履帶式多排鉆孔機(jī)成孔低壓力充填式灌漿施工工法

(湖北華夏水利水電股份有限公司，湖北 荊州 434000)

1 前 言

近些年，江河堤防除險(xiǎn)加固項(xiàng)目增多，主要是由于堤防經(jīng)過多年的運(yùn)行，堤身存在內(nèi)部裂縫、蟻穴、枯朽的樹根等，在防洪擋水過程中，堤壩迎水側(cè)水位上漲，滲水通過堤身縫、蟻穴等強(qiáng)透水部位，滲透壓力損失小，滲流量增大，易形成滲漏通道，發(fā)生管涌、漏洞等險(xiǎn)情。采用低壓力充填式錐探灌漿技術(shù)對(duì)堤防進(jìn)行加固，可防止此類險(xiǎn)情的發(fā)生。

低壓力充填式錐探灌漿采用打錐機(jī)錐孔，泥漿泵連接輸漿管壓漿。由于錐探灌漿處理的部位通常在迎水面堤坡及堤頂處，采用傳統(tǒng)的輪胎式錐孔機(jī)在堤身斜坡部位施工時(shí)，鉆機(jī)不易穩(wěn)定安置。在鉆孔施工過程中，機(jī)械的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生偏移或者鉆桿傾斜，成孔的孔斜率不能滿足設(shè)計(jì)要求。且傳統(tǒng)的錐孔機(jī)移動(dòng)一次只能鉆一個(gè)孔，施工效益低，移機(jī)和固定需占用大量時(shí)間。通過荊江大堤除險(xiǎn)加固項(xiàng)目和漢江堤防除險(xiǎn)加固項(xiàng)目等多項(xiàng)工程的實(shí)踐，研制出一種實(shí)用的履帶式多排鉆孔機(jī)施工設(shè)備，成功解決了傳統(tǒng)輪胎式鉆孔設(shè)備在斜坡處施工不易固定、效益低、孔斜率無法保證等技術(shù)難題。經(jīng)過兩年來在多項(xiàng)工程中的應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2 工法特點(diǎn)及適用范圍

本工法施工使用的履帶式多排鉆孔設(shè)備，與普通的錐孔機(jī)械設(shè)備相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a.多排同時(shí)成孔，施工效益高。設(shè)備移動(dòng)固定一次后能同時(shí)鉆孔4個(gè)。與普通的錐孔機(jī)械設(shè)備移動(dòng)固定一次只能鉆1個(gè)孔相比，成孔速度快、效益高，能縮短施工工期。

b.設(shè)備行走及固定方便。施工過程中設(shè)備沿著堤軸線方向在堤頂平坦道路行走，無需移動(dòng)至堤身斜坡處，不受場(chǎng)地限制，避免了斜坡處輪胎式設(shè)備不易固定等難題。

c.成孔質(zhì)量高。鉆孔的孔距按設(shè)計(jì)要求設(shè)置固定，且施工過程中不會(huì)因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)造成鉆桿傾斜，有效地保證了成孔的孔距及孔斜率等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

d.鉆孔設(shè)備加工及改造簡(jiǎn)單，制作時(shí)間較短，設(shè)備改造的成本低，非常經(jīng)濟(jì)適用。

e.設(shè)備操作簡(jiǎn)單，施工作業(yè)前只需對(duì)操作人員進(jìn)行簡(jiǎn)單的培訓(xùn)和指導(dǎo)，便可以進(jìn)行鉆孔施工。

本工法適用于各種存在鼠蟻洞穴、人為洞穴、暗溝虛縫、自然空洞等隱患的堤防壩體加固工程。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

a.施工供水。制漿用水根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況以“就近”原則，從工作面附近就近引水使用。

b.施工供電。施工過程用電設(shè)備及施工照明，可就近獲取電源，并設(shè)置移動(dòng)配電箱，一般堤防工程施工線路較長(zhǎng)，可采用移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)作為供電電源。

c.掛好安全警示牌，準(zhǔn)備好消防設(shè)施，按施工人員配備工具、設(shè)備，做好勞動(dòng)安全設(shè)施和交通安全工作。同時(shí)對(duì)參與施工的所有員工進(jìn)行安全知識(shí)培訓(xùn)，確保施工安全。

d.工程開工前，組織所有參加施工的技術(shù)人員學(xué)習(xí)領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖、處理方法及技術(shù)要求，并向施工人員詳細(xì)交底，使所有參加施工的人員掌握技術(shù)及質(zhì)量控制重點(diǎn)、難點(diǎn)，確保施工質(zhì)量。

3.2.2 布孔

堤身錐探灌漿孔呈梅花形分布，布孔的間排距取決于工程的重要程度、隱患性質(zhì)等，一般每孔之間的間距和排距控制在1m。布孔形式見圖2、圖3。灌漿孔以原外堤肩為軸線進(jìn)行布置，采用50m鋼卷尺沿外堤肩每隔1m進(jìn)行放樣，斜坡上可采用GPS放樣。放樣要求孔位偏差不大于10cm。

圖2 梅花形布孔平面圖

圖3 布孔斷面圖

3.2.3 造孔

采用履帶式多排鉆孔機(jī)鉆孔，將鉆桿、錐頭、鉆機(jī)與操作平臺(tái)連接牢固。通過鉆機(jī)履帶行走和大臂伸縮將錐頭對(duì)準(zhǔn)放樣標(biāo)識(shí)的孔位處，檢查確認(rèn)4根鉆桿連接的錐頭與放樣孔位點(diǎn)完全吻合后開始鉆孔施工，見圖4。鉆孔過程中保證鉆桿豎直，鉆孔的傾斜度不大于2%，孔位偏差不大于10cm，孔徑在25～35mm。鉆孔時(shí)應(yīng)干鉆，不能加循環(huán)水，以免水分滲入土體，影響灌漿質(zhì)量和泥漿的固結(jié)。造孔的深度控制在內(nèi)堤腳高程以下1m。成孔后用木塞塞孔，以保護(hù)灌漿孔不至堵塞，經(jīng)檢驗(yàn)合格，立即進(jìn)行灌漿。

圖4 履帶式多排鉆孔機(jī)鉆孔

3.2.4 漿液制備

a.泥漿土料。泥漿所用土料選用成漿較高、收縮率較小、穩(wěn)定性較好的粉質(zhì)黏土或重粉質(zhì)壤土，施工前應(yīng)取樣對(duì)灌漿土料進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)：其黏粒含量為20%～45%、粉粒含量為30%～70%、砂粒含量小于10%。在隱患嚴(yán)重或裂縫較寬、吸漿量大的部位可適當(dāng)選用粉質(zhì)壤土或少量砂壤土。

b.制漿。制漿采用LNA泥漿攪拌機(jī)。如灌漿量少時(shí)，也可采用人工制漿，但土料應(yīng)先在泥漿池內(nèi)浸泡數(shù)小時(shí)，攪拌成漿，通過過濾篩清除大顆粒和雜物，灌漿前再通過35孔/cm2的過濾篩。

泥漿的濃度及黏度分別采用比重計(jì)(或比重瓶)和黏度計(jì)測(cè)定，泥漿的濃度用容重和水土比(重量比)表示，一般容重控制在1.4～1.6g/m3，水土比控制在1∶0.8～1∶1.6。泥漿的黏度用秒表示，一般控制在21～100s。

3.2.5 灌漿

低壓充填式錐探灌漿宜采用BW250/50型泥漿泵壓漿，輸漿管選用長(zhǎng)500m左右、直徑為2.5～3.0cm的高壓支管或者鋼管，輸漿管前端通過第一部分叉支管接出2～4支直徑為1.5cm左右的輸漿支管，輸漿支管通過二分叉支管分別接出6～8支直徑為1.0cm左右的小管，小管末端接配有閥門及壓力表裝置的灌漿管嘴，管嘴可采用薄鋼板加工成長(zhǎng)0.7～1.0m、上口大下口小的管道。通過觀測(cè)泥漿泵上的總壓力表和灌漿管上的孔口壓力表，及時(shí)調(diào)整泥漿泵輸出壓力。并做好泥漿壓力記錄?？卓趬毫?yīng)控制在0.06～0.08MPa，最大不超過0.1MPa。

灌漿時(shí)采用“先稀后稠、少灌多復(fù)”的方式，分序灌注。灌漿嘴插入錐孔深度不小于0.5m，灌漿先采用流動(dòng)性較大的漿體灌注，然后逐漸增加漿體濃度。多排孔時(shí)先灌迎水側(cè)第一排，然后再灌背水側(cè)第一排，最后灌中間排孔。灌漿先對(duì)第一序孔進(jìn)行灌漿，而后依次對(duì)第二序孔、第三序孔進(jìn)行灌漿，詳見圖5。

圖5 分序灌漿示意

錐孔應(yīng)當(dāng)天錐、當(dāng)天灌，防止孔眼擱置時(shí)間長(zhǎng)，孔隙堵塞，影響灌漿效果。每孔灌漿時(shí)，必須一次連續(xù)灌滿。每孔每次平均灌漿量，以孔深計(jì)，每米孔深控制在0.5～1.0m3。

3.2.6 復(fù)灌及封孔

a.復(fù)灌。灌漿后，由于泥漿在土體的空隙中析水凝固，產(chǎn)生體積收縮，因此需要復(fù)灌。復(fù)灌次數(shù)一般為2～3次，復(fù)灌的時(shí)間間隔不少于5天，應(yīng)等前次灌漿基本穩(wěn)定后再?gòu)?fù)灌。復(fù)灌時(shí)采用濃度較大的泥漿，以吸漿量明顯降低，直至漿液在孔口不再吃漿不發(fā)生明顯沉陷為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。具體復(fù)灌次數(shù)根據(jù)前次復(fù)灌的吃漿量確定。

b.封孔。灌漿孔灌漿幾分鐘或更長(zhǎng)一段時(shí)間后，如表面冒漿或灌漿孔回漿，認(rèn)為該孔本次灌漿結(jié)束。一般堤段再?gòu)?fù)灌2～3次，重點(diǎn)堤段3～4次，以下次不再進(jìn)漿且孔口漿液面不再有較大的沉落作為終孔標(biāo)準(zhǔn)。

封孔可采用直徑2～3cm、含水量適中的黏土球分層回填搗實(shí)，也可采用灌注濃泥漿或含水量適中的制漿土料搗實(shí)，完成封孔。

3.2.7 灌漿中出現(xiàn)的問題及處理方法

a.串灌問題。即一孔灌漿，它孔冒漿的現(xiàn)象。如灌漿孔和串漿孔之間堤面無裂縫產(chǎn)生，可用木塞塞住串漿孔孔口，繼續(xù)灌漿，如灌漿孔和串漿孔之間堤面產(chǎn)生了裂縫，而裂縫不嚴(yán)重的，先夯實(shí)裂縫和用木塞塞住串漿孔繼續(xù)灌漿。

b.冒漿、溢漿問題。初始灌漿時(shí)堤身表面冒漿、溢漿，多因壩內(nèi)縫隙小、灌漿量大、泥漿較濃或壓力偏大造成，可采取減少輸漿量、降低漿液濃度和壓力的辦法處理，也可暫停灌漿，待泥漿沉落后再繼續(xù)灌注。灌漿孔冒漿，一般是將錐桿與孔壁擠緊或?qū)⒃摽p糊死，也可用清水或稀漿沖孔后再行灌注。

c.堤身土塌陷或隆起問題。塌陷多由土體內(nèi)的較大孔穴因灌入的泥漿析水引起土體濕陷所致?？筛挠脻鉂{繼續(xù)灌注，已形成塌坑的，可用黏性土料分層夯實(shí)回填。

表土隆起則應(yīng)仔細(xì)分析隆起的原因，檢查泥漿濃度、壓力控制是否正常，如未發(fā)現(xiàn)堤身有大的裂縫或土體滑動(dòng)面產(chǎn)生，可采用減小灌漿壓力、時(shí)灌時(shí)停的方法處理。隆起面積較大、問題嚴(yán)重的堤段應(yīng)慎重對(duì)待，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行徹底翻筑。

d.裂縫問題?？v向裂縫(平行堤軸線方向)的產(chǎn)生多由灌漿壓力劈裂(亦稱水力劈裂)或施工質(zhì)量不好造成，如果縫寬不大(一般小于8～10mm)且縫口又無相對(duì)沉陷的，可采用夯實(shí)裂縫、減小灌漿壓力、用“少灌多復(fù)”的辦法處理。如縫口較寬且有相對(duì)沉陷的，可能局部土體有活動(dòng)面產(chǎn)生，則應(yīng)沿裂縫范圍全面檢查，發(fā)現(xiàn)有滑動(dòng)面的必須徹底翻筑。

橫向裂縫由地基不均勻沉降造成，此種裂縫貫穿內(nèi)外，在臨水側(cè)除對(duì)裂縫進(jìn)行部分翻筑再回填黏性土形成防滲隔層外，還要將裂縫全部封閉，然后在縫口布置灌漿孔進(jìn)行灌漿處理。

4 效益分析

本工法通過對(duì)錐探灌漿錐孔設(shè)備的研制，采用履帶式多排鉆孔設(shè)備成孔，較之傳統(tǒng)的錐孔機(jī)械設(shè)備鉆孔工藝相比具有以下優(yōu)勢(shì)：設(shè)備行走及固定方便，施工人員減少，設(shè)備操作簡(jiǎn)單方便；成孔速度快、效益高，能縮短工期；成孔質(zhì)量高，能有效控制孔位偏差及孔斜率；不受場(chǎng)地限制，可在堤身斜坡處等特殊場(chǎng)地施工。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

采用履帶式多排鉆孔機(jī)成孔低壓力充填式灌漿工藝施工，可節(jié)約施工設(shè)備及人工的投入。通過湖北省漢江下游堤防除險(xiǎn)加固一期工程2017年度第一批項(xiàng)目第七標(biāo)段的運(yùn)用，共計(jì)節(jié)約成本44萬元。

4.2 社會(huì)效益

本工法的成功應(yīng)用不僅得到了業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位的一致好評(píng)，也提高了企業(yè)的施工技術(shù)水平，縮短了工期，降低了成本，確保了度汛安全，具有顯著的社會(huì)效益。

5 結(jié) 語

多排鉆孔機(jī)成孔低壓力充填式灌漿積極采用“四新”工藝，提高機(jī)械化施工水平，提高生產(chǎn)效率，解決了堤防灌漿施工中，由于度汛需要、工期短、施工強(qiáng)度大而導(dǎo)致的成本升高問題。工程實(shí)踐證明該工法有較好的推廣價(jià)值，此工法已于2018年被評(píng)為水利行業(yè)工法(SDGF1014-2018)，可為類似工程施工提供參考。

編者按

為更規(guī)范地開展質(zhì)量管理小組活動(dòng)，弘揚(yáng)精益求精的工匠精神，協(xié)助各參與單位在改進(jìn)質(zhì)量、保障安全、節(jié)能降耗、改善環(huán)境、提高素質(zhì)、創(chuàng)新增效等方面取得明顯效果， 中國(guó)水利工程協(xié)會(huì)(以下簡(jiǎn)稱“協(xié)會(huì)”)制定發(fā)布了《水利工程質(zhì)量管理小組活動(dòng)導(dǎo)則》(T00/CWEA2—2017)(以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，編寫出版了《水利工程質(zhì)量管理小組活動(dòng)指南》(以下簡(jiǎn)稱《指南》)?！秾?dǎo)則》的發(fā)布和《指南》的出版，將對(duì)水利行業(yè)質(zhì)量管理小組活動(dòng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

為了更好地實(shí)施《導(dǎo)則》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，本刊在“質(zhì)量管理QC小組活動(dòng)專題”欄目陸續(xù)刊載《導(dǎo)則》解讀文章，供讀者學(xué)習(xí)。

本期刊登解讀(十)。