取水泵站工程中三管法高壓旋噴防滲技術(shù)的應(yīng)用

張 奇

(廣東省源天工程有限公司，廣州 511340)

1 工程背景

北安市山口水庫供水工程是以山口水庫為水源，通過新建供水工程為北安市提供城鎮(zhèn)居民生活用水與工業(yè)用水的供水工程，也是一項(xiàng)跨流域調(diào)水工程。山口水庫為現(xiàn)有大(2)型水庫，水庫在五大連池市境內(nèi)，水質(zhì)較好，水量充沛。取水泵站近期設(shè)計規(guī)模6.6×104m3/d，設(shè)計揚(yáng)程51m，總裝機(jī)功率約1030kW，取水泵站為中型泵站，山口水庫正常蓄水位313.00m，設(shè)計水位313.06m。取水泵站工程等別為Ⅲ等，主要建筑級別為3級，設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為30a一遇洪水設(shè)計，校核標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇洪水校核。

根據(jù)工程實(shí)際情況和相關(guān)設(shè)計，取水泵站工程圍堰高噴灌漿采用噴射管為三重管的三管法旋噴成墻技術(shù)，以水泥基質(zhì)漿液、水和壓縮空氣為主要的噴射介質(zhì)，通過噴射管的旋轉(zhuǎn)和提升，在地質(zhì)中形成圓柱形樁體，并通過樁體完成高噴送漿，漿液在淹沒范圍內(nèi)因噴射而擴(kuò)散，充填并置換后和地層結(jié)構(gòu)混合形成凝結(jié)體，起到防滲的作用。防滲墻搭接厚度≥0.3m，孔間距初步擬定為1.0m，孔間距需根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)最終選定。防滲墻入全風(fēng)化深度為0.5m，墻體抗壓強(qiáng)度>3.0Mpa，滲透系數(shù)<5×10-6cm/s。根據(jù)《高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5200-2019)，高壓旋噴技術(shù)參數(shù)[1]見表1。

表1 高壓旋噴灌漿工藝技術(shù)參數(shù)

表1中數(shù)據(jù)為建議數(shù)值，具體實(shí)用技術(shù)參數(shù)開工前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，以取得較適宜的符合工程實(shí)際情況的施工工藝參數(shù)。

2 試驗(yàn)段施工

本工程試驗(yàn)地點(diǎn)確定在山口水庫供水工程截滲墻50+32.14-50+41.55樁號范圍內(nèi)，共設(shè)置5個噴漿孔，所使用的試驗(yàn)設(shè)備為BJS-L50型噴漿設(shè)備。試驗(yàn)孔設(shè)計孔徑15cm、孔距130cm，孔位偏差控制在±5cm以內(nèi)，傾斜率不超過1%。選用強(qiáng)度等級32.5的普通硅酸鹽水泥，并將水泥摻加比控制在20%以上；噴漿壓力按照0.5MPa，漿液流量4.5m3/h。對于機(jī)械式攪拌樁樁底以上采用旋噴和擺噴相結(jié)合的施工方式，而以下則采用擺噴的施工方式，擺角控制在40°。

試驗(yàn)結(jié)束后7d進(jìn)行試驗(yàn)段開挖和成墻質(zhì)量的檢測，結(jié)果顯示，成墻體顏色均勻，且并無蜂窩等缺陷，墻體厚度均在22cm以上，且具有較好的連續(xù)性。開挖過程中在0.8∶1、0.9∶1、1.0∶1三個試驗(yàn)段分別進(jìn)行鉆孔取芯，并將所取得的芯樣送至工地試驗(yàn)室進(jìn)行滲透系數(shù)、彈性模量和抗壓強(qiáng)度等的參數(shù)的檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，所取芯樣各性能指標(biāo)均符合設(shè)計要求。

3 三管法高壓旋噴防滲工藝

3.1 鉆進(jìn)施工

考慮到該取水泵站工程區(qū)閃長巖基巖及風(fēng)化巖壩基等地質(zhì)條件，考慮到工效方面的要求，故采用BM-150型大扭矩錨桿鉆機(jī)，該鉆機(jī)裝載履帶底盤，行走移動方便，且集中操作，無極變速，全液壓動力傳動，工效高，垂直度可實(shí)時調(diào)控。最大鉆深可達(dá)50m，鉆進(jìn)調(diào)節(jié)速度最大可達(dá)0.18-1.0m/min。所使用的HW-80/10型泥漿泵三重管徑均為φ85mm，本工程三管法高壓旋噴防滲施工所使用的機(jī)械詳見表2。此外，還應(yīng)增設(shè)下套管保護(hù)裝置，即將旋噴注漿頂面以上孔徑確定為φ150mm，以保證可以下入直徑φ145mm的套管；將旋噴注漿底面以下孔徑確定為φ110mm。在鉆進(jìn)施工時，鉆頭應(yīng)采用三翼刮刀不取芯鉆頭，并將符合設(shè)計要求的合金片鉚焊在翼片上。

表2 三管法高壓旋噴防滲施工機(jī)械

根據(jù)該取水泵站工程試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，孔距應(yīng)確定為1.3m，孔位偏差應(yīng)控制在5cm以內(nèi)，傾斜率不超出1%。采用標(biāo)號PO32.5的水泥漿液，水灰比按1.0:1控制，漿液設(shè)計密度1.6g/cm3，噴漿壓力為0.5MPa，漿液設(shè)計流量4.3m3/h，旋噴和擺噴提升速度分別為0.12m/min和0.15m/min。

3.2 樁位確定

基于機(jī)械式攪拌樁墻體軸線，高噴板墻軸線在確定時應(yīng)沿迎水坡向平行移動30cm，并按照1.3m的距離確定孔位，并通過木樁標(biāo)記編號。待鉆機(jī)就位，通過標(biāo)尺將孔位和偏差值進(jìn)行測量和調(diào)整，直到符合設(shè)計要求。等鉆機(jī)就位后，應(yīng)采用水平尺測量其立軸垂直度和水平穩(wěn)定情況，在鉆孔時應(yīng)按照1次/3m的頻次進(jìn)行鉆孔質(zhì)量的檢測，防止施工中出現(xiàn)傾斜偏差，影響鉆孔和防滲加固施工質(zhì)量。

3.3 噴漿施工

首先，嚴(yán)格按照設(shè)計配合比和水灰比制備漿液，并采用比重計測量制備完成的漿液密度。準(zhǔn)備好設(shè)計要求的噴漿設(shè)備后，將其電機(jī)轉(zhuǎn)動速率設(shè)定為1000r/min，并在所對應(yīng)的注塞次數(shù)與行程等運(yùn)行參數(shù)下控制漿液流量。根據(jù)噴漿施工中實(shí)際管道長度和下管深度等調(diào)整噴漿壓力。開始注漿到所預(yù)估的水泥漿液前峰流出噴頭后，根據(jù)相關(guān)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行注漿管的提升，并由下至上開始噴射注漿。噴漿至設(shè)計深度并見到漿液返出孔口后停止注漿。還應(yīng)將注漿泵的吸管移動到清水箱內(nèi)抽吸清水，以便將注漿管內(nèi)的水泥漿體完全頂出。按設(shè)計要求將取下的注漿管各個通道以及注漿泵及攪拌機(jī)用清水徹底沖洗。

4 施工質(zhì)量控制

4.1 灌漿材料選用

為保證三管法高壓旋噴防滲施工質(zhì)量，首先必須加強(qiáng)高噴灌漿材料及漿液質(zhì)量的檢查和控制，本取水泵站工程使用高標(biāo)號速凝水泥可以解決板墻滲透破壞問題，但是會增大施工成本，也會增大輸漿管路堵塞的可能性?？紤]到水泥漿液在溫度降低后凝結(jié)速度減緩，而強(qiáng)透水層內(nèi)的漿體板墻受到水頭差影響后容易發(fā)生流失破壞，故應(yīng)使用水泥砂漿。為縮短凝固時間，應(yīng)采用細(xì)砂水泥灌漿材料，并利用粒徑在1.0mm以內(nèi)、細(xì)度模數(shù)在2.0以內(nèi)的細(xì)砂料對板墻凝固發(fā)揮促進(jìn)作用，既能保證板墻施工質(zhì)量，又能節(jié)約水泥，控制造價[2]。

4.2 噴射壓力和流量控制

不同的噴射灌漿設(shè)備有不同的噴射壓力和流量，本工程所使用的三管法高壓旋噴防滲技術(shù)比單管法增加了壓縮氣系統(tǒng)，比二管法增加了高壓水泵，將高壓注漿施工轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪鹤{。本工程射流高壓使噴射流具有較高的運(yùn)動速度和強(qiáng)大的破壞力，為此，應(yīng)當(dāng)在加大泵壓和泵量以增大沖切效果并獲取較大防滲加固體與施工能耗和安全之間達(dá)到平衡。

4.3 提升及轉(zhuǎn)速控制

由提升和轉(zhuǎn)速所控制的旋噴射流移動速度是決定土層受噴射流沖擊切割影響長短的主要因素，土體在遭遇高壓射流沖切后極易被穿透，且隨著射流持續(xù)噴射時間的延長其穿透程度隨之增大。本取水泵站工程三管法高壓旋噴防滲施工過程中必須通過控制噴射時間并加強(qiáng)提升速度和旋轉(zhuǎn)速度的配合以控制對土體的沖切深度[3]。在旋噴施工過程中，提升速度過慢必將降低施工工效，使耗漿量增大，而旋轉(zhuǎn)速度過快必將減小樁徑，不利于施工質(zhì)量的提升。本取水泵站工程三管法高壓旋噴防滲施工時提升速度控制在0.5-1.25cm/轉(zhuǎn)。

5 結(jié) 論

該取水泵站高壓旋噴防滲施工結(jié)果表明，低彈性模量防滲墻施工速度快，不需要將水庫內(nèi)的水放空處理，環(huán)境和地下水也不會因水泥漿液而遭遇污染，但是混凝土防滲墻屬于隱蔽性工程，在設(shè)計和施工階段必須加強(qiáng)質(zhì)量控制和跟蹤檢測，施工過程中應(yīng)確保墻體均勻可靠連接。為提升防滲墻結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，必須適當(dāng)控制并降低混凝土材料的彈性模量，并在其彈性模量和抗壓強(qiáng)度比符合設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，提升強(qiáng)度，并符合結(jié)構(gòu)耐久性等方面的性能要求。