林　毅中國(guó)水利水電第十六工程局有限公司（361000）

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三管高壓旋噴灌漿在某小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

林毅
中國(guó)水利水電第十六工程局有限公司（361000）

摘要：為解決重力壩防滲問題，改善地基土的受力條件及邊坡穩(wěn)定，提高壩體的抗剪強(qiáng)度，改善地基土的變形性能?？稍谒畮?kù)加固除險(xiǎn)工程中應(yīng)用三管高壓噴射灌漿技術(shù)。該技術(shù)不僅防滲能力得到提高，防洪壓力減輕，而且對(duì)保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到積極的作用。這里簡(jiǎn)要分析了三管高壓旋噴灌漿技術(shù)的工作原理、質(zhì)量控制要點(diǎn)及工程實(shí)例中的防滲效果。

關(guān)鍵詞：三管高壓旋噴灌漿；工作原理；水庫(kù)除險(xiǎn)加固；控制要點(diǎn)

1　實(shí)例分析

某控制流域面積為5.6 km2，總庫(kù)容為110萬(wàn)m3的小型水庫(kù)，是一座防洪、灌溉及水產(chǎn)養(yǎng)殖三者兼顧的綜合小型水庫(kù)。

大壩為均質(zhì)土壩，壩高最大為31.3 m，壩頂高程534.9 m，壩頂寬5 m，壩頂長(zhǎng)86 m。該水庫(kù)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇設(shè)計(jì)，其校核年限是300年。

當(dāng)?shù)胤篮檗k決定對(duì)該壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理，其原因是：根據(jù)水庫(kù)安全鑒定的復(fù)核成果，大壩不僅背水坡多處出現(xiàn)滲漏，而且基腳出現(xiàn)塌陷。

三管高壓旋噴灌漿防滲樁設(shè)計(jì)，是對(duì)壩體進(jìn)行加固的主要方法，將灌漿孔按平行壩軸線單排布置，距大壩防浪墻外側(cè)2.2 m，分兩序孔逐漸加密施工，孔距為l m。第一序孔距2 m，第二序孔距1 m。全壩段范圍開展除險(xiǎn)加固施工，鉆孔從壩頂鉆至強(qiáng)風(fēng)化巖石下限，灌漿從強(qiáng)風(fēng)化巖石下限至正常蓄水位，總的灌漿長(zhǎng)度4 235 m。

2　工作原理

三管高壓旋噴灌漿的工作原理：先利用鉆機(jī)造孔，然后把帶有噴頭的注漿管沿孔下至基石土的預(yù)定位置，噴射方法是利用水、氣噴射，漿液灌注攪拌混合噴射。利用高壓，將漿液從噴嘴中噴射出來，從而達(dá)到防滲的目的。為了向周圍土體高壓噴射水泥漿液，在鉆桿（噴桿）桿端孔底安裝特殊噴嘴，以此來達(dá)到目的。以一定的速度邊旋轉(zhuǎn)邊提升鉆桿（噴桿），凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結(jié)體（見圖1）。

圖1　三重管高壓旋噴結(jié)構(gòu)示意圖

3　施工設(shè)備選擇

根據(jù)高壓噴漿工藝要求，由多種設(shè)備組裝的成套設(shè)備是該工程施工的必選設(shè)備。

三管高壓噴射設(shè)備由鉆機(jī)、泥漿泵、高壓水泵、空壓機(jī)、泥漿攪拌機(jī)和高壓膠管等組成（見圖2）。

圖2　高壓噴射設(shè)備組裝示意圖

1）造孔設(shè)備

該工程壩體寬5 m，設(shè)計(jì)孔中心距防浪墻2.2 m，加上地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)備選擇必須謹(jǐn)慎，要符合現(xiàn)場(chǎng)要求。

因此，選擇立軸式液壓回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，這類鉆機(jī)是高壓灌漿施工常用的鉆機(jī)，操作方便，適應(yīng)性強(qiáng)，關(guān)鍵是可液壓給進(jìn)及提拔鉆桿。

2）供水設(shè)備

高壓水泵和高壓膠管是供水系統(tǒng)中的主要設(shè)備。該工程選擇3D2-S型臥式三柱塞泵。

3）供氣設(shè)備

排氣壓力為0.7～0.8 MPa才能保證主射流的噴射效果，所以，三管高噴機(jī)是必要的選擇。

4）供漿設(shè)備

攪拌機(jī)、注漿泵、上料機(jī)是供漿設(shè)備的主要部分。注漿泵選擇壓力≥1 MPa，流量50～150 L/min。

5）噴灌設(shè)備

噴灌裝備不僅僅是噴射裝置，垂直機(jī)架、卷?yè)P(yáng)機(jī)、旋擺機(jī)構(gòu)等也屬噴灌設(shè)備。其旋擺機(jī)構(gòu)用途是使噴射裝置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)作業(yè)；噴射管的作用是提升時(shí)進(jìn)行定向噴射。噴射裝置設(shè)計(jì)為輸送水、氣、漿三種介質(zhì)的三管高壓噴射裝置，分別用高壓壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)、注漿泵輸送到噴射裝置，進(jìn)行噴射作業(yè)。

4　施工工藝及流程

4.1施工準(zhǔn)備

施工材料（水泥）的準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)圖紙的熟悉，設(shè)計(jì)參數(shù)的了解，對(duì)施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行性能檢查是施工前必須做好的工作。施工準(zhǔn)備還包括樁位放樣、修建排污和灰漿拌制系統(tǒng)等。

4.2施工工藝參數(shù)確定

施工工藝參數(shù)是根據(jù)工程項(xiàng)目（樁徑1 000 mm）及地質(zhì)特征、工藝水平確定的?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樁試噴情況可知，最終選擇的工藝參數(shù)：噴嘴直徑（雙噴嘴）2～2.30 mm；水壓40 MPa，流量70 L/min；氣壓0.70 MPa，氣量6 m3/min；漿壓：0.65 MPa，流量80 m3/min；提升速度15 cm/min。

4.3施工流程

1）鉆機(jī)就位

為保證鉆桿與樁位一致（偏差＜10 mm，鉆孔垂直度誤差＜0.3％），鉆機(jī)就位后，對(duì)樁機(jī)進(jìn)行調(diào)平、對(duì)中，調(diào)整樁機(jī)的垂直度。為了保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，鉆孔前還應(yīng)調(diào)試空壓機(jī)、泥漿泵。為了保證孔底標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)，還應(yīng)對(duì)鉆桿長(zhǎng)度進(jìn)行深度校驗(yàn)。

2）引孔鉆進(jìn)

鉆機(jī)施工前，應(yīng)首先在地面進(jìn)行試噴，在鉆孔機(jī)械試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，開始引孔鉆進(jìn)。鉆孔過程中要詳細(xì)記錄好鉆桿節(jié)數(shù)，保證鉆孔深度的準(zhǔn)確。

3）插入注漿管

引孔至設(shè)計(jì)深度后，拔出巖芯管，并換上噴射注漿管，插入預(yù)定深度。在插管過程中，為避免泥砂堵塞噴嘴，不僅要邊射水邊插管，而且水壓不可以超過1 MPa，否則將導(dǎo)致孔壁射穿。

4）旋噴提升

接通泥漿泵，然后由下向上旋噴，同時(shí)將泥漿清理排出，這些工作是在噴射注漿管插入設(shè)計(jì)深度后進(jìn)行的。為了確保樁底端的質(zhì)量，在噴嘴下沉到設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)該在原位置旋轉(zhuǎn)l0 s左右，待孔口冒漿正常后再旋噴提升。

5）鉆機(jī)移位

旋噴提升到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)停止旋噴，提升鉆頭出孔口，清洗注漿泵及輸送管道，然后將鉆機(jī)移位。

5　施工工藝參數(shù)控制要點(diǎn)及驗(yàn)收

1）控制水壓水量

要選擇水量和工作壓力適宜的高壓泵，該設(shè)計(jì)選擇壓力40 MPa、流量70 L/min。其原因是：雖然水射流噴射壓力和水量對(duì)凝結(jié)體形成的有效長(zhǎng)度可增大壓力，獲得較大的防滲加固體和有效長(zhǎng)度，但是水量大將造成漿液稀釋，冒出的漿液增加，導(dǎo)致凝結(jié)體質(zhì)量降低。

2）控制氣壓氣量

該設(shè)計(jì)選擇氣壓0.70 MPa、氣量6 m3/min。其原因是：該氣壓氣量可壓縮空氣形成氣幕，保證水射束能量不過早擴(kuò)散，還可增加噴射切割長(zhǎng)度和升揚(yáng)轉(zhuǎn)換作用，改變地層的顆粒級(jí)配，因此輸氣量宜選擇較大值。

3）控制漿量漿壓

該設(shè)計(jì)確認(rèn)水灰比控制在1∶1、流量80 m3/min。因?yàn)樵谒馔S噴射作用下，漿壓保持在0.650 MPa，其主要作用是保持漿液有足夠的稠度，這對(duì)工程有重大影響。

4）控制旋擺速度

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該設(shè)計(jì)選擇提升速度為1.5 cm/ min。其原因在于：有效長(zhǎng)度會(huì)因提升速度不同而改變，提升速度過快，則有效長(zhǎng)度過短，且影響墻體的密實(shí)性；提升速度過慢則耗用漿液太多，造成不經(jīng)濟(jì)。正確控制旋擺速度是確保施工質(zhì)量的重要因素。

5）控制進(jìn)漿回漿比重

該設(shè)計(jì)選擇漿液比重大于1.52（水灰比l∶1），而且要求每噴一延米檢測(cè)一次。其原因在于：進(jìn)漿水灰比過低、噴漿量過小極可能會(huì)導(dǎo)致成樁質(zhì)量差；回漿比重過高，有效成樁直徑小，或進(jìn)漿水灰比過高、高壓射水流量過小均會(huì)導(dǎo)致一系列問題的出現(xiàn)，因此，進(jìn)漿的漿液比重是控制漿液水灰比的重要參數(shù)。

根據(jù)設(shè)計(jì)高壓旋噴樁的抗?jié)B和強(qiáng)度指標(biāo)要求：滲透系數(shù)K≤1×10-6crn/s，抗壓強(qiáng)度R≥1.5 MPa。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)滲透系數(shù)平均值4.9×10-7cm/s，抗壓強(qiáng)度代表值2.5 MPa，均滿足設(shè)計(jì)要求。

6　施工常見問題處理

1）處理串漿問題

在高噴過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生串漿的情況，此時(shí)應(yīng)先封堵被串孔，并繼續(xù)串漿孔的施工，待其結(jié)束后盡快進(jìn)行串孔的施工。

2）處理復(fù)噴問題

需在因機(jī)械設(shè)備故障停噴超過半小時(shí)以上的情況下進(jìn)行。

3）處理冒漿異常問題

冒漿異常包括冒漿量過大或不返漿，采取提高噴射注漿壓力、適當(dāng)縮小噴嘴孔徑、提升速度適當(dāng)加快等措施，可解決冒漿量過大的問題。采取降低提升速度和噴射壓力來進(jìn)行原地注漿、加大漿液密度或進(jìn)漿量、噴注黏土漿或加砂處理等手段可有效解決不返漿的問題。

7　質(zhì)量效果評(píng)價(jià)

在水庫(kù)加固除險(xiǎn)中應(yīng)用三管高壓噴射灌漿技術(shù)不僅工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，而且施工速度快，對(duì)壩體破壞小，能成功解決壩體基坑開挖的安全問題。該工程經(jīng)過完工驗(yàn)收及竣工驗(yàn)收，各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期效果。