董文超 王金鳳 楊建春

在水電建設(shè)中,高壓旋噴灌漿主要應(yīng)用于壩基防滲、圍堰和松散底層的防滲封堵、截替流及地下工程缺陷的修補(bǔ)等。實(shí)踐表明,本法對第四紀(jì)沖(淤)積層、殘積層以及人工填土等軟弱土層的地基處理效果良好。高壓旋噴灌漿方法有:單管、兩管、三管和多管法。本工程采用兩管法,即漿液和壓縮空氣通過具有兩個(gè)通道的噴射管,在噴射底部側(cè)面的同軸雙重噴射嘴中同時(shí)噴射出高壓漿液和空氣兩種射流沖擊破壞土體,同時(shí)完成置換和填充。

1 工程概況及地質(zhì)條件

江邊水電站一期導(dǎo)流明渠左導(dǎo)墻及主河床上下游側(cè)圍堰采用高壓旋噴防滲墻,高壓旋噴鉆孔 285個(gè),共7 489延米,高壓旋噴灌漿5 415延米,計(jì)劃工期為6個(gè)月。高壓旋噴灌漿頂部高程為1 773 m～1 776 m,因高噴時(shí)段處于初汛和主汛期,高噴平臺最終定為 1 780 m,起噴高程為1 754 m,終噴高程為1 773 m～1 776 m,最大高度為22 m。根據(jù)前期地質(zhì)勘探資料及鉆孔過程中對地層的分析,出露地層主要為第四系沖洪積、沖湖積、崩坡積地層和二疊系下統(tǒng)甲黃溝群。高噴軸線附近范圍覆蓋層自上而下大體可分為三層:①1 780 m～1 772 m層為砂質(zhì)粉土,結(jié)構(gòu)中密～密實(shí),以密實(shí)為主,粉砂的含量較高,局部由于粉砂集中形成透鏡體(③-2粉砂透鏡體),并夾有厚度變化較大的③-1粉質(zhì)黏土;②1 772 m～1 756 m 層為漂(塊)卵(碎)石層,該層屬強(qiáng)透水層;③1 756 m以下為卵(碎)砂礫層,以砂礫為主,含少量卵(碎)石,局部砂礫成分不均勻,結(jié)構(gòu)密實(shí),但未膠結(jié)。

2 高壓旋噴試驗(yàn)確定技術(shù)參數(shù)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過鉆孔試驗(yàn)進(jìn)一步確定鉆機(jī)鉆進(jìn)速度,了解該部位地層巖性分布、地下水位線等地質(zhì)條件。通過灌漿試驗(yàn)初步確定適合本工程地質(zhì)特性的合理的單孔有效噴射范圍,灌漿壓力,漿氣流量,漿液比重,噴射管提升、旋轉(zhuǎn)速度以及各巖層段吸漿量等參數(shù)。在確保高壓旋噴墻施工質(zhì)量的前提下,降低漿液的流失浪費(fèi)。

2.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)一期導(dǎo)流工程混凝土施工進(jìn)度及澆筑順序安排,在左導(dǎo)墻8號塊高噴軸線位置,選取149號～153號孔作為試驗(yàn)段,段長3.2 m,鉆孔灌漿采取分三序施工:Ⅰ序孔為149號、153號,Ⅱ序孔為151號,Ⅲ序孔為150號、152號。

試驗(yàn)孔選擇在兩孔接觸部位,鉆孔采用YGL-100多功能全液壓動(dòng)力頭履帶工程鉆機(jī),鉆孔直徑為130,鉆桿直徑為 91,套管內(nèi)徑為100,采取分段鉆孔注水,按單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)[2]計(jì)算每段透水率,設(shè)計(jì)允許透水率 q≤5 Lu。

其中,q為試段透水率;Lu;Q為壓入流量,L/min;P為作用在試段內(nèi)的全壓力,MPa;L為試驗(yàn)段長度,m;r為試驗(yàn)段套管內(nèi)徑,m;h為試驗(yàn)段內(nèi)液面每分鐘下降高度,m(現(xiàn)場測定)。

2.3 試驗(yàn)成果

在149號～153號試驗(yàn)段孔施工完15 d后,采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn),檢查孔布置在相鄰兩孔相鄰部位,每個(gè)檢查孔按5 m一段進(jìn)行分段壓水試驗(yàn)檢查,以確定高噴灌漿形成墻體的防滲性能,檢查結(jié)果見表1。

表1 注水試驗(yàn)檢查結(jié)果 Lu

2.4 施工參數(shù)確定

本工程高壓旋噴灌漿試驗(yàn)經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理工程師和專業(yè)設(shè)計(jì)人員確認(rèn)后,當(dāng)鉆孔間距為80 cm時(shí),采用雙管法灌漿,相應(yīng)施工參數(shù)見表2。

表2 高壓旋噴灌漿施工參數(shù)

3 高壓旋噴防滲墻施工

3.1 施工準(zhǔn)備

施工場地的平整:施工前對高噴軸線范圍內(nèi)的施工場地進(jìn)行平整,清除外露的孤石,對低洼部位進(jìn)行回填壓實(shí),以利于設(shè)備的就位、擺放平穩(wěn),也為后期控制鉆孔孔斜提供了先決條件。

測量放樣定孔位:根據(jù)設(shè)計(jì)藍(lán)圖用全站儀確定高噴軸線各特征點(diǎn)(圓弧段每間隔10 m增設(shè)一加密點(diǎn))的樁號、高程,并用木樁固定保護(hù)好,再在兩特征點(diǎn)中間采用鋼尺按時(shí)間布孔間距定點(diǎn)。

風(fēng)水電的供應(yīng):鉆孔供風(fēng)采用容積流量為12 m3/min,排氣壓力為1.3 MPa的LGY-12/13G型移動(dòng)式風(fēng)冷螺桿空壓機(jī);灌漿供風(fēng)采用容積流量為6 m3/min,排氣壓力為0.7 MPa的電動(dòng)空壓機(jī);施工用水采用IS65-50-160型抽水機(jī)直接從九龍河抽取;施工用電考慮鉆孔、高噴灌漿兩套設(shè)備同時(shí)運(yùn)行用電負(fù)荷約700 kW,電源從右岸營區(qū)10/0.4 kV變壓器引接,施工現(xiàn)場配備專用配電柜。

供漿系統(tǒng):在高噴軸線靠河床側(cè)較寬敞部位用腳手鋼管搭建臨時(shí)倉庫(面積約160 m2)作為灌漿工作站,四周及頂部用彩條布圍護(hù)。制漿站內(nèi)設(shè)水泥倉庫(可存放水泥40 t)和灰臺以及灌漿泵、空壓機(jī)、儲氣罐等灌漿設(shè)備。

排水、排污系統(tǒng):為提倡安全文明施工,對高噴灌漿產(chǎn)生的廢水、廢漿采取集中引排處理,在高噴平臺靠河床側(cè)設(shè)置沉淀池,體積約10 m3。待漿液沉淀后將表層清水引排至九龍河,沉淀泥渣挖運(yùn)至指定地點(diǎn)。

設(shè)備調(diào)試檢測:1)調(diào)整、檢查漿閥、水閥、氣閥是否漏漿、漏氣、漏水,如有異?，F(xiàn)象,立即排除處理。2)檢查水、氣、漿液管路是否暢通、老化,及時(shí)更換,保障各條管路暢通無阻。

3.2 鉆孔

根據(jù)本工程設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)特性,鉆孔采取分三序施工,以利于基礎(chǔ)的穩(wěn)定,并減少因周邊孔鉆進(jìn)時(shí)對相鄰孔位產(chǎn)生振動(dòng),造成塌孔現(xiàn)象。鉆機(jī)就位時(shí),保證鉆機(jī)平穩(wěn)、牢固,并由操作人員用水平尺校準(zhǔn)鉆機(jī)垂直度。鉆孔時(shí)應(yīng)根據(jù)不同地層地質(zhì)條件,給予適當(dāng)?shù)慕o進(jìn)壓力,不能盲目追求進(jìn)尺,且隨時(shí)注意孔口上返巖屑情況,防止因巖屑產(chǎn)生過多上返不及時(shí),造成套管及鉆桿卡死現(xiàn)象,造成廢孔,影響鉆孔效率。

3.3 成孔護(hù)壁

按照圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求鉆孔至超出設(shè)計(jì)孔深以下0.5 m,鉆桿提起分節(jié)拆除,鉆機(jī)移位,下入φ 90 PVC護(hù)壁套管,前期因就近市場未有配套PVC,致使購買的PVC管管徑偏大下放不到位,后來采取將已購買的PVC管用刀片抽槽,再用塑膠布整體包裹的方法縮小管徑,每節(jié)連接采用塑膠布纏緊固定。PVC套管下放到位后,采用50 t油壓拔管機(jī)起拔套管,拔管時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行,并對PVC施加向下壓力,以免起拔過程將PVC管提起造成底部塌孔,PVC套管難以就位造成后期掃孔處理。

3.4 高壓旋噴灌漿

本工程高壓旋噴灌漿采取兩管法(漿+氣),起噴前在地面類似地層做試噴試驗(yàn),試噴結(jié)束后,將噴嘴周圍用塑膠布包裹纏繞,以防止下放過程中細(xì)砂粒堵塞噴嘴,影響噴射效果,嚴(yán)重時(shí)引起爆管。本工程中采用的高平臺車桅桿最大高度為18 m,設(shè)計(jì)最大孔深為26 m(含覆蓋層),噴射管分兩節(jié)絲扣連接下放至設(shè)計(jì)孔底。在噴灌過程中,當(dāng)噴射管提升到最大高度后,將下一節(jié)噴射管卸掉,在上一節(jié)底端安裝噴頭,下放至已噴頂端以下0.5 m起噴。

4 特殊情況處理

4.1 PVC套管下放不到位處理

PVC管下放過程中受地下水浮力及孔內(nèi)巖屑、孔底返砂的阻礙致使PVC管下放困難,此時(shí)可采取將水管下放孔內(nèi)進(jìn)行循環(huán)沖洗,起到將孔內(nèi)巖屑上返、稀釋流砂的作用,同時(shí)將PVC管向下施壓下放。若還下放不到位,做掃孔處理。

4.2 噴射管下放不到位、卡管處理

若出現(xiàn)噴射管下放不到位時(shí),要反復(fù)提升、下放噴射管,并旋轉(zhuǎn)噴管,加大供風(fēng)流量,使得孔內(nèi)石屑上返,從而使噴射管下放至設(shè)計(jì)孔底高程;對于松散砂質(zhì)地層噴射過程中,在高速射流切割作業(yè)下極易使靠近噴頭上部砂質(zhì)攪動(dòng)坍塌,使得漿液阻塞無法上返,將噴射管卡死。

4.3 不返漿處理

1)向孔內(nèi)填入砂、土等堵漏材料;2)加大漿液密度或灌注水泥砂漿、水泥黏土漿等;3)在漿液中摻入速凝劑;4)降低噴射壓力,進(jìn)行原位灌漿。本工程中對孔口不返漿采取復(fù)噴處理,最大復(fù)噴高度為15.4 m,最多復(fù)噴次數(shù)為3次。

5 施工過程質(zhì)量控制

1)孔深、孔斜控制。鉆機(jī)就位前應(yīng)將場地進(jìn)行平整,鉆機(jī)就位后調(diào)整機(jī)身平整,用自帶測斜系統(tǒng)、水平尺或鉛錘吊線等措施對鉆桿進(jìn)行校準(zhǔn),鉆桿每鉆進(jìn)5 m測量機(jī)體、立軸垂直一次,保證鉆桿垂直鉆進(jìn)、減小偏斜率,孔深的測量可根據(jù)每節(jié)鉆桿的長度進(jìn)行跟蹤記錄。2)漿、氣控制。施工過程中,對每池漿液濃度用比重計(jì)進(jìn)行測量,使其滿足規(guī)范及本工程項(xiàng)目所確定的工藝參數(shù)要求,并根據(jù)漿池容量確定水灰比(量化),以利于漿液濃度的控制。對于吸漿量大的區(qū)段在規(guī)范允許范圍內(nèi)可適當(dāng)增加漿液的比重,在供漿泵的出口端安設(shè)漿液流量表、壓力表,以便于對漿液流量及壓力的控制、調(diào)整。3)提升、旋轉(zhuǎn)速度控制。應(yīng)根據(jù)各地層段的地質(zhì)情況及漿液返漿情況,及時(shí)按照工藝參數(shù)對噴射管提升、旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)整,在鉆孔過程中需要詳細(xì)記錄各段地層變化情況,以便有效控制高壓旋噴防滲墻的施工質(zhì)量。

6 結(jié)語

高壓旋噴防滲墻的鉆孔、灌漿應(yīng)根據(jù)工程本身所處的地層地質(zhì)條件,通過試驗(yàn)確定合理的施工技術(shù)參數(shù),對于特殊情況的處理,按照規(guī)范規(guī)定處理的同時(shí),靈活多變,各種方法相結(jié)合,綜合工期、成本分析,選擇適合工程自身切實(shí)可行的施工技術(shù),為類似工程高壓旋噴灌漿施工提供參考依據(jù)。

[1] 水利水電工程施工手冊·地基與基礎(chǔ)工程[M].北京:中國電力出版社,2005.

[2] DL/T 5200-2004,水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 陳嘉福.高壓旋噴樁技術(shù)及其質(zhì)量控制指標(biāo)探討[DB/OL].http://www.studa.net/Constructs/090719/15411027./html.

[4] 李相然,趙春富,高明久.高噴灌漿技術(shù)在卵礫石層地下水庫構(gòu)筑中的應(yīng)用[J].水利學(xué)報(bào),2003(3):80-85.