高壓噴射灌漿技術(shù)在沙溪堤壩工程防滲加固施工的應(yīng)用

林晉星

(三明市聯(lián)盛工程咨詢監(jiān)理有限公司，福建 三明 365000)

0 引 言

防滲是堤壩工程的一項(xiàng)重要功能，而堤壩工程往往施工工序繁瑣且規(guī)模龐大，其施工質(zhì)量把控的難度較大，有鑒于此，應(yīng)當(dāng)重視堤壩工程防滲功能方面的施工質(zhì)量。高壓噴射灌漿技術(shù)的具體做法是，首先提前制備好灌漿液，然后通過高壓泵將漿液加壓為高速噴射流來切削和破碎土層土體，并將漿液摻混其中，形成板墻狀的凝結(jié)體來實(shí)現(xiàn)提高堤壩防滲能力的目的[1]。文章結(jié)合福建省三明市沙溪白板路段堤壩工程，對施工過程中的材料制作與噴射漿液的做法進(jìn)行分析，圍繞本項(xiàng)目討論了高壓噴射灌漿技術(shù)在沙溪堤壩工程防滲加固施工的具體應(yīng)用，以期為加強(qiáng)堤壩工程防滲功能的建設(shè)質(zhì)量水平提供參考。

1 工程概況

沙溪為閩江上游的三大支流之一，為閩江的主要河流，沙溪干流全長328km，流域面積11793km2，三明市沙溪白板路段堤壩工程所在地隸屬于三元區(qū)，位于沙溪左岸，項(xiàng)目區(qū)河道右岸為三明市三元區(qū)城區(qū)。項(xiàng)目區(qū)緊鄰工業(yè)南路、鷹廈鐵路和三明火車站。本標(biāo)段為三明市沙溪白板路段堤壩工程，堤線長435.5m。該工程中的堤型為復(fù)合式防洪堤壩，詳細(xì)的地質(zhì)條件為，在河床表層分布有沖積、淤積層，厚度約為1-2m。壩段上游的沖積、淤積層段厚度約為2.0m；上部為1.0m左右淤泥，下部則為細(xì)砂層。

2 制漿材料與漿液控制

2.1 材料的特點(diǎn)與要求

高壓噴射灌漿技術(shù)噴漿的方式包括定噴、擺噴以及旋噴。對于定噴方式，其漿液的噴射方向保持不變，噴射完畢后混合體會形成板狀凝結(jié)體；對于擺噴方式，其在噴射漿液時(shí)噴嘴一面提升一面擺動，漿液的凝結(jié)體類似于亞鈴狀；對于旋噴方式，噴射漿液時(shí)噴嘴一邊提升一邊旋轉(zhuǎn)，最后形成柱樁凝結(jié)體；三種凝結(jié)體結(jié)構(gòu)如圖1所示，從上至下依次為定噴、擺噴、旋噴。

漿液材料的使用要求主要體現(xiàn)在3點(diǎn)：①高壓噴射灌漿技術(shù)所用灌漿材料主要是水泥漿液，因其成本低且穩(wěn)定性與可噴性都滿足工程要求，應(yīng)根據(jù)不同的需求摻加水玻璃、黏土、氯化鈣或者膨潤土等材料。②高壓噴射灌漿技術(shù)在操作時(shí)，攪拌過程中漿液與土層進(jìn)行置換，二者置換的體積不相同，置換后漿液與土體攪拌混合，待漿液凝固后形成防滲組合體[2-4]。在這個過程中，要求漿液具備良好的穩(wěn)定性和可噴性。即所形成的防滲凝結(jié)體的強(qiáng)度、滲透系數(shù)以及彈性模量必須要達(dá)到設(shè)計(jì)要求；防滲組合體的膠結(jié)時(shí)間必須要符合施工所需時(shí)間。③應(yīng)當(dāng)針對不同類別的土層來調(diào)整所使用的漿液材料和配比。比如對于處在動水條件下的土層，在進(jìn)行漿液噴射施工時(shí)應(yīng)當(dāng)使用稠漿。在黏性土層中，由于噴射漿液的影響范圍相對較小，最好用純水泥漿作為噴射材料；而在砂性土中，與在黏性土層中正好相反，由于其噴射影響范圍大，土層的細(xì)顆粒容易帶出，應(yīng)水泥黏土漿；在空隙很大的塊石土層或在淤泥質(zhì)土當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)使用可控性能較好的稠漿。

(1-滲透凝結(jié)體；2-擠壓體；3-攪拌混合層；4-漿液主體層)

2.2 漿液的配制

根據(jù)漿液性能的不同，可將其分為以下四類。

1)高強(qiáng)型漿液。為達(dá)到高強(qiáng)度的目標(biāo)，漿液在配制時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下3點(diǎn)：①選用高強(qiáng)度水泥(≥P.0 42.5)：②摻石英粉；③在水泥中添加高效能的擴(kuò)散劑和無機(jī)鹽。高強(qiáng)型漿液適用于對凝結(jié)體抗壓強(qiáng)度要求在20MPa以上的項(xiàng)目當(dāng)中。

2)普通型漿液。主要采用P.032.5普通硅酸鹽水泥。在單管法中，水泥漿液的水灰比要求為1∶1-1.5∶1；二管法中，水泥漿液的水灰比要求為0.8-1.0∶1；三管法中，水泥漿液的水灰比要求為常用0.7-1.0∶1。如采用減水劑時(shí)，可適當(dāng)降低水灰比。普通型漿液主要適用于對混合體的強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間沒有特殊要求的工程。

3)填充型漿液。適用于對早期強(qiáng)度要求不高的工程，可以摻用粉煤灰、磨細(xì)的礦渣、黏土等材料，以降低工程造價(jià)[5]。

4)速凝早強(qiáng)型漿液：為了達(dá)到速凝早強(qiáng)的目標(biāo)，可摻入適量的早強(qiáng)速凝劑；常用的有水玻璃、氯化鈣及三乙醇胺等。速凝早強(qiáng)型漿液主要用在地下水位豐富或要求強(qiáng)度快速達(dá)到要求的工程當(dāng)中。

2.3 漿液的優(yōu)化控制

高壓噴射灌漿施工時(shí)，常常會出現(xiàn)冒漿的情況，這時(shí)需要對漿液的使用進(jìn)行優(yōu)化控制，即在保證漿液與土體混合時(shí)的量符合要求的前提下，盡量減少漿液的損失，以實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效的目的。為了達(dá)到這點(diǎn)，可從以下3點(diǎn)開展：

1)回收冒出的漿液，將其經(jīng)沉淀池處理后再泵回漿桶與新漿液混合，再噴射至土層內(nèi)，以降低灌漿材料的損耗。

2)根據(jù)不同工程的對凝結(jié)體強(qiáng)度的要求選擇合適的水灰比；比如對強(qiáng)度要求不高的工程，可摻入一定比例的黏土水泥漿來降低工程造價(jià)。

3)提前進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)或生產(chǎn)性試驗(yàn)，優(yōu)化調(diào)整漿液的施工工藝參數(shù)，使冒漿量最低。

3 高壓噴射灌漿技術(shù)在本項(xiàng)目堤壩防滲施工中的應(yīng)用

3.1 本項(xiàng)目的防滲加固方案

根據(jù)本項(xiàng)目的工程地質(zhì)條件，采用的防滲墻方案，以高壓噴射灌漿技術(shù)開展施工，實(shí)現(xiàn)截?cái)嗤杆畬訚B流的技術(shù)目標(biāo)。本工程的壩線總長度為435.5m，施工時(shí)采用三管法進(jìn)行高壓擺噴灌漿，防滲墻的總面積為15000m2。

3.2 施工過程中的技術(shù)要點(diǎn)

1)充分利用高壓擺噴灌漿的回漿量：

回漿利用的具體做法是，將孔口返出的冒漿凈化、回收，然后根據(jù)回漿的比重進(jìn)行再次配漿灌注，以降低漿液材料的使用量，從而降低工程成本。需要注意的是，要針對不同的地質(zhì)情況來決定是否進(jìn)行回漿利用。首先針對淤泥層、黏土層與細(xì)砂層的地質(zhì)層部分，由于當(dāng)前使用到的漿液凈化系統(tǒng)難以將冒漿中黏土質(zhì)、粉細(xì)紗凈化分離，因此凈化后漿液中仍然含有大量的粉細(xì)砂和泥質(zhì)物。此時(shí)回漿比重不能反映水泥的真實(shí)含量，所以對于淤泥層、黏土層與細(xì)砂層的地質(zhì)層部分不宜進(jìn)行回漿利用。而對于砂層，由于砂層中的粗顆?？梢酝ㄟ^凈化池沉淀下來，因此可以進(jìn)行回漿利用。

2)重視灌漿后的孔口補(bǔ)漿工作：

對于砂層與砂卵石層，由于其土質(zhì)為粗顆粒，透水性較強(qiáng)，在灌漿固結(jié)后沉陷量較大，因此需要對鉆孔內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)漿。該步驟非常關(guān)鍵，可以直接影響到防滲墻的防滲質(zhì)量，因此操作過程中必須補(bǔ)漿至孔口漿液面不下降位置。

3)控制好鉆孔與高噴間的施工間隔：

高噴孔的施工操作為，先由鉆機(jī)鉆孔，然后移除鉆機(jī)，再將高壓噴射灌漿臺車移至孔位進(jìn)行高噴，造孔與高噴的時(shí)間間隔≤7d。在實(shí)際施工過程中，由于是一臺高噴臺車搭配多臺鉆機(jī)使用，因此高壓噴射灌漿施工的速度與鉆孔施工的速度不一致，為避免高噴臺車移動次數(shù)過多而影響施工效率，通常都是先造鉆孔然后再進(jìn)行高噴施工。因此盡量降低因來不及進(jìn)行高壓噴射灌漿施工形成的塌孔數(shù)量，并控制好高壓噴射灌漿施工與鉆孔施工的間隔是提高施工效率縮短工期的關(guān)鍵。

3.3 把控好施工工藝參數(shù)

通過對本項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，高壓噴射灌漿施工的相關(guān)工藝參數(shù)如表1所示。

表1 施工工藝參數(shù)

影響高壓噴射灌漿技術(shù)防滲加固施工質(zhì)量的因素主要有鉆孔定位、鉆孔深度、高噴管的下放深度、高噴管的提升速度、漿液量控制、孔序及擺角等；通過對沙溪堤壩工程防滲加固施工進(jìn)行總結(jié)分析，可以得到：

1)做好鉆孔定位的控制：在全面放樣后需要對孔位進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核過后對所有的孔位進(jìn)行標(biāo)記，并在鉆孔之前分批次，埋設(shè)孔口管。

2)保證鉆孔深度符合要求：在基巖面變化較大的位置，需要對其進(jìn)行鉆孔取樣，確保鉆孔神父達(dá)到設(shè)計(jì)要求；而在在基巖面變化不大的位置處，可以先做地質(zhì)先導(dǎo)孔來確定鉆孔深度。

3)高壓噴射管的下放深度應(yīng)到達(dá)設(shè)計(jì)位置：為了保障高壓噴射管的下放深度符合設(shè)計(jì)要求，在施工操作時(shí)監(jiān)理工程師在在場監(jiān)督，對于復(fù)核不到位的必須再次掃孔。

4)嚴(yán)格控制高壓噴射管的提升速度：在施工時(shí)，需要保證高壓噴射管的提升速度穩(wěn)定在一區(qū)間內(nèi)，短時(shí)間內(nèi)不允許變化過大，在施工到不同的土層時(shí)，如需調(diào)整提升速度應(yīng)當(dāng)獲得現(xiàn)場監(jiān)理工程師的允許。

5)漿液比重與濃度的控制：為了控制好漿液的比重和濃度，需提前確定好灌漿泵內(nèi)漿液量與壓力值，且在施工過程中應(yīng)定期抽檢漿液的比重與濃度。

6)高壓噴射孔孔序及擺角的控制：施工操作時(shí)需注意高壓噴射孔孔序及擺角的控制，杜絕出現(xiàn)因?yàn)榭仔蝈e誤而發(fā)生平行噴射漿液的情況。

4 結(jié) 論

文章從高壓旋噴灌漿技術(shù)在沙溪堤壩工程防滲加固施工的應(yīng)用中著手展開討論，同時(shí)現(xiàn)場施工，對高壓旋噴灌漿技術(shù)的材料制作、漿液控制、施工技術(shù)要點(diǎn)以及施工工藝參數(shù)進(jìn)行了研究總結(jié)，以期為后續(xù)類似工程的施工提供參考，提高堤壩工程的防滲功能，將水利工程的作用充分發(fā)揮出來。