水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量控制技術(shù)研究

寇社民

(南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局 河北分局邢臺(tái)管理處，河北 邢臺(tái) 054000)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，各類工程建設(shè)迅速拓展，水利水電施工工程的規(guī)模不斷增大，高壓旋噴灌漿工程在不同的控制技術(shù)下有著不同的施工效果。高壓旋噴灌漿以高壓旋噴柱為基礎(chǔ)，噴嘴將水泥漿噴入土層并與土體混合，形成連續(xù)搭接的水泥加固體[1]。綜合考慮水利水電工程地基類型和性質(zhì)，控制水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量，可以嚴(yán)格掌控地下原有構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)，將灌漿與沖刷后的構(gòu)筑物凝結(jié)為一體,制約原有技術(shù)存在滲透的不足[2]。根據(jù)不同的施工環(huán)境，常用的高壓噴射灌漿的方式有單管、二管、三管及多管法，利用噴灌漿自身的射流作用強(qiáng)制性破壞原地層結(jié)構(gòu)，聯(lián)合各種工程器件，實(shí)現(xiàn)與工程中各種器件的三維連接[3]。傳統(tǒng)的施工質(zhì)量控制技術(shù)控制的施工工程會(huì)形成很大的滲水面積，水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量控制技術(shù)可以改善這一不足，適合在實(shí)際施工中運(yùn)用[4]。

1 水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量控制技術(shù)研究

1.1 估算噴射直徑

影響噴射直徑的主要因素有擺動(dòng)角度、土粒組成、提升速度、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，所以在構(gòu)建估算公式時(shí)，噴射直徑D就是上述因素的綜合函數(shù)，函數(shù)式為：

D=f(N,Pi,V,θ)

(1)

其中：D為噴射柱的直徑；N為土層的標(biāo)貫擊數(shù)；Pi為噴射管的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率；V為提速；θ為擺動(dòng)的角度。

隨機(jī)選用水利水電工程中的各項(xiàng)實(shí)踐數(shù)據(jù)，采用三管法將施工過程中的漿流量、氣流量、水流量設(shè)置為定值，忽略噴射過程中的噴灌漿壓與氣壓，保證轉(zhuǎn)動(dòng)頻率在6～12 r/min[5-7]，綜合考量旋噴樁加固的點(diǎn)，最終使用式(1)計(jì)算得到D～N坐標(biāo)曲線，見圖1。

圖1 D～N曲線

由圖1可知，使用Pmax/P變換圖1中縱坐標(biāo)，設(shè)此時(shí)的提升速度最大值Vmax為15 cm/min，對(duì)上述的曲線回歸處理，計(jì)算得到：

(2)

其中：pmax為最大壓力；b,d為回歸系數(shù)。

將噴射直徑長度和擺角繪制上曲線圖中，此時(shí)的式(2)就可變換為：

(3)

其中：a1,b1,m為回歸系數(shù)。

式(3)表示水利水電工程在同一地層條件下噴擺、定噴與高壓旋噴射柱體直徑的關(guān)系，所以在估算噴射直徑時(shí)，規(guī)定高壓旋噴灌漿的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與噴射壓力，直接利用(3)式，即可估算出噴射直徑[7-9]。

1.2 設(shè)計(jì)施工防滲形式

水利水電工程底部土層較軟，抗剪強(qiáng)度較低，為了防止施工過程中護(hù)坡樁產(chǎn)生“踢腳”，在設(shè)定施工防滲形式時(shí)，沿護(hù)坡樁對(duì)工程內(nèi)部土體進(jìn)行加固，縮短支護(hù)樁樁長來控制施工質(zhì)量，見圖2。

由圖2所示的加固形式，可以增加工程內(nèi)土的抗剪強(qiáng)度和被動(dòng)土壓力[10-11]。此時(shí)，工程側(cè)壁止水帳幕的平面結(jié)構(gòu)和高壓旋噴灌漿樁共同組成止水支護(hù)墻體結(jié)構(gòu)，豎向結(jié)構(gòu)下部相對(duì)不透水層的懸掛式帷幕上方放置支護(hù)樁[12]。最終形成的施工防滲形式，見圖3。

圖2 加固形式

圖3 設(shè)計(jì)的防滲形式

由圖3所示的防滲形式，利用水平止水帷幕以旋噴體套接的形式形成水平止水板，與豎向帷幕形成一個(gè)封閉的“箱形”，形成一個(gè)五面止水結(jié)構(gòu)形式，防止施工過程中的意外滲水，保證施工質(zhì)量[13-14]。

1.3 實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量控制

采用上述的防滲形式，在實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量控制時(shí)，還需設(shè)置孔距和布置形式。根據(jù)水利水電工程的特性，采用交叉折線形連接旋噴與擺噴，將連接方向與軸向夾角控制在20°～40°之間，按照由疏到密的原則分序施工，先噴一序孔，再噴二序孔[15-17]。當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折孔時(shí)，適當(dāng)調(diào)整孔距和噴射角，保證轉(zhuǎn)折孔與鄰孔墻體之間的緊密連接，最終在旋噴套接防滲墻的樁徑的布置形式，形成表1所示的參數(shù)。

表1 布置參數(shù)

不斷變換表1中的布置參數(shù)，保證施工質(zhì)量的強(qiáng)度和剛度[18-19]。用混凝土將接頭管內(nèi)澆注滿，待與其相接的地下墻施工完畢后，在其坑(槽)外用旋噴將該接頭管與混凝土地下墻接頭外填滿水泥加固土，用以擋土截水，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量的控制[20]。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備高壓噴射灌漿的工藝技術(shù)參數(shù)，見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)主要工藝技術(shù)參數(shù)

使用表2中的各項(xiàng)參數(shù)，在控制高壓噴射灌漿時(shí)，一部分漿液攪渾進(jìn)入地層，另一部分漿液由孔壁流出地面。使用三管法控制漿液的流向，控制過程中所使用的試驗(yàn)機(jī)械設(shè)備及規(guī)格見表3。

表3 實(shí)驗(yàn)所需機(jī)械設(shè)備表

設(shè)定水利水電工程地面高程為50.7 m，根據(jù)水泵出水量以及抽水歷時(shí)折算滲水量，使用西定律的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算控制技術(shù)的滲水面積，計(jì)算公式如下：

K=Q/Ai

(4)

其中：K為滲透系數(shù)；Q為滲透流量，取常數(shù)1.4 m3/h；A水利工程滲透面積；i為滲透坡度。

分別使用兩種傳統(tǒng)質(zhì)量控制技術(shù)與水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比3種控制技術(shù)下水利水電工程的滲水面積。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

基于上述準(zhǔn)備，最終得到的3種控制方法下的工程滲水面積實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見圖4。

圖4 3種控制技術(shù)最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知，在相同的水利水電工程中運(yùn)用3種不同的控制技術(shù)，傳統(tǒng)控制技術(shù)1控制下的工程共有兩處20 m×20 m的滲水區(qū)域，滲水區(qū)域面積共為800 m2；傳統(tǒng)控制技術(shù)2控制下的工程區(qū)域共有兩處10 m×10 m的滲水區(qū)域，共計(jì)200 m2，而水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量控制技術(shù)控制的工程共有兩處5 m×5 m的滲水區(qū)域，共計(jì)50 m2，滲水面積更小。綜上所述，與兩種傳統(tǒng)施工質(zhì)量控制技術(shù)相比，水利水電工程高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量控制技術(shù)控制下的水利水電工程面積內(nèi)的滲水面積最小，適合在實(shí)際工程質(zhì)量控制中運(yùn)用。

3 結(jié) 語

隨著我國城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，水利水電工程已經(jīng)成為現(xiàn)代化建設(shè)的重要工程，不同的施工場(chǎng)所有著不同的地質(zhì)條件，研究工程中高壓旋噴灌漿施工質(zhì)量控制技術(shù)，能夠針對(duì)不同基礎(chǔ)施工的特點(diǎn)，改善傳統(tǒng)質(zhì)量控制技術(shù)中的不足，將水利水電工程控制在安全、高效的層面上，增強(qiáng)質(zhì)量控制技術(shù)的科學(xué)性，減少施工過程中的各項(xiàng)損耗，節(jié)省水利水電工程的損耗成本，減少資源浪費(fèi)。