于洋 中交一航局第二工程有限公司
本工程位于某核電廠排水口防波堤及圍堰上,截滲總長(zhǎng)為1209延米,原設(shè)計(jì)為柔性地連墻+高壓帷幕灌漿截滲工藝,工期為3個(gè)月,經(jīng)歷2020年冬期施工和春節(jié)。施工前期準(zhǔn)備階段進(jìn)行工效分析,僅地連墻施工需要3臺(tái)成槽機(jī)或2臺(tái)成槽機(jī)+12臺(tái)烏卡斯沖擊鉆方可滿足工期要求,設(shè)備組織難度大,不能保證后續(xù)高壓帷幕灌漿截滲施工按期完成,且冬期施工對(duì)柔性混凝土拌制、運(yùn)輸及澆筑的保溫控制要求嚴(yán)格,而柔性混凝土灌注至圍堰堤身下極難采取有效的保溫措施,墻體質(zhì)量隱患大。經(jīng)考察其他核電及水利水電類(lèi)似經(jīng)驗(yàn),引入了水泥-水玻璃雙液注漿截滲工藝。
2.1.1 工藝介紹
(1)柔性地連墻+帷幕灌漿施工工藝。①本工程柔性地連墻施工采用兩種施工工藝:烏卡斯沖擊鉆機(jī)“鉆劈法”成槽,“抽筒法”清渣,“直升導(dǎo)管法”水下柔性混凝土澆筑;成槽機(jī)“抓取法”挖槽,制漿機(jī)制漿,“反循環(huán)”清渣,“直升導(dǎo)管法”水下柔性混凝土澆。②帷幕灌漿施工工藝:采用潛孔鉆機(jī)在柔性地連墻軸線上成孔,制漿機(jī)制備水泥漿,注漿泵高壓灌漿后孔口封閉的工藝。
(2)水泥-水玻璃雙液注漿施工工藝。采用錨桿鉆機(jī)鉆孔,成孔后埋設(shè)分段注漿管,制漿設(shè)備制備水泥漿和水玻璃漿液,注漿設(shè)備分別將水泥漿和水玻璃漿液泵送至孔口匯合注入孔內(nèi),自上而下分段注漿。
(3)地質(zhì)條件。本工程截滲結(jié)構(gòu)所處海域地質(zhì)包含兩部分:①海底原泥面以上:堤身結(jié)構(gòu)開(kāi)山石碴回填層;②海底原泥面以下主要分為3大類(lèi):第四海相沉積層,主要為粉細(xì)砂、中粗砂;第四海相殘坡積層,主要為殘積土;基巖:全、強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖和斜云煌斑巖。
2.1.2 工藝比選及選擇
兩種截滲工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。
表1 兩種截滲工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
對(duì)本工程部分截滲功能需求時(shí)間較短的堤身采用水泥-水玻璃雙液注漿截滲工藝。
2.2.1 施工原理
雙液注漿是以水泥、水玻璃按一定比例分別泵送混合后注入地層至微觀層面,各土層或巖層顆粒大小、裂隙發(fā)育、密實(shí)度、孔隙率等方面存在不均勻性,漿液在壓力作用下對(duì)地層進(jìn)行填充、滲透、擠密或劈裂,漿液經(jīng)膠凝或固化后,達(dá)到加固地層和防滲堵漏等目的的一種施工工藝。
2.2.2 施工工藝介紹
注漿按分序加密的原則進(jìn)行,注漿孔分2序施工,先施工Ⅰ序孔,再施工Ⅱ序孔。第一排施工完成后再施工第二排Ⅰ序孔,后期Ⅱ序孔作為補(bǔ)強(qiáng)孔,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖情況再進(jìn)行施工。具體如圖1所示。
圖1 雙液注漿孔次排序平面圖
工藝流程如圖2所示。
圖2 水泥-水玻璃雙液注漿施工流程
2.4.1 鉆孔
鉆孔采用LD-180-2錨桿鉆機(jī),φ127鋼管跟管鉆進(jìn),一次成孔。鉆孔結(jié)束后采用大風(fēng)量吹出孔內(nèi)碎渣,沖洗后孔內(nèi)殘留物厚度不得超過(guò)20cm。所有鉆孔完成后須盡快安裝埋設(shè)分段灌漿管并封閉孔口,未安裝的孔要妥善保護(hù)。
2.4.2 埋設(shè)孔內(nèi)分段注漿裝置
注漿管為DN25鐵管,按每孔分三段安裝孔內(nèi)注漿管。第一段主要注漿開(kāi)山石渣加填層,第二段為細(xì)砂層、粘土層、殘積土層,第三段為風(fēng)化基巖層。注漿管上挷扎土工模袋進(jìn)行分段,在分段模袋上方每間隔1m左右鉆入一個(gè)出漿眼,每段設(shè)出漿眼3~4個(gè),并用土工布包裹密封。注漿管埋設(shè)完成后,為確保注漿時(shí)孔口孔堵封密實(shí),采用水泥漿和水玻璃混合填堵0.5~1.0m,達(dá)到一定強(qiáng)度后即可進(jìn)行注漿。
2.4.3 灌漿工藝和方法
(1)漿液制備。注漿水泥采用P.O425普遍硅酸鹽水泥,水玻璃模數(shù)應(yīng)在2.4~3.2之間,其濃度不小于40°Be,材料進(jìn)場(chǎng)后根據(jù)施工所需初凝、半固化和固化時(shí)間,采用不同的體積比進(jìn)行配合比試驗(yàn),確定水泥漿液水灰比及水玻璃用量。
(2)漿液灌注。雙液注漿系統(tǒng)灌注水泥濃漿和水玻璃,其中,一個(gè)泵注水泥漿液,另一泵灌注水玻璃。分兩序施工,I序孔和II序孔相互間隔。施工時(shí)先灌I序孔,待兩側(cè)I序孔達(dá)到固化狀態(tài)后,再施工II序孔。
灌漿自上而下分段進(jìn)行,灌漿段之間用分段模袋進(jìn)行分隔。淺層回填層壓注漿壓力相對(duì)較小,避免頂部蓋重部位回填層被漿液頂升出現(xiàn)開(kāi)裂影響截滲結(jié)構(gòu)的整體性,中細(xì)砂層注漿壓力可適當(dāng)增大,增加砂層滲水區(qū)域擠壓密實(shí)度,同時(shí)在注漿管孔口處增加壓力表控制孔口壓力。
灌入漿液量:根據(jù)試驗(yàn)段所得參數(shù),以灌漿壓力和計(jì)劃漿液量進(jìn)行控制,控制計(jì)劃漿液量I序孔平均為500L~600L/m。II序孔平均為300L~400L/m,如果遇到空隙較大地層,壓力達(dá)不到施工要求可增加灌漿量,確保防滲效果。
(3)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。達(dá)到要求計(jì)劃漿液量和要求灌漿壓力后即可結(jié)束灌漿:在該段最大設(shè)計(jì)壓力下,注入率不大于5L/min后繼續(xù)灌注10min,可結(jié)束注漿,如果注漿結(jié)束時(shí)漿液未達(dá)到初凝而發(fā)生回漿,則必須重新注漿,直至達(dá)到要求。
2.4.5 干施工期維護(hù)
由于雙液注漿截滲體中的細(xì)小滲水通道無(wú)法通過(guò)規(guī)范的檢查孔試驗(yàn)檢測(cè)進(jìn)行探查,施工完成后存在漏水點(diǎn),其滲流量較小,但數(shù)量較多,需采取干施工期維護(hù)措施如下:
(1)維護(hù)技術(shù)措施。①日常抽排:合理設(shè)置匯水溝、集水井,對(duì)滲流入圍堰內(nèi)的積水進(jìn)行抽排。②應(yīng)急班組及材料準(zhǔn)備:常駐雙液注漿堵漏班組及所需水泥、水玻璃材料用于應(yīng)急準(zhǔn)備。③應(yīng)急預(yù)案:制定巡查、評(píng)估、預(yù)警、報(bào)告、響應(yīng)、處置、終止的應(yīng)急處置鏈。④日常巡查:干施工期專(zhuān)人對(duì)滲漏點(diǎn)情況、抽排水情況進(jìn)行巡查并形成記錄,作為應(yīng)急鏈的評(píng)估環(huán)節(jié)和后續(xù)施工的參考依據(jù)。
(2)整體滲流量計(jì)算及日常巡查。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的滲透系數(shù)計(jì)算雙液注漿截滲結(jié)構(gòu)滲流量如下:
式中:K 為截滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滲透系數(shù),K=1.83305×10cm/s;I為水力梯度,i=△H/L,水位高程差△H=10.7 m,L 取截滲結(jié)構(gòu)厚度1.8m,i=10.7m/1.8m=5.9;H為透水厚度,取水位高差10.7m。
式中:V為根據(jù)設(shè)計(jì)滲透系數(shù)計(jì)算的截滲結(jié)構(gòu)允許滲流量;L為截滲結(jié)構(gòu)軸線分布長(zhǎng)度574m。
本工程經(jīng)統(tǒng)計(jì)抽排水記錄,圍堰內(nèi)抽排水量均控制在400m/h以下,滿足設(shè)計(jì)要求和圍堰內(nèi)干施工需要。
根據(jù)各施工階段圍堰內(nèi)水位變化曲線如圖3所示,本工程9.8萬(wàn)m圍堰內(nèi)積15.5萬(wàn)m,用時(shí)12天,完成抽排水至海底原泥面,且后期觀測(cè)無(wú)水位回彈,具備圍堰內(nèi)干施工條件。
圖3 各施工階段圍堰內(nèi)水位變化曲線
雙液注漿具備施工周期短、工效高、受冬期施工影響小的優(yōu)點(diǎn);同時(shí)淺海圍堰雙液注漿的載體為石渣回填層,一般可用于臨時(shí)性圍堰堤身或永久堤身的內(nèi)側(cè)/陸側(cè)加寬段上,施工占用空間較小,滿足同時(shí)期其他施工工序的交叉作業(yè)。
同時(shí),雙液注漿作為圍堰截滲結(jié)構(gòu),其缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在質(zhì)量的不確定性,需要在干施工期預(yù)留應(yīng)急班組用于應(yīng)急處置。當(dāng)采用其他施工工藝進(jìn)行淺海圍堰截滲時(shí),在干施工期的防滲漏應(yīng)急準(zhǔn)備也必不可少,當(dāng)出現(xiàn)滲漏點(diǎn)時(shí),雙液注漿能夠快速配置到位展開(kāi)堵漏施工,這類(lèi)優(yōu)點(diǎn)也是其他截滲工藝無(wú)法比擬的。
從本工程淺海圍堰中采用的水泥-水玻璃雙液注漿施工工藝與柔性地連墻+帷幕灌漿截滲施工工藝造價(jià)對(duì)比上看,采用雙液注漿工藝較原定工期提前1個(gè)月具備了圍堰內(nèi)干施工條件,有效克服了冬期施工對(duì)原設(shè)計(jì)柔性地連墻截滲結(jié)構(gòu)的質(zhì)量隱患,加快了圍堰內(nèi)結(jié)構(gòu)干施工進(jìn)度。
本工程實(shí)踐證明:水泥-水玻璃雙液注漿在淺海圍堰截滲結(jié)構(gòu)施工工藝上是可行的,在滿足施工載體的條件下能夠快速組織施工、且具備良好的截滲效果,并在后續(xù)干施工期能夠有效、快速地實(shí)施漏點(diǎn)封堵;為今后在淺海圍堰進(jìn)行截滲結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)或進(jìn)行截滲措施的工藝選擇時(shí),增加了一種可供選擇的優(yōu)質(zhì)施工工藝。