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        雙液控制灌漿技術(shù)在漂卵石層防滲帷幕中的應(yīng)用

        2010-03-21 08:53:06趙鐵軍
        湖南水利水電 2010年5期
        關(guān)鍵詞:雙液水玻璃卵石

        趙鐵軍

        (湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司長沙市410007)

        1 工程概況

        百色水利樞紐水庫淹沒區(qū)汪甸防護(hù)工程位于右江樂里河支流上,堤防工程主要建筑物有防護(hù)堤、自排涵、排澇站、排滲井等,防護(hù)堤全長1 182.9 m,地面高程(220~231)m,堤頂高程229.5 m。

        2006年8月底~9月初,當(dāng)庫水位達(dá)到222 m高程時,發(fā)現(xiàn)東區(qū)防護(hù)堤基土滲水濕潤嚴(yán)重,部分堤段(樁號1+715~2+155m)排滲井已出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象,在原水文站東面地形較低的地方(地面高程221 m以下)浸水嚴(yán)重,地面逐步產(chǎn)生沼澤化。當(dāng)庫水位進(jìn)一步增加至正常庫水位時,局部可能會出現(xiàn)管涌,嚴(yán)重危及到堤防安全,必須進(jìn)行有效的防滲處理。

        根據(jù)勘探,堤基地層自上而下為:

        (1)堤防填土(QS):紅褐色、黃褐色粉質(zhì)粘土及含碎石粉質(zhì)粘土等,來源于階地上的沖積層和附近的山坡上殘坡積層。

        (2)粉質(zhì)粘土(Qpal-2):厚度(2~5)m,較密實。可硬塑狀態(tài)。滲透系數(shù)K=(5.84×10-6~6.45×10-5)cm/s。

        (3)含泥漂卵石層(Qpal-1):厚(3.5~12.2)m。結(jié)構(gòu)松散,但無架空現(xiàn)象,局部泥質(zhì)膠結(jié),底部漂卵石含泥量較少,漂石分布不均一。滲透系數(shù)K=(1.68×10-3~1.12)cm/s。

        (4)基巖為T2L中厚層灰色砂巖夾淺灰色泥巖或與砂巖互層,隔水性能良好。

        2 防滲處理設(shè)計與施工

        按照設(shè)計要求,結(jié)合堤基的水文、工程地質(zhì)條件,采取雙液(水泥、水玻璃)灌漿方法,對漂卵石層進(jìn)行防滲灌漿處理(以下簡稱“雙液帷幕灌漿”),灌漿自下而上分段進(jìn)行。

        帷幕灌漿沿堤頂縱向設(shè)置,按2排2序施工,孔距2.0 m,排距1.2 m,呈梅花形布置,孔深進(jìn)入基巖(0.5~1.0)m。

        2.1 灌漿材料的配合比

        針對本工程是在漂卵石層中進(jìn)行帷幕灌漿,且當(dāng)樂里河水位上漲時屬于動水條件注漿。在這種情況下,為控制漿液不致流失太遠(yuǎn),必須使?jié){液在合適的時間內(nèi)凝固。

        漿材配比試驗選擇1∶1和0.8∶1兩組水灰比,分別摻加3%、5%、7%、10%的水玻璃進(jìn)行了漿液初、終凝時間、流動性、析水率的測定,其成果見附表。

        施工時,根據(jù)本工程的實際情況,采用4%的水玻璃摻量為基數(shù),適時根據(jù)鉆孔灌漿情況進(jìn)行調(diào)整。

        2.2 灌漿設(shè)備與機(jī)具

        漿液攪拌桶采用0.6 m3立式攪拌桶。

        輸漿管采用軟鋼絲加固管和鋼管,并保證能承受1.5倍的最大壓力。

        灌漿設(shè)備:采用專用雙液灌漿泵并結(jié)合采用SGB-10型灌漿泵。

        附表可使用的雙液漿的配比和性能表

        2.3 制漿

        原漿制備主要采用宏禹巖土公司自行研制的ZJ-2000全自動集中制漿站、原漿經(jīng)分送到儲漿桶后,采用低速制漿機(jī)根據(jù)需要配比配漿后輸往各施工點。

        制漿材料必須稱量,稱量誤差不大于5%。水泥等固相材料宜采用重量稱量法?;旌蠞{嚴(yán)格按配比配置。各類漿液必須攪拌均勻。

        制漿使用與集中制漿站配套的高速攪拌機(jī),攪拌時間不少于30 s。漿液在使用前應(yīng)經(jīng)二次過篩,從制漿到用完的時間不超過4 h。

        2.4 造孔

        (1)放線布孔。

        首先根據(jù)設(shè)計圖紙標(biāo)明的孔位,采用皮圈尺和鋼尺進(jìn)行鉆孔整體放樣。確定施工軸線后,并逐孔定好孔位,用油漆在防浪墻上標(biāo)記好,并每隔20 m設(shè)置控制性樁號。施工時,再用鋼卷尺重新校測,逐孔復(fù)核孔位(防止施工過程時標(biāo)記樁被移動),孔位與設(shè)計位置偏差不大于10cm。

        (2)造孔。

        ●鉆機(jī)就位??孜淮_定無誤后,將鉆機(jī)移至核定的孔位上,按照要求進(jìn)行機(jī)架、機(jī)座校正,確認(rèn)導(dǎo)桿或立軸與鉆孔傾角一致,并在同一軸線上,配備良好鉆具,保證鉆孔鉛直開孔。

        ●鉆進(jìn)。開孔采用沖擊鉆,穿過覆蓋層進(jìn)入漂卵石層后,采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)。為防止施工中過多的鉆進(jìn)水滲入堤身內(nèi),影響堤身穩(wěn)定,堤身鉆進(jìn)均采用套管對土層進(jìn)行有效防護(hù)隔離。鉆孔結(jié)束后,再將套管拔起。

        (3)鉆孔記錄與鉆孔保護(hù)。

        鉆進(jìn)過程中,各孔要求詳細(xì)記錄孔位、孔深、地層變化、換層情況和水位下降、掉鉆,尤其注意分層的位置所在,遇到的特殊情況(大漂石、含泥夾層、掉鉆、卡鉆等)。導(dǎo)孔、試驗孔、檢查孔等均作詳細(xì)地質(zhì)編錄,記錄巖土層分層厚度、性狀和觀測地下水位等地質(zhì)情況。

        鉆進(jìn)至設(shè)計孔深后,待灌或灌漿結(jié)束時待鉆,孔口均進(jìn)行加蓋處理,防止異物進(jìn)入。

        2.5 灌漿

        (1)灌漿方法。

        本工程帷幕雙液灌漿采用依次加密法分二序施工,自下而上分段灌漿法,段長0.5 m。

        鉆孔達(dá)到要求深度后,下入灌漿管至孔底(若垮孔,采用打桿法至孔底),然后用碎礫石回填孔內(nèi)至含泥漂卵石層頂部,上部采用粘土填滿灌漿管與孔壁之空隙,試壓漿,當(dāng)止?jié){效果較差時,再適度送入雙液漿至孔口返漿為止,待凝(30~60)min,開始灌注。如果在上提灌漿管后,出現(xiàn)從灌漿管和土層間隙處出現(xiàn)冒漿,采取再次注漿后孔口返漿后待凝10 min左右的方法,使漏漿得到有效止?jié){。

        (2)漿液水灰比:灌漿漿液濃度按先稀后濃、逐級變換的原則進(jìn)行。

        漿液水灰比采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1。一般情況下開灌水灰比采用1∶1,漿液配制要稱量準(zhǔn)確,保證誤差小于5%。漿液變換按以下條件控制,即:

        當(dāng)灌漿壓力保持不變,注入率持續(xù)減少時或當(dāng)注入率不變,壓力持續(xù)升高時,不得改變水灰比。當(dāng)某一級漿液的注入量達(dá)300 L以上或灌注時間已達(dá)30 min,而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不明顯時,應(yīng)改濃一級水灰比或通過控制水玻璃的加入量來控制漿液灌入量。當(dāng)注入率大于30 L/min,可根據(jù)具體情況,降低壓力,調(diào)整漿液膠凝時間來控制灌漿。

        灌漿過程中,水玻璃最大摻量為5%,若灌漿段吸漿量太少,則適量降低水玻璃的摻量至1%~3%;若灌入量過大,降低壓力,減少注入率,適當(dāng)延長灌漿時間,待注入漿液逐步凝固后,在緩慢升壓至結(jié)束。

        (3)灌漿壓力。

        灌段灌漿壓力最大值不得超過0.6 MPa。壓力表安裝于孔口進(jìn)漿管路上。灌漿時,應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計壓力。但當(dāng)注入率較大,可考慮分級升壓。

        (4)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

        采用雙液控制灌漿自下而上灌漿法,達(dá)到設(shè)計規(guī)定最大壓力0.6 MPa,累計注入量達(dá)到750 kg/m后,上提灌漿或終孔結(jié)束。

        (5)封孔。

        每個雙液灌漿孔全孔灌漿結(jié)束后,經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后,土層中倒入粘土球,用鉆桿擊實封孔,每次擊實回填厚度不超過30 cm。

        3 幾種情況下的處理措施

        3.1 內(nèi)外水位發(fā)生變化時的施工措施

        庫水位低于堤內(nèi)被保護(hù)耕地地面高程2 m以下時,堤基帷幕雙液灌漿依據(jù)前述的施工工藝進(jìn)行;當(dāng)庫水位急劇上漲,高于被保護(hù)耕地地面高程時,堤基帷幕雙液灌漿需采取以下針對性措施:

        (1)由于庫水位升高,堤基及耕地地區(qū)地下水位將會抬升,灌注漿液在地下水流作用下,將會向耕地內(nèi)側(cè)反流,形成動水條件下施工。因此,灌漿必須嚴(yán)格控制其擴(kuò)散半徑,適當(dāng)加大速凝劑摻量(5%~7%),以防漿液擴(kuò)散太遠(yuǎn),影響灌漿效果。

        (2)加強(qiáng)對堤內(nèi)被保護(hù)區(qū)的觀測力度,嚴(yán)格控制灌漿灌入量,防止因灌漿而引起堤內(nèi)抬動、擊穿而出現(xiàn)涌、突水事件。

        (3)適時檢查施工使用的壓力表、流量表等計量設(shè)備的靈敏度,防止因儀表失靈而導(dǎo)致涌、突水事件的發(fā)生。

        3.2 孔斜的控制

        當(dāng)鉆孔鉆至(5~10)m時,對鉆機(jī)平臺和立軸鉆桿進(jìn)行觀測,若發(fā)現(xiàn)異樣時,及時進(jìn)行孔斜測量,偏斜率不能滿足要求時,及時采取糾斜措施,直至滿足要求為止。終孔時,逐段進(jìn)行量測孔斜,凡自檢時發(fā)現(xiàn)綜合鉆孔斜率超過1%時,一律重新造孔,自檢測定合格后,請監(jiān)理工程師現(xiàn)場驗收確認(rèn)。保證施工形成連續(xù)一體的有效防滲帷幕,避免帷幕線不連續(xù)或開褲叉的現(xiàn)象。全線施工的帷幕孔由于嚴(yán)格的質(zhì)量控制,偏斜率均控制在設(shè)計要求允許范圍以內(nèi)。

        3.3 特殊部位的施工質(zhì)量控制

        根據(jù)堤基漂卵石的情況,主要集中在漂卵石層較厚的部位,漂卵石分布狀態(tài)及含泥量不均,礫徑大小不一,帷幕灌漿過程中出現(xiàn)了大量吸漿、串漿、沿鉆孔返漿、吸水不吸漿漿液回濃等諸多特殊灌漿問題,施工時控制灌注質(zhì)量則成為帷幕是否形成的主要控制手段,基本做法如下:

        (1)從鉆孔入手,掌握鉆孔內(nèi)實際的地質(zhì)資料。

        鉆孔時,密切注視鉆探感應(yīng),對鉆進(jìn)速度、回水顏色、狀況進(jìn)行真實記錄,通過簡易注水試驗,了解地層的滲透特性,從而用以指導(dǎo)灌漿施工。

        (2)嚴(yán)格操作程序,按照技術(shù)要求進(jìn)行操作。

        灌漿過程中,要求灌漿管到位,漿液的制定、變比、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格遵循技術(shù)要求,保證各施工孔段得到有效灌注,形成有效的防滲帷幕。

        (3)大量吸漿段的處理。

        大量吸漿段主要為漂卵石層較厚的灌段。灌漿時,出現(xiàn)大量吸漿后,早期按要求進(jìn)行水灰比變濃,同時對地表相應(yīng)部位進(jìn)行觀察,是否從地表漏漿或與其它鉆孔串通,若出現(xiàn)上述情況,采取封閉漏漿點等相應(yīng)措施。若單位灌入量大,無法起壓時則采取限流、間歇灌漿,加大水玻璃的摻合比例。

        (4)孔口返漿的處理。

        孔口返漿的主要途徑多為孔內(nèi)灌漿管封堵不密實。灌漿過程中,若出現(xiàn)此現(xiàn)象,則須將灌漿管拔起后重新下入,并重新封孔,至止?jié){后再灌至正常結(jié)束。帷幕灌漿過程中,所出現(xiàn)的孔口返漿情況,均按上述方法處理,達(dá)到了較為理想的處理效果。

        (5)相鄰孔串漿的處理。

        相鄰孔串漿主要通過漂卵石層發(fā)生。本工程系漂卵石層灌漿,在漂卵石厚度相對較小時串漿出現(xiàn)的概率較高。當(dāng)孔距在4 m左右時,常出現(xiàn)串漿現(xiàn)象。當(dāng)兩孔均具備灌漿條件時,下入灌漿管,同時進(jìn)行灌漿至正常結(jié)束;被串孔不具備灌漿條件時(正在鉆進(jìn)或灌漿設(shè)備不足),立即停止鉆進(jìn),或用泥球?qū)︺@孔進(jìn)行回填,當(dāng)灌漿孔結(jié)束后,被串孔鉆進(jìn)至設(shè)計孔深,再進(jìn)行灌漿至正常結(jié)束。

        (6)冒漿段的處理。

        帷幕灌漿時,極少數(shù)孔從堤前出現(xiàn)冒水冒漿,多為堤體填土個別部位在河水滲漏條件下形成滲流破壞,而為漿體冒出堤面提供了良好條件。出現(xiàn)冒漿時,采取降壓、限流、加大水玻璃的摻合量、間歇待凝等措施進(jìn)行處理。如采取降壓,限流灌注一定量后仍不能結(jié)束者,采取灌注待凝,再掃孔復(fù)灌至正常結(jié)束。

        4 幾點體會

        (1)在灌漿過程中,應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件采取相應(yīng)的措施,才能從根本上保證灌注效果。本工程針對地基的地質(zhì)條件,采取了濃泥漿護(hù)壁造孔,及時調(diào)整漿液濃度、水玻璃摻和量和一次性預(yù)埋射漿管等多種施工工藝,從根本上保證了帷幕灌漿的正常施工和施工質(zhì)量。

        (2)選擇適宜的施工設(shè)備和有效的施工方法是工期、質(zhì)量和安全保證的首要條件。

        (3)工程技術(shù)人員的施工經(jīng)驗、技術(shù)素質(zhì)是工程質(zhì)量的根本保證。本工程施工中配備了相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員,從而能及時對工程鉆孔和灌漿過程中揭露的地質(zhì)條件,出現(xiàn)的各種特殊信息進(jìn)行分析,解決施工過程中的各個難題,及時采取了針對性的有效處理措施,保證了施工質(zhì)量。

        (4)灌漿工程施工過程中,安全隱患無處不在。因此,施工管理人員應(yīng)高度重視,并應(yīng)采取強(qiáng)有力安全保證措施,確保施工無人身、設(shè)備安全事故出現(xiàn)。

        (5)加強(qiáng)施工隊伍的素質(zhì)、責(zé)任意識的管理是保證工程順利完成的關(guān)鍵。本工程從施工進(jìn)場開始,自始至終對全員進(jìn)行思想、業(yè)務(wù)技術(shù)、安全質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)等多方位的培訓(xùn),全員目的明確,思想統(tǒng)一。同時輔以相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)獎罰也是工程管理的相應(yīng)手段。施工中做到了獎優(yōu)罰劣、獎勤罰懶,激發(fā)工程施工、技術(shù)、管理人員的工作積極性,從而保證了工程的按期優(yōu)質(zhì)完成。

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