn)度和質(zhì)量。
  3.5.1.1塌孔
  塌孔是在成孔后,由于在鉆孔部位的地層中含砂或礫石較多時(shí),會(huì)出現(xiàn)坍塌、脫落,導(dǎo)致灌漿時(shí)噴射管無法下到設(shè)計(jì)深度。采取加大泥漿濃度或在泥漿中加入火堿、膨潤(rùn)土護(hù)壁,必要時(shí)可采用套管護(hù)壁法鉆進(jìn)。
  3.5.1.2漏漿
  漏漿是由于地層中存在砂、砂礫石或通道,主要表現(xiàn)在鉆孔或灌漿時(shí)孔口不返漿或返漿量降低。鉆孔時(shí)可采取加大泥漿濃度、泥漿中摻加細(xì)砂或向孔內(nèi)填充水玻璃等堵漏材料。灌漿時(shí)發(fā)生漏漿可采取停止噴桿提升或降低提升速度、降低噴射壓力和流量、在漿液中摻入速凝劑、加大漿液密度、灌注水泥砂漿或水泥黏土漿等措施。不論是在鉆孔還是灌漿過程中,必須待孔口返漿正常后才能正常提升鉆桿或噴桿。
  3.5.1.3冒漿
  冒漿是指在灌漿過程中漿液在壩坡、地面或庫(kù)區(qū)底部流出或噴出。采取在冒漿點(diǎn)加覆蓋、降低灌漿壓力、間斷灌漿等措施。
  3.5.1.4串孔
  串孔是指在某一孔口正常灌漿時(shí),漿液從相臨孔口返出,說明鉆孔在地下有通道相通。及時(shí)填堵被串孔,待灌漿孔高噴灌漿結(jié)束后,立即進(jìn)行被串孔的掃孔,進(jìn)行高噴灌漿或繼續(xù)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)高程。
  3.5.2凡經(jīng)特殊處理的滲漏段,待孔口返漿后均將噴射管下至原不返漿的最下位置,再進(jìn)行正常噴射(復(fù)灌),確保防滲墻墻體質(zhì)量。
  3.5.3注意高壓設(shè)備及管路系統(tǒng),其壓力和流量必須滿足設(shè)計(jì)要求。
  4 工程質(zhì)量檢查
  灌漿結(jié)束后,可采用大開挖檢查、鉆孔取芯檢查、圍井注水試驗(yàn)等方法對(duì)防滲墻體進(jìn)行質(zhì)量檢查和綜合質(zhì)量評(píng)定。
  4.1大開挖檢查
  沿墻體兩側(cè)或一側(cè)進(jìn)行開挖,挖深一般2.0-2.5m。用肉眼直觀檢查Ⅰ序、Ⅱ序孔噴射距離、銜接情況,在不同部位橫向打孔取芯檢查墻體厚度、強(qiáng)度等項(xiàng)指標(biāo)。
  4.2鉆孔取芯檢查
  高壓旋噴墻完成14天后,可在墻體上布置鉆孔取芯。檢查孔孔位布置在墻體中心線上的相鄰兩孔噴射墻體的搭接處,自上而下分段鉆孔、取芯和進(jìn)行靜水頭壓水試驗(yàn)。每個(gè)單元工程可布置1個(gè)檢查孔。從取芯情況看,壩基粉土、黏土、粉土質(zhì)砂、中粗砂、細(xì)礫段抽芯芯樣較完整,水泥膠結(jié)較好,芯樣抗壓強(qiáng)度一般在12MPa以上。
  4.3圍井注水試驗(yàn)
  在高壓旋噴墻完成7天后進(jìn)行,圍井宜布置在地層復(fù)雜、漏漿嚴(yán)重或可能存在質(zhì)量缺陷等部位,以高壓旋噴墻為一側(cè)井壁,進(jìn)行布孔和灌漿形成井型封閉式墻體,并對(duì)井底進(jìn)行封閉,在圍井內(nèi)鉆孔進(jìn)行注水或抽水試驗(yàn)。圍井各面墻體軸線圍成的平面面積,砂土、粉土層中不小于3.0m2,礫石、卵石層中不小于4.5m2。測(cè)得注水試驗(yàn)滲透系數(shù)在6.22×10-7cm/s— 2.78×10-6cm/s,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
  結(jié)語(yǔ)
  高壓旋噴灌漿技術(shù)在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中得到了很好的應(yīng)用,它具有施工速度快、施工條件要求低、固結(jié)體強(qiáng)度大且耐久性好、工程造價(jià)適中等優(yōu)點(diǎn),隨著這項(xiàng)技術(shù)逐步成熟,必將在更多的防滲工程中推廣和使用。
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