高壓擺噴注漿截滲墻施工技術研究

孫 根 江，　張 衛(wèi) 華，　朱 毓 杰

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第七支隊，湖北 武漢　430200；2.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都　611130)

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高壓擺噴注漿截滲墻施工技術研究

孫 根 江1，張 衛(wèi) 華1，朱 毓 杰2

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第七支隊，湖北 武漢430200；2.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都611130)

高壓噴射灌漿技術是通過在地層中的鉆孔內下入噴射管，用高速射流(水、漿液或空氣)直接沖擊、切割、破壞、剝蝕原地基材料，將受到破壞、擾動后的土石料與同時灌注的水泥漿或其它漿液發(fā)生充分的摻攪混合、充填擠壓、移動包裹至凝結硬化，構成堅固的凝結體后成為結構較密實、強度較高、有足夠防滲性能的構筑物，以滿足工程需要的一種技術措施。對南水北調輝縣一標高壓擺噴注漿截滲墻施工方案和工藝進行了研究、探討。

高壓擺噴;截滲墻；研究；南水北調輝縣一標

1　工程概述

南水北調輝縣一標位于河南省輝縣市，設計樁號為Ⅳ66+960～Ⅳ72+000，標段長度為5.04 km，標段內共有各種建筑物7 座，其中:河渠交叉建筑1座，退水閘1座，左排水渡槽1座，公路橋6座，生產橋1 座。設計流量為260 m3/s，加大流量為310 m3/s。設計水位高程為102.961～98.939 m。渠道過水斷面呈梯形，設計底寬為25～14.5 m，堤頂寬5 m。渠道邊坡系數為2.25～0.4，設計縱坡為1/20 000～1/28 000。高壓擺噴注漿截滲墻灌漿孔沿南水北調中線總干渠左、右岸防護堤基底中心線布置，灌漿段總長2.105 m(即樁號68+000～70+105段)。

2　施工方案

2.1試驗孔布置

為選擇具有代表性的地層，分別在其上游、中游、下游選取了三個試驗區(qū)進行試驗。遵循試驗區(qū)域布置在較薄弱地層的原則，依據地質單位提供的渠道地質縱剖面圖，結合已開挖渠道邊坡地質揭露情況綜合分析后，確定了三個具有代表性的區(qū)域：Ⅰ區(qū)布置在左岸上游，Ⅱ區(qū)布置在左岸下游，Ⅲ區(qū)布置在右岸中游。

Ⅰ區(qū)：根據渠道開挖揭露及先導孔鉆探得知其為黃土狀壤土，相對較厚，中間夾有砂卵石層，砂卵石層層厚約2～4 m，粒徑一般為3～60 mm。

第一組：孔距1.2 m，擺噴對接。

第二組：孔距1.5 m，擺噴對接。

Ⅱ區(qū)：黃土狀壤土，相對較薄，砂卵石頂部高程位于渠道正常水位之上，分布高程為99～106 m，層厚約7～8 m。砂卵石層粒徑一般為10～150 mm，局部存在粒徑為60～100 cm的漂石。

2.2擺噴灌漿設計施工參數

(1)技術要求。

①擺噴灌漿孔單排布置，孔間距初定為1 m，且不宜大于1.5 m；

②灌漿前先進行灌漿試驗，以進一步調整灌漿壓力、孔排距、灌漿材料及其他灌漿參數；

③灌漿后截滲墻的滲透系數要求不大于1×10-4cm/s；

④灌漿完成后，應在灌漿體薄弱部位鉆孔檢測滲透系數，抽檢孔數應不小于總孔數的5%，滲透系數不合格者需進行補灌。

(2)擺噴灌漿試驗采用三管法施工，設計要求其灌漿壓力應大于20 MPa。根據《水電水利工程高壓噴射灌漿技術規(guī)程》(DL/T 5200-2004)并參考國內相關工程經驗，為便于科學分析試驗成果，試驗參數以噴水壓力、提升速度、擺噴次數變化為主，漿液配比、氣漿壓力和流量、噴嘴直徑、擺角等相對不變。每種孔距確定2組試驗參數，每組21個孔，共6組，試驗孔總數為126個。

(3)擺噴灌漿試驗采用單排兩序對接布孔，試驗方案以孔距劃分為三種：孔距分別為1 m、

1.2 m、1.5 m(灌漿Ⅰ序孔中心間距分別為2 m、2.4 m、3 m，Ⅱ序孔中心間距亦分別為2 m、2.4 m、3 m)。三種試驗方案如下：

方案一：孔距1 m，試驗參數見表1。

表1　試驗參數表

方案二：孔距1.2 m，試驗參數見表2。

表2　試驗參數表

方案三：孔距1.5 m，試驗參數見表3。

2.3工藝流程

(1)擺噴孔定位：在灌漿孔軸線上按試驗確定的3種孔間距進行放線定位，各孔統(tǒng)一編號，孔位樁打入地面0.2 m并妥善保護。

表3　試驗參數表

(2)鉆孔：該工程采用SG-150和GJ-200地質鉆機及XY-2G型回轉鉆機造孔。鉆孔前將鉆機放置水平，鉆進過程中應隨時用水平尺檢查鉆機水平狀況，用鉛錘檢查鉆孔垂直度；鉆孔孔位與設計偏差不得大于50 mm，鉆孔的有效深度大于設計墻底深度0.3 m,灌漿孔深度除滿足設計要求外，根據鉆孔地質情況，還應深入相對不透水層1.5 m。鉆孔過程中應做好記錄并繪制鉆孔柱狀圖。

(3)水泥漿制備：施工前，測定水泥漿比重，實測出攪拌筒直徑和有效深度，計算每筒的理論用水量、水泥用量，將每筒用水量理論位置用油漆標記在筒內壁上。依次加入水、水泥，攪拌時間不得少于4 min。水泥漿放入儲漿筒前要經過濾篩并及時將水泥硬塊剔出。在儲漿筒內設置攪拌裝置，確保水泥漿在使用前不離析、不沉淀。

(4)灌漿：將高噴臺車精確就位，先在孔外試噴，待各項指標正常時，將噴射管下到孔底。對漿液中的各項指標進行檢測，合格后啟動高壓水泵、空壓機、攪拌機、泥漿泵等配套設備，將各項工藝參數調整到試驗方案確定的參數后開始噴射，待孔口返漿后按方案確定后的速度開始提升，先送高壓水，再送水泥漿和壓縮空氣(一般情況下，壓縮空氣可遲送30 s)。之后原位靜噴1～3 min，待達到預定的噴射壓力和噴漿量且孔口冒出漿液后，再按方案確定的提升速度、擺動次數、擺角，自下而上進行噴射作業(yè)，提升至設計高度后方可停送水、氣、漿，提出噴射管。噴射過程中，必須時刻注意檢查漿液的流量、壓力、氣量以及擺角和擺動次數及提升速度等參數是否符合試驗要求并隨時做好記錄。

(5)回灌：待噴射管提到設計高程后噴射灌漿結束，然后向孔內不斷灌入符合質量要求的水泥漿，直到漿液不再下沉為止。

(6)棄漿排放：舍棄的漿液排放至指定地點。

(7)其他操作工藝：

①下管前準確確定噴射方向和擺動角度，確保擺噴墻體的有效連接。

②下管時采取換低壓送水、氣、漿等方法，防止噴嘴堵塞。

③嚴把“冒漿”關口，冒漿不正?；虿幻皾{時不能提升。

④噴射時嚴密監(jiān)視各系統(tǒng)的運轉情況，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

⑤接、卸換管時要迅速，防止坍孔和堵塞。

⑥噴射過程中，接、卸換管及事故處理后再下管時要比原停噴高度下落50 cm以上，以使板墻上、下連貫。

⑦深層噴射時，為防止注漿管的扭斷或埋管，在噴漿開始時即轉動和提升。

⑧施工結束、立即拔出注漿管，徹底清洗注漿管路以防堵塞。

3　擺噴灌漿效果檢查

3.1鉆孔注水檢查

完成擺噴灌漿試驗35 d后對擺噴板墻的對接處進行了注水試驗，按《水利水電工程注水試驗規(guī)程》(SL345-2007)公式5.3.3計算截滲墻滲透系數。

式中r為鉆孔半徑，cm；l為試段長度，cm；K為試驗巖土層的滲透系數，cm/s；Q為注入流量，L/min；H為試驗水頭，cm，為試驗水位與地下水位之差。

3.2注水試驗成果表

注水試驗成果統(tǒng)計匯總情況見表4。

表4　注水試驗成果匯總統(tǒng)計表

根據上述注水試驗成果數據判定：(1)位于壤土層內的截滲墻三種孔間距的注水試驗孔滲透系數均能滿足設計要求；(2)卵石層內的截滲墻孔間距為1.2 m的6個注水試驗孔中只有1個滲透系數能滿足設計要求；1.5 m間距的截滲墻滲透系數全部不合格，全部不能滿足設計要求；灌漿孔1 m間距的截滲墻滲透系數全部小于設計要求1×10-4cm/s，截滲質量滿足設計要求。

4　效果評價

質量檢查結果以及開挖揭露的情況表明：壤土層試驗孔擺噴搭接情況良好，卵石層沒有很明顯的搭接。根據注水試驗結果，孔間距1.5 m的試驗孔完全不能滿足設計要求，卵石層內6個注水段全部不合格；孔間距1.2 m的試驗孔個別孔勉強滿足要求，卵石層內6個注水段僅有1段合格；只有孔間距1 m的試驗孔能完全滿足設計要求，卵石層內6個注水段全部合格。

5　結　語

(1)灌漿技術在粘礫多層結構基礎做防滲處理技術上可行，施工質量和處理效果較好；

(2)灌漿技術的關鍵是孔距和灌漿壓力的選擇與控制、漿材配比和灌漿工藝的選擇；

(3)灌漿參數的選擇需切合實際問題，只有通過現(xiàn)場試驗才能切實確定；

(4)為確保工程質量，加強截滲效果，在卵石層較厚、相對較集中的渠段按雙排灌漿孔布置，能夠取得較好的效果。

(責任編輯：李燕輝)

2016-07-12

TV52;TV543;TV7;TV51

B

1001-2184(2016)04-0024-03

孫根江(1983-)，男，河北衡水人，工程師，學士，從事水電工程施工技術與管理工作；

張衛(wèi)華(1976-),男，河北衡水人，工程師，在讀碩士研究生，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

朱毓杰(1986-)，男，吉林榆樹人，工程師，學士，從事水利水電工程建設技術與管理工作.

[1]曹豐.建筑施工技術[M].鄭州：鄭州大學出版社，2007.

[2]魏濤，李珍.三峽工程化學灌漿技術[M].武漢：長江出版社,2008.