高噴灌漿在河道堤防防滲加固中的應(yīng)用分析

■桂麗君 ■江西省鄱陽(yáng)縣河道堤防管理局，江西 鄱陽(yáng) 333100

1 研究背景及加固方案

1．1 工程背景

以下主要以京杭大運(yùn)河無(wú)錫段的河道堤防情況進(jìn)行研究分析，該河段斜穿過(guò)無(wú)錫市，其河道等級(jí)屬于三級(jí)航道，堤防等級(jí)為一級(jí)，河道堤防加固工程等別為2等，其設(shè)計(jì)堤防水位為5．12m，校核水位為5．17m。

該河段工程所在地的河道駁岸主要是經(jīng)過(guò)多次加高加固形成的，其堤后的地勢(shì)較為低平，平均高程為4．0～4．5m，但是基本上每年在汛期時(shí)的水位都能達(dá)到5．0m。由于在汛期時(shí)，該運(yùn)河河段的水位長(zhǎng)期高于堤后地面，所以該地區(qū)的防洪主要依賴于堤防防洪墻，在近年來(lái)堤防防洪壓力不斷增加的情況下，堤防基礎(chǔ)的抗?jié)B透能力逐漸呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，如果在汛期內(nèi)產(chǎn)生較大的險(xiǎn)情，勢(shì)必會(huì)造成堤防的垮塌，其產(chǎn)生的河水倒灌給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)的損失是不可估量的。

1．2 加固方案及優(yōu)勢(shì)

在對(duì)國(guó)內(nèi)外堤防加固工程處理經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和對(duì)該河段工程施工具體情況分析的基礎(chǔ)上，決定其采用高壓旋噴灌漿技術(shù)進(jìn)行施工作業(yè)，其主要優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn):

(1)使用范圍廣。高噴灌漿技術(shù)的全套設(shè)備機(jī)構(gòu)相對(duì)較為緊湊，并且由于其體積較小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，能夠在更為餓惡劣的工程條件下進(jìn)行施工，并且能夠根據(jù)工程施工的不確定需要進(jìn)行加固范圍控制。

(2)固結(jié)體形態(tài)可控性強(qiáng)。通常情況下為了滿足工程建設(shè)需要，進(jìn)行高噴灌漿的過(guò)程中可以通過(guò)調(diào)整旋轉(zhuǎn)、提升速度、增減壓力以及更換灌漿噴嘴等形式使灌漿流量發(fā)生相應(yīng)的變化，最終使凝結(jié)體形成不同形態(tài)的圓柱體、扇狀以及其他需要的不同形態(tài)。

(3)噴射方式多樣。高噴灌漿的噴射方式可以進(jìn)行多樣選擇，具體有傾斜噴射、水平噴射和密集噴射三種形式，針對(duì)不同的工程情況可以選用其適合的方式。

(4)經(jīng)濟(jì)性高。在進(jìn)行高噴灌漿時(shí)所采用的漿液原材料主要為水泥，特殊情況會(huì)使用到其他化學(xué)材料以及外加劑，且噴射過(guò)程中冒出地面的漿液在沉淀、除砂以及析出和過(guò)濾后可以進(jìn)行部分回收再利用，具有較高的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

1．3 灌漿參數(shù)的確定

在進(jìn)行該工程灌漿參數(shù)的選取是，參考以往類似工程的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選取，具體的施工參數(shù)在施工階段進(jìn)行確定，同時(shí)為了確保施工階段的水泥漿灌入量，初步選定壓縮空氣氣壓0．7MPa，進(jìn)氣量為1－3m3/min，水泥漿漿壓30MPa，進(jìn)漿量控制在50—200L/min，提升速度為5—10cm/min，旋轉(zhuǎn)速度和噴嘴直徑分別為10－20r/min和2．0mm。

2 高噴灌漿的主要類型

2．1 高噴灌漿的分類

當(dāng)前在水利工程建設(shè)中用到的高噴灌漿技術(shù)黨法主要有單管法、兩管法、三管法以及多管法等，在不同的水利工程地質(zhì)條件中其可以根據(jù)不同種技術(shù)方法的特點(diǎn)，選用適合工程實(shí)際的技術(shù)方法。

(1)單管法。單管法主要是利用鉆機(jī)等設(shè)備將位于灌漿管頂部側(cè)面的噴嘴置于預(yù)定的土層深度后，在高壓泥漿泵裝置的幫助作用下，采用高于20MPa的壓力在漿液的噴射作用下使原有底層破壞，與此同時(shí)借助于灌漿管的提升和旋轉(zhuǎn)作用將崩落下的土層與新噴灌的漿液進(jìn)行混合攪拌，在一定時(shí)間之后形成新的固結(jié)體。

(2)兩管法。兩管法是一種使用雙通道二重灌漿管灌漿的技術(shù)方法，其作用原理同單管法相同，是在單管法的基礎(chǔ)上加入了空氣介質(zhì)的噴流，使得噴嘴中噴射出的高壓漿液流與環(huán)繞氣流在共同作用下產(chǎn)生更大的土體破壞能力，最終在土中形成新的圓柱狀固結(jié)體。

(3)三管法。三管法是一種使用水、氣、漿三種不同介質(zhì)的灌漿方法，其與前兩種方法在作用范圍上有了更大的突破，在該中灌漿方法下形成凝結(jié)體更加連續(xù)密實(shí)，將漿壓提升到了20－40MPa，具有更大的噴射半徑，產(chǎn)生的凝結(jié)體的結(jié)石率以及強(qiáng)度有了更為明顯的提升，被廣泛應(yīng)用于含有密實(shí)充填物的大顆粒底層中。

(4)多管法。多管法高噴灌漿技術(shù)在河道堤防防滲加固中運(yùn)用時(shí)，首先需要在地面鉆出導(dǎo)孔，再將多重管置入土層中，通過(guò)噴射旋轉(zhuǎn)高壓水流破壞周圍土體，在此高壓沖擊作用下沖擊出的土和石會(huì)隨著泥漿一起從多重管中抽出。其主要是在這種反復(fù)沖、抽作用下形成較大的底層空間，最后選用合適的材料進(jìn)行填充。

3 影響高噴灌漿防滲凝結(jié)體構(gòu)筑的主要因素

3．1 水壓及水量

水壓和水量是影響凝結(jié)體形成有效長(zhǎng)度的重要因素之一，一般情況下如果增加水量和噴射壓力，可以相應(yīng)的使凝結(jié)體的有效長(zhǎng)度增加，但是水量的增加勢(shì)必會(huì)對(duì)漿液起到一定的稀釋作用，在該作用下漿液的冒出量也會(huì)隨著增加。

3．2 漿量和漿壓

在進(jìn)行高噴灌漿施工的過(guò)程中，最為重要的是應(yīng)保證噴射漿液的稠度和數(shù)量，在對(duì)含有淤泥層的河道堤防進(jìn)行防滲加固處理時(shí)應(yīng)注意相應(yīng)的增大凝結(jié)體的樁徑，采用高水壓、高漿壓的施工方法將將高噴灌漿的漿壓提升到20－40MPa，漿液的相對(duì)密度達(dá)到1．6－1．8，輸漿量應(yīng)保持在最少60L/min。

3．3 提升及旋轉(zhuǎn)速度

高噴灌漿管的提升和旋轉(zhuǎn)速度對(duì)高噴灌漿凝結(jié)體的影響主要表現(xiàn)在凝結(jié)體的均勻性、密實(shí)性以及有效長(zhǎng)度上，對(duì)于河道堤防防滲加固工程來(lái)說(shuō)，灌漿管的提升速度一般情況下應(yīng)保持在4－20cm/min，旋轉(zhuǎn)速度為5－20轉(zhuǎn)/min。

3．4 地層及顆粒粒徑

根據(jù)以往的水利工程防滲加固處理高噴灌漿施工質(zhì)量效果來(lái)看，高噴灌漿方法對(duì)于細(xì)顆粒底層較為適應(yīng)，對(duì)于具有大顆粒的砂礫石底層來(lái)說(shuō)，主要是由于水氣射流可能會(huì)造成大顆粒產(chǎn)生局移動(dòng)或者是局部松脫現(xiàn)象，但是只要選擇適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，也能夠形成較為連續(xù)的防滲凝結(jié)體。

4 河道堤防高噴灌漿防滲加固施工時(shí)的注意事項(xiàng)及質(zhì)量檢測(cè)

4．1 注意事項(xiàng)

進(jìn)行高噴灌漿施工時(shí)，鉆孔的主要目的是將高噴灌漿管置入預(yù)先制定的土層之中，從而開展自下而上的噴射作業(yè)，但是也可以采用振沖的方式成孔直接進(jìn)行噴射作業(yè)，在灌漿噴射的過(guò)程中需要對(duì)以下方面加以注意:首先如果防滲加固施工的灌漿深度較大，那么可能會(huì)造成上粗下細(xì)的凝結(jié)體，會(huì)給凝結(jié)體的承載能力和抗?jié)B作用產(chǎn)生一定的影響。所以如果灌漿深度較大，則可以采用適當(dāng)增大壓力和流量或者降低旋轉(zhuǎn)速度的方法，保證凝結(jié)體的各項(xiàng)性能能夠達(dá)到要求。其次，在漿量不足的情況下應(yīng)及時(shí)采取復(fù)噴技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，如果當(dāng)冒漿量過(guò)大且超過(guò)總灌漿量的20%時(shí)，應(yīng)采用縮小噴嘴直徑、加快提升和旋轉(zhuǎn)速度、增加噴射壓力的方法進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)救，對(duì)于冒出的漿液可以進(jìn)行回收再利用。第三，高噴灌漿的噴射壓力以及灌漿量應(yīng)根據(jù)工程需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，在灌漿噴射的過(guò)程中應(yīng)注意通過(guò)改變噴嘴移動(dòng)速度和移動(dòng)方向的方法對(duì)固結(jié)體的形狀及大小進(jìn)行控制。漿液在噴灌后可能會(huì)產(chǎn)生一定程度的析水現(xiàn)象，會(huì)造成固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，從而對(duì)地基加固和防滲處理產(chǎn)生不良影響，對(duì)于該項(xiàng)問(wèn)題可以采用靜壓灌漿或者是在漿液中添加相應(yīng)的膨脹材料等措施進(jìn)行治理。

4．2 高噴灌漿質(zhì)量檢測(cè)

河道堤防防滲加固處理中的高噴灌漿施工質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)主要從以下方面進(jìn)行:首先，在灌漿作業(yè)結(jié)束并等待漿液凝結(jié)且具有一定的強(qiáng)度時(shí)，對(duì)其進(jìn)行開挖檢查，從而對(duì)其凝結(jié)體的垂直度以及凝結(jié)形狀和凝結(jié)質(zhì)量經(jīng)檢查和確認(rèn)。其次，通過(guò)對(duì)固結(jié)體的巖芯進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)性能試驗(yàn)的方法，同時(shí)在鉆孔中開展壓水和抽水試驗(yàn)，以便對(duì)其抗?jié)B能力進(jìn)行檢驗(yàn)。第三，可以在受力部位澆筑厚度約為0．2－0．3mm的混凝土土層，在此基礎(chǔ)上開展水平靜載荷試驗(yàn)和垂直靜載荷試驗(yàn)。

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