高壓噴射灌漿技術(shù)在堰基防滲中的施工控制淺析

田 波

摘要堰基的防滲處理是水利施工工程中尤為重要的環(huán)節(jié),當(dāng)基礎(chǔ)土質(zhì)較差,滲透性較強(qiáng)時(shí),在水流的作用下對(duì)基礎(chǔ)的危害很大。本文重點(diǎn)介紹高壓噴射灌漿施工工藝及施工控制。

關(guān)鍵詞高壓噴射灌漿堰基

中圖分類(lèi)號(hào):TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

高壓噴射灌漿基本原理是借助于高壓射流沖擊、破壞被灌地層結(jié)構(gòu),同時(shí)灌入水泥漿或混合漿,使?jié){液與被灌地層顆粒摻混,形成符合設(shè)計(jì)要求的凝結(jié)體,借以達(dá)到加固地基和防滲的目的。高壓噴射灌漿技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì):(1)可灌性好;(2)可控性好;(3)連接可靠;(4)機(jī)動(dòng)靈活;(5)適應(yīng)地層廣、深度較大;(6)對(duì)施工場(chǎng)地要求不高。

1 高壓噴射灌漿技術(shù)的工藝原理

1.1 沖切摻攪作用

高噴技術(shù)主要是借助于高壓射流,通過(guò)沖擊切割和強(qiáng)烈擾動(dòng),使?jié){液在射流作用范圍內(nèi)擴(kuò)散、充填周?chē)翆?并與土石粒摻混攪合,硬化后形成凝結(jié)體,從而改變?cè)貙咏Y(jié)構(gòu)和組成,借以達(dá)到防滲或提高承載力的目的。高噴凝結(jié)體是多種因素綜合作用的結(jié)果,高壓射流對(duì)地層結(jié)構(gòu)的影響范圍,取決于比能值E的大小,其表達(dá)式為:

E=PQ/100V

E--每米旋噴柱耗用的能量MJ/m;

P--噴射灌漿壓力Map;

Q--射流漿量L/min;

V--提升速度cm/min。

E值大,旋噴柱的直徑大,一般選用50～70cm直徑較好,但最終應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)高噴試驗(yàn)確定。

1.2 升揚(yáng)、轉(zhuǎn)換作用

高噴施工時(shí),水、氣、漿由噴嘴中噴出,壓縮空氣除能對(duì)水或漿液構(gòu)成外包氣層,使水或漿液射流能透入地層較遠(yuǎn)距離并維持較大壓力破碎地層結(jié)構(gòu)外,還可產(chǎn)生升揚(yáng)作用,漿經(jīng)射流沖擊切削后的土石碎屑和地層中細(xì)粒,由孔壁和噴射桿的環(huán)狀間隙中升揚(yáng)帶出孔外,空余部位由漿液替代。

1.3 擠壓、滲透作用

高噴射流強(qiáng)度隨射流距離的增加而較快地衰減至射流束末端,雖能再?zèng)_切地層,但對(duì)地層仍產(chǎn)生擠壓作用。高噴灌泵技術(shù)有單管法、雙管法、三管法。用水管、氣管、漿管同軸布設(shè)組成噴射桿,桿底部設(shè)置有噴嘴,氣、水噴嘴在上,漿液噴嘴在下,高噴時(shí),隨著噴射桿的旋轉(zhuǎn)和提升,先是高壓水和氣的射流沖擊擾動(dòng)地層土體,呈翻滾松散狀態(tài),隨后以低壓注入濃漿摻混攪拌,硬化后形成凝結(jié)體。

1.4 位移握裹作用

地層中較小的塊石,由于噴射能量大,輔以升揚(yáng)、轉(zhuǎn)換作用,最終漿液可填滿塊石四周的空隙并將其握裹,遇到大的塊石或在塊石集中區(qū),應(yīng)降低提升速度,提高比能值。在高壓噴射擠壓余壓滲透等綜合作用下,產(chǎn)生握裹凝結(jié)作用,形成連續(xù)密實(shí)的凝結(jié)體。

2 高噴灌漿施工工藝流程

高壓噴射灌漿施工主要工藝流程如下: 測(cè)量放線→鉆孔施工→終孔驗(yàn)收→噴機(jī)就位→地面試噴定向→下噴管→噴射提升→結(jié)束移機(jī)→孔口補(bǔ)漿→墻體質(zhì)量檢查。以某工程為例,該工程高壓噴射灌漿施工分二序進(jìn)行,間隔成孔,間隔高壓噴射,具體施工工藝如下。

2.1 布孔放樣

按照設(shè)計(jì)圖紙要求,放出高壓噴射防滲墻施工軸線,并在軸線拐點(diǎn)處設(shè)置固定樁,間隔25m左右布設(shè)控制樁,按設(shè)計(jì)孔距放出每個(gè)高噴孔孔位,并打人編號(hào)的木樁。

2.2 鉆孔

高噴作業(yè)采用兩臺(tái)XP-30型高噴樁機(jī)直接成孔,鉆孔作業(yè)分左右兩個(gè)工作面分兩序進(jìn)行。鉆孔進(jìn)人堤基深度樁基垂直度符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,逐孔進(jìn)行垂直度檢測(cè),保證成孔質(zhì)量。

2.3 制漿

高噴灌漿所用水泥為425“早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥,制漿采用內(nèi)河水。各機(jī)組均配備婆美式比重計(jì),制漿過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行漿液密度檢測(cè)。

2.4 高噴灌漿

(1)下噴射管。鉆孔驗(yàn)收、高噴臺(tái)車(chē)就位并對(duì)準(zhǔn)孔口后,為了直觀檢查高壓系統(tǒng)的完好性,首先進(jìn)行地面試噴。同時(shí),通過(guò)調(diào)整液壓轉(zhuǎn)盤(pán)的角度,使高壓噴射流對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)軸線方向,經(jīng)過(guò)質(zhì)檢員的校核,各項(xiàng)工藝參數(shù)均達(dá)到要求后,再下噴射管。

(2)噴射提升。噴射管下到設(shè)計(jì)深度后,拌制符合要求的水泥漿液開(kāi)噴。待各壓力參數(shù)和流量參數(shù)均達(dá)到要求,且孔口已返出密度達(dá)到要求的漿液時(shí),開(kāi)始按照既定的提升速度進(jìn)行噴射灌漿。

(3) 回灌。噴射結(jié)束后,立刻在孔口進(jìn)行靜壓注漿至漿面不再下降,而后再采用下一孔噴射時(shí)的孔口回漿進(jìn)行自流回灌充填,非連續(xù)施工時(shí)則采用新鮮漿液進(jìn)行回(下轉(zhuǎn)第141頁(yè))(上接第139頁(yè))灌,安排專(zhuān)人對(duì)每個(gè)高噴孔及時(shí)進(jìn)行回灌。

3 高壓噴射灌漿技術(shù)在堰基防滲施工中的控制措施

3.1 孔內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿

采取以下措施進(jìn)行處理:(1)降低噴射管提升速度或停止提升;(2)降低噴水壓力、流量進(jìn)行原地灌漿;(3)噴射水流中摻加速凝劑;(4)加大漿液密度或灌注水泥砂漿、水泥黏土漿;(5)向孔內(nèi)沖填砂、土等堵漏材料。

在富水地層,宜適當(dāng)減小風(fēng)量或降低風(fēng)壓。如高噴灌漿發(fā)生串漿,則首先填堵被串孔,繼續(xù)串漿孔的高噴灌漿;待其結(jié)束后,盡快進(jìn)行被串孔的掃孔、噴射或繼續(xù)鉆進(jìn)。高噴灌漿因故中斷后恢復(fù)施工時(shí),重復(fù)高噴灌漿長(zhǎng)度不少于0.50m;停機(jī)超過(guò)3h應(yīng)對(duì)泵體輸漿管路進(jìn)行清洗后方可繼續(xù)施工。

3.2 防滲質(zhì)量檢測(cè)

(1)防滲墻的滲透性。灌漿施工結(jié)束待防滲墻體凝固30d后,將550m的灌漿壩段分為4個(gè)檢查段,在這4處設(shè)置防滲檢查試驗(yàn)圍井,用注水試驗(yàn)測(cè)定封閉圍井的滲透性來(lái)判斷防滲墻質(zhì)量。從試驗(yàn)結(jié)果看,防滲墻質(zhì)量均達(dá)到優(yōu)或良。(2)防滲墻的連續(xù)性及厚度。施工結(jié)束30 天后,采用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)防滲墻的連續(xù)性和厚度進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)計(jì)要求防滲墻體平均厚度20cm,地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)表明,高噴防滲體形態(tài)為東西雙向齒形,平均厚度37cm,最大厚度74cm,最小厚度16cm,防滲墻體東西方向上連續(xù)性好,垂向深度上較連續(xù)。(3)防滲墻體結(jié)石體的強(qiáng)度。分別在檢查段之間防滲墻交叉接觸位置布置檢查孔,在檢查孔的中部取樣品做物理力學(xué)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,防滲墻的抗壓強(qiáng)度為0.776MPa～5.07MPa,彈性模量2.20?03MPa～17?03MPa,符合設(shè)計(jì)要求。

總之,高壓噴射灌漿運(yùn)用于堰基防滲,實(shí)踐證明是經(jīng)濟(jì)合理的,跟傳統(tǒng)施工方法相比,不僅大大縮短了工期,而且作業(yè)面小,工序簡(jiǎn)潔明了,能夠保證質(zhì)量,在堰基防滲工程中應(yīng)廣泛推廣。