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        關(guān)于擺噴技術(shù)對沙質(zhì)河岸防滲效果的研究

        2015-12-23 06:19:54王子文劉經(jīng)強(qiáng)高
        治淮 2015年4期
        關(guān)鍵詞:板墻工法防滲墻

        王子文劉經(jīng)強(qiáng)高 健

        科技推廣與應(yīng)用

        關(guān)于擺噴技術(shù)對沙質(zhì)河岸防滲效果的研究

        王子文1劉經(jīng)強(qiáng)1高 健2

        一、引言

        高噴法起源于日本20世紀(jì)60年代末的CCP(Chemical Charning Pile)工法(單管法),是一種利用高壓水力噴射切割機(jī)理,將土、化學(xué)藥品或水泥漿液一起攪拌,使之形成固結(jié)體,以達(dá)到防滲和加固目的的方法。擺動噴射(俗稱“擺噴”)是高噴法的一種,具有地層適用面廣、造價低、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn),在復(fù)雜地質(zhì)條件及施工環(huán)境惡劣的堤段,具有廣闊的應(yīng)用前景。

        工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),通過擺噴工法所形成的防滲墻,在對接部位的滲透比降較低,是整個防滲墻中抗?jié)B穩(wěn)定性較為薄弱的環(huán)節(jié)。

        二、原因分析

        高噴防滲墻的防滲機(jī)理在于其多層的復(fù)合型結(jié)構(gòu)。擺噴注漿形成的防滲墻凝結(jié)體雖成連續(xù)板墻狀,但其外形不像機(jī)械造槽澆注形成的混凝土防滲墻那樣規(guī)則,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不像混凝土那樣均勻,而是呈現(xiàn)復(fù)合型結(jié)構(gòu)(如圖1),其中滲透凝結(jié)層的滲透系數(shù)為最小。若兩相鄰樁體對接重合面積過小或鉆孔時偏斜過大,都會影響防滲墻整體的抗?jié)B穩(wěn)定性。

        三、解決方案

        針對不同的工程要求,可將兩種或多種工法結(jié)合使用,組合形成多種形狀的凝結(jié)體,以達(dá)到提高抗?jié)B穩(wěn)定性的目的。

        1.旋擺結(jié)合

        防滲墻設(shè)計(jì)為旋擺相間的結(jié)構(gòu),高壓噴射注漿采用兩序進(jìn)行施工:一序?yàn)樾龂?,二序?yàn)閿[噴。

        根據(jù)具體工程要求,確定旋擺噴孔中心距離,從而確定出各個鉆孔的位置。①鉆孔。鉆進(jìn)時嚴(yán)格控制孔斜,保證兩孔間所形成的防滲凝結(jié)體充分結(jié)合,不留空隙。②下注漿管。將注漿管下放到設(shè)計(jì)深度,進(jìn)行旋噴作業(yè)。③噴射提升。當(dāng)噴射管下到設(shè)計(jì)深度后,送入水、氣、漿,靜噴1~3min;待注入的漿液冒出后,按預(yù)定的提升、旋轉(zhuǎn)、擺動速度自下而上邊噴射邊轉(zhuǎn)動、擺動,邊提升直到設(shè)計(jì)高度,停送水、氣、漿,提出噴射管。④清洗。當(dāng)噴射到設(shè)計(jì)高度后,噴射完畢,應(yīng)及時將各管路沖洗干凈,不得留有殘?jiān)?,以防堵塞。尤其是注漿系統(tǒng)更為重要。⑤回填。為解決凝結(jié)體頂部因漿液析水而出現(xiàn)的凹穴現(xiàn)象,當(dāng)噴射結(jié)束后,隨即在噴射孔內(nèi)進(jìn)行靜壓填充注漿,直至孔口液面不再下沉為止。⑥鉆機(jī)移動。將鉆機(jī)移動到下一孔位,準(zhǔn)備下一孔的注漿。

        旋擺結(jié)合這一工法有效解決了擺噴中存在的對接部位防滲性能差的問題。

        2.減少擺距

        擺噴的噴射半徑在砂土層約為2m,但在實(shí)際的工程應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn),擺噴的防滲效果沒有理論中的效果好。在擺噴的噴射邊緣處,往往因?yàn)橥翆硬痪鶆虻雀鞣N原因造成邊緣處防滲墻厚度不均勻,防滲效果差。顯然,在實(shí)際的工程應(yīng)用中,如果按照2m來打防滲帷幕墻是不科學(xué)的。所以根據(jù)工程地質(zhì)的實(shí)際情況適當(dāng)減少噴施徑距,也是一種提高擺噴防滲效果的一種方法。

        3.靜壓注漿加強(qiáng)法

        高壓擺噴注漿是借助于高壓射流沖切摻攪地層。漿液只是在高壓射流方向上有良好的可控性,但可注性效果并不能得到合理的控制,在擺射注漿的邊緣處,漿液濃度往往達(dá)不到施工的要求。

        為了解決上述問題,可以采用高壓擺噴與靜壓注漿相結(jié)合的方法。通過高壓擺噴進(jìn)行施工,在擺噴后混凝土尚未凝結(jié)時在擺噴的防滲效果最差的地方進(jìn)行打孔,使混凝土漿液借助于漿壓力使?jié){液沿空隙滲透進(jìn)入防滲層,與擺噴防滲層的混凝土共同凝結(jié),加強(qiáng)防滲效果。

        四、工程實(shí)例

        選取高壓擺噴灌漿技術(shù)在牟汶河攔河閘工程中的應(yīng)用為工程實(shí)例,施工工法特點(diǎn)為三重管高壓擺噴。

        1.工程概述

        圖1 擺噴注漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

        牟汶河攔河閘工程位于萊蕪市萊城區(qū)牛泉鎮(zhèn)大莊村西,牟汶河下游,攔河閘樞紐工程全長367m,最大水深12m,回水長5km,控制流域面積1323km2,總庫容2000 萬m3,攔河閘以上干流平均坡度為1.6‰。是一座以供水為主,結(jié)合灌溉、發(fā)電、美化環(huán)境等綜合利用的水利樞紐工程。工程位置處地層比較簡單,從上到下大致可分為3層:(1)上部為中粗砂層,棕黃色,局部含少量粉粒,濕~飽和,松散~稍密,主要為石英、長石質(zhì),一般顆粒直徑0.3~1mm,厚度3.2~4.6m。(2)中部為砂礫層,褐黃、白色,濕~飽和,自上而下由松散漸變?yōu)樯悦?,含石英質(zhì)礫石,土質(zhì)不均勻,厚度2.3~3.0m。(3)下部為第三系粘土巖(E),黑褐色夾灰褐色,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),薄層狀構(gòu)造。

        2.施工工藝

        (1)施工設(shè)備

        主要施工設(shè)備為:造孔系統(tǒng)、高壓水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、制漿供漿系統(tǒng)、提升噴射系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。

        (2)施工布置

        高噴墻的結(jié)構(gòu)形式采用擺噴折接,高噴灌漿共布置307個灌漿孔,孔距1.5m,擺噴角度30°,采用三管法(水、氣、漿分別由3條并列的管道輸送)設(shè)備施灌制作折線形防滲板墻。高噴灌漿下界線為入基巖面以下1.0m,上與主河床相平,為減少串孔、塌孔及保護(hù)板墻有效連接,分Ⅰ、Ⅱ序孔進(jìn)行施工。

        (3)施工方法及工藝

        造孔采用2臺XY-100型鉆機(jī)進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),用當(dāng)?shù)卣惩林茲{進(jìn)行鉆孔護(hù)壁,采用GP500-4型高壓噴射灌漿機(jī)1臺進(jìn)行擺噴灌漿。引孔造好后高壓噴射灌漿機(jī)就位下高噴管,下高噴灌管前先在地面進(jìn)行試噴以確定噴射方向。高壓噴射以水、氣、漿為介質(zhì),高壓噴頭使用一對水平噴嘴噴出35~40MPa的高壓水(周圍用壓縮空氣保護(hù)水柱)射流切割破壞被灌地層,出漿口垂直于高壓水嘴,在高噴管的底部灌入密度大于1.60g/cm3的水泥漿充填被高壓水切開的空間,并使地層中的泥、砂等細(xì)小顆粒排出地表,從而形成高噴板墻,主要施工流程如下:

        圖1 高壓噴射灌漿工藝流程

        表1 施工技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

        (4)施工參數(shù)

        施工所采用的高噴參數(shù),按設(shè)計(jì)要求在正式施工前做了一個矩形試驗(yàn)圍井,圍井邊長3m×1.5m,面積4.5m2,圍井深7.5m,其中中粗砂層厚4.2m,砂礫石層厚3.3m,基巖平均埋深7.5m。試驗(yàn)中對不同地層的提升速度、擺動角度及水、氣、漿等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測試,凝固14d后,進(jìn)行注水試驗(yàn),然后全部挖開檢查,發(fā)現(xiàn)板墻噴射均勻,連接牢固。砂礫石層擺角形成墻體厚度30cm以上,雙面有效噴嘴噴射長度為1.6~1.8m,墻體強(qiáng)度大于5.0MPa,墻體滲透系數(shù)為4.6×10-6cm/s,滿足設(shè)計(jì)要求。高噴施工參數(shù)見表1。

        (5)施工方法

        ①灌漿鉆孔施工

        鉆機(jī)安放平穩(wěn),孔位偏差小于50mm,均用水平尺校正機(jī)臺水平和鉆機(jī)立軸垂直度,通過回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、泥漿護(hù)壁成孔。失漿嚴(yán)重時,注入稠泥漿或粘土進(jìn)行堵漏處理。鉆進(jìn)過程中使用測斜儀對鉆孔進(jìn)行測斜,當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆孔傾斜時,及時采取補(bǔ)救措施,以確保成孔傾斜度小于1%。鉆孔結(jié)束后及時向孔內(nèi)注入稠泥漿,防止塌孔。地質(zhì)人員跟班對巖芯進(jìn)行分層描述。

        ②高壓擺噴施工

        為保證先期形成的板墻與后期形成的板墻有效連結(jié),采用Ⅰ、Ⅱ序孔施工方法,即先施工完Ⅰ序孔,然后再施工Ⅱ序孔。高噴機(jī)就位后,先在地面進(jìn)行試擺和試噴,定好噴射方向,待各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到要求后再下噴射管至孔底,先按規(guī)定參數(shù)進(jìn)行原位噴射,待漿液返出孔口、情況正常后方可開始提升噴射。噴射下界線為入強(qiáng)風(fēng)化粘土巖1.0m以下。當(dāng)在砂卵石層中容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象致使高噴管下不到預(yù)定深度時,移開高噴機(jī),用鉆機(jī)進(jìn)行掃孔,用濃粘土漿或直接倒入粘土進(jìn)行護(hù)壁,然后才能進(jìn)行高噴操作。噴射過程中,出現(xiàn)故障而停噴時,待故障排除后,將噴管下至停噴前深度0.5m以下重新噴射,確保板墻連接良好。部分砂礫卵石層孔段出現(xiàn)漏漿而無冒漿時,就停止提升,并加大水泥漿液濃度,直至孔口有冒漿后才開始重新提升。當(dāng)發(fā)生鄰孔串漿時(主要發(fā)生在Ⅰ序孔),將串漿孔堵死,灌漿孔依照正常施噴要求進(jìn)行。單孔噴灌結(jié)束后,采用0.7∶1的純水泥漿進(jìn)行回填補(bǔ)灌,反復(fù)進(jìn)行,直至漿面不再下沉為止。在噴灌過程中,隨時監(jiān)測進(jìn)漿密度、回漿密度、流量,水、氣、漿的壓力和流量,擺噴角度,提升速度等施工參數(shù),并詳細(xì)記錄。

        3.使用效果

        高噴防滲板墻完工后經(jīng)開挖檢驗(yàn)和圍井抽水試驗(yàn),板墻折接完好,成墻厚度≥30cm,滲透系數(shù)K≤5×10-6cm/s,岸邊取水井動水位上升0.5m,完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        五、結(jié)語

        擺噴技術(shù)在防滲工程中應(yīng)用廣泛,具有特殊的優(yōu)越性,在一些特殊的堤段甚至是不可代替的。因此,加強(qiáng)對擺噴的理論研究及應(yīng)用實(shí)踐的探索,完善擺噴的理論體系,具有重要的實(shí)踐意義。針對堤防的不同類型,應(yīng)加強(qiáng)擺噴施工與其他防滲施工工法的綜合應(yīng)用

        (作者單位:1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院 271018 2.沂沭河水利管理局 276000)

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