砂礫石地層高壓旋噴灌漿防滲施工工法

砂礫石地層中高壓旋噴灌漿防滲施工工法李曉光一、 前言高壓噴射注漿法(HighPressureJetGrouting)在1968年創(chuàng)始于日本。70年代初我國鐵路、煤炭、水電等系統(tǒng)相繼引進并開始研究這項技術。80年代以來，其他國家也開始大規(guī)模采用這項技術。我國水利系統(tǒng)于1980年首先將此技術應用于山東白浪河土壩工程。根據(jù)噴嘴的噴射范圍，高壓噴射注漿分為旋噴、擺噴和定噴。近年來，高壓噴射注漿技術作為一個日趨成熟的地基基礎處理方法，已被廣泛的應用于砂、土質地層的河道、堤壩、工業(yè)民用建筑基礎防滲和地基加固中。但在砂礫石地層的應用因其成孔困難、成墻效果不理想等原因，并未被廣泛采用。由水電十一局承建的九甸峽水電站廠房工程砂礫石圍堰截滲應用了高壓旋噴灌漿，取得了成功，現(xiàn)對之進行總結，形成本施工工法。二、 工法特點砂礫石層主要由細砂及砂卵石等粗顆粒組成，其透水性較強，透水率較大，對于該類型地層防滲，一般采用帷幕灌漿處理，但帷幕灌漿施工速度慢，投資大，防滲效果并不十分明顯。采用高壓旋噴灌漿進行防滲處理可達到帷幕灌漿處理所達不到的效果。但高壓噴射灌漿存在其不可回避的弊端，一是砂礫石地層成孔過程中的塌孔問題，二是地層中的孤石能否有效被水泥漿包裹問題。本工法從九甸峽水電站廠房基礎防滲中總結出來。為了解決高壓旋噴防滲墻處理方案在砂礫石層中的可施工性，在常規(guī)施工方法的基礎上采取了有效改進措施。針對砂礫石地層成孔難、易塌孔、鉆進速度慢等技術難題，采取了大扭矩風動回轉式液壓鉆機跟管鉆進，PVC套管護壁成孔方法。這種鉆孔方法與傳統(tǒng)泥漿、水泥漿護壁鉆孔方法相比，具有成孔快、不塌孔、工藝簡單等優(yōu)點。針對注漿過程中的孤石能否有效被水泥漿包裹及水泥漿與砂礫石充分攪拌問題，在注漿施工方法上選用高壓水孔內切割，風動攪拌，水泥固結的三管法。在參數(shù)選擇上盡量選擇大水壓，加大高壓水對地層沖擊、切割力度；在遇有孤石時，采取在孤石上、下50cm加大噴嘴旋轉速度、慢速提升的辦法，充分將孤石用水泥漿包住，從而使固結后的柱體達到連續(xù)完整的目的。工程所取得的成功經驗值得類似工程借鑒和使用。三、 適用范圍高壓噴射注漿法防滲和加固技術主要適用于砂類土、黏性土、黃土、和淤泥等軟弱土層，本工法主要介紹其在砂礫石中的應用。四、工藝原理高壓噴射注漿是利用鉆機成孔后，由高壓噴射注漿臺車（簡稱高噴臺車）把前端帶有噴嘴的注漿管置入砂礫石層預定深度后，以30?40Mpa壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流切割破壞砂礫石層，使原砂礫石層被破壞并與高壓噴射進來的水泥漿按一定的比例和質量大小，有規(guī)律地重新排列組合，漿液凝固后，便在砂礫石層中形成一個柱狀固結體，無數(shù)個柱狀固結體的連接便形成一道屏蔽幕墻。因從噴嘴中噴射出來的漿液或水能量很大，能夠置換部分碎石土顆粒，使?jié){液進入碎石土中，從而起到加固地基和防滲的作用。五、施工工藝及特殊情況處理5.1高壓旋噴施工參數(shù)確定高壓旋噴滲墻施工前期，首先進行試驗孔施工，試驗孔施工主要確定孔深、孔距、水氣漿壓力、漿液密度、注漿率、旋轉及提升速度，試驗孔施工結束后，進行鉆孔取芯、注水試驗和開挖檢查。計算出透水率并通過試驗得出芯體的抗壓強度，從開挖檢查看，旋噴墻厚度及成墻連續(xù)性。在九甸峽水電站廠房下游沿河圍堰高壓旋噴滲墻施工前，在防滲墻體一端選取了兩個孔位進行了高壓旋噴試驗。根據(jù)試噴試驗資料，得出的砂礫石層旋噴防滲墻施工參數(shù)為：孑L距：1.0m水壓：N40Mpa氣壓：N0.6Mpa漿壓：巳0.4?0.7Mpa注漿率：N70L/min提升速度：6?8cm/min旋轉速度：8?10r/min漿液密度：N1.65g/cm3漿液灰水比：0.8:1試驗段成墻14d后，采用地質鉆機分別在旋噴樁中心和連接部位進行了鉆孔取芯和壓水試驗。取芯試驗表明，樁體及連接部位水泥漿與砂礫石膠結效果較好，取得芯樣最大長度1.1m，芯體28d平均抗壓強度4.6Mpa。樁體中心和連接部位壓水試驗計算所得透水率分別為6.3Lu和4.4Lu。5.2高壓旋噴防滲墻施工工法高壓旋噴防滲墻鉆孔注漿分兩序施工，先施工I序孔，后施工II序孔，相鄰孔施工間隔時間不少于24小時。注漿采用同軸三管法高壓旋噴灌漿。同軸三管法即以漿、氣、水三種介質同時作用于地層，使?jié){液與地層顆粒成份混合、攪拌、置換、充填滲透形成2

固結體。施工程序為：場地平整壓實一造孔(跟管鉆進)一下PVC管護壁一跟管拔出一高噴臺車就位一試噴一下噴具一噴灌一封孔一高噴臺車移位。(1)造孔：針對砂礫石地層成孔難、易塌孔、鉆進速度慢等技術難題，采取了大扭矩液壓工程鉆機跟管鉆進。一是采用YGJ-80風動液壓鉆機配偏心式沖擊器沖擊跟管鉆進；二是采用QLCN-120履帶式多功能巖土鉆機跟管鉆進。鉆孔直徑均為6140mm，造孔效率可達6.0m/h。鉆機就位后，用水平尺校正機身，使鉆桿軸線垂直對準鉆孔中心位置，孔位偏差不大于5cm。鉆孔達到設計深度后，將鉆桿提出，在跟管內下設小于跟管口徑的PVC套管取代跟管。PVC護壁套管下至孔底后，再用液壓拔管器分節(jié)拔出鋼質護壁跟管。PVC護壁套管滯留在孔中，待噴射灌漿時通過高壓水切割破碎，通過水泥漿與砂礫石固結在一起。鋼套管地桿.■'沖擊器鋼套管地桿.■'沖擊器鉆機造孔示意圖跟管接頭液壓千斤頂液壓油泵IIXZ-l^1P-IZJV跟管接頭液壓千斤頂液壓油泵IIXZ-l^1P-IZJV成孔護壁管安裝示意圖 '拔管機拔意圖護壁：造孔結束，將鉆桿提出，下設底端透水無紡布包扎6120PVC護壁管，進行成孔護壁，護壁套管接頭用塑料密封帶連接。護壁套管下至孔底后，采用YGB液壓拔管機將套管分節(jié)拔出。噴具組裝及檢查：噴具由水、氣、漿三管并列組成，采用專用螺栓連接，自下而上由噴頭、噴管、旋噴三叉管組成,連接處用尼龍墊密封。噴具組裝后試運行水、氣、漿管的暢通和承壓情況，當水壓達到設計壓力的1.5倍時,管路無泄漏后再試噴15min后結束檢查。試噴檢查結束后，使噴嘴噴射方向與高噴軸線一致，并設置好旋噴轉速下入噴具至設計孔深。為防止在下噴具過程中因意外而堵塞噴嘴，可送入低壓水、氣、漿并開始噴漿。在初始噴漿時只噴轉不提，靜噴3?5min，待孔口返漿濃度接近1.3g/cm3時，按參數(shù)要求的提升速度和旋轉速度自下而上噴射灌漿到設計高程。噴射漿液為灰水比0.8：1的純水泥漿。三管法施工示意圖5.3特殊情況處理(1)漏漿處理在砂礫石圍堰高噴灌漿防滲墻的施工中，可能會有部分孔發(fā)生漏漿現(xiàn)象，說明圍堰基礎存在一定的集中滲流區(qū)，對工程施工安全十分不利。因此在發(fā)生漏漿時，視嚴重程度應采取停止提升或放慢提升速度的辦法，盡可能使漏漿地層充分灌滿水泥漿，從而達到充分固結的目的。(2)孤石處理針對注漿過程中的孤石能否有效被水泥漿包裹及水泥漿與砂礫石充分攪拌問題，在注漿施工方法上選用高壓水孔內切割，風動攪拌，水泥固結的三管法。在參數(shù)選擇大水壓，加大高壓水對地層沖擊、切割力度；在遇有孤石時，采取在孤石上、下50cm加大噴嘴旋轉速度、慢速提升的辦法，充分將孤石用水泥漿包住，從而使固結后的柱體達到連續(xù)完整的目的。(3)事故停噴在高噴過程中發(fā)生停電、停噴事故，均采取重新掃孔、復噴的辦法，掃孔底至停噴段以下1.2m，解決因停噴造成的柱體連續(xù)性問題。<?六、機具設備序號名稱規(guī)格型號數(shù)量備注1回轉式液壓工程鉆機YGJ-8032空壓機VHP75033高噴臺車JT150014注漿泵2SNS200/1025泥漿泵HB-8/1036制漿機NJ-60027高壓水泵HSZ-II2七、 勞動組織施工現(xiàn)場根據(jù)實際情況配備專業(yè)技術人員2人，專業(yè)技師1人，熟練工12名，普工25名。八、 質量要求在施工過程中，應著重對鉆孔和灌漿兩道工序進行控制以及對防滲墻質量進行檢查，主要有以下幾方面：1、 鉆孔要經常檢查鉆孔孔位有無偏差，即使予以糾正?？仔币话阋@孔孔斜小于0.5%?1.5%的孔深。檢測噴漿管的旋轉和提升速度。以設計要求為準或通常將旋轉速度控制在 5?20r/min，提升速度為5?20cm/min。當因拆卸鉆桿或其它原因暫停噴射時，再噴射時應使新舊固結體搭接 10cm以上，以防止斷樁。2、 灌漿要檢查灌漿漿液的比重和流動度指標以及灌漿壓力和流量等指標，并及時調整，使其滿足要求。利用灌漿自動記錄儀記錄灌漿過程，隨時核算灌入漿液總量是否滿足要求。要及時觀察和檢測冒漿。在高噴施工過程中，往往有一定數(shù)量的土粒隨著一部分漿液冒出地面。通過對冒漿現(xiàn)象的觀察，及時了解地層的變化情況、噴射灌漿效果以及各項施工參數(shù)是否合理，以便適時作出適當調整。3、 防滲墻質量檢驗對高噴防滲墻固結體的質量檢驗可采用開挖檢查、鉆取巖芯、壓（注）水試驗等多種方法來進行。檢驗主要內容為：固結體的整體性和均勻性；固結體的幾何特性，包括有效直徑、深度和偏斜度；固結體的水力學特性，包括滲透系數(shù)和水力坡降等。質量檢驗一般在高噴工作結束后4周進行。根據(jù)檢驗結果采取適當措施以確保達到預期要求。對防滲墻應進行滲透試驗，一般做法為：在高噴固結體適當部位鉆孔（取芯），然后在孔內進行壓水或注水試驗，以判斷其抗?jié)B透能力。九、安全措施1、 施工前對風、水、漿、電及施工順序進行詳細規(guī)劃，保證作業(yè)面規(guī)范整齊。2、 加強施工人員安全教育，建立各種設備操作規(guī)程。3、 設置醒目的安全標志，人員上下機架要系安全帶。4、 電動機械設備應設置安全防護設施和安全保護措施。5、 施工前必須檢查防水電纜是否完好，防止電傷人。6、 施工時，作好廢漿排放工作；工程結束時，要作到工完料凈場地清。十、技術經濟分析九甸峽水電站廠房工程圍堰高壓旋噴防滲墻總長120m，深30m左右，總成墻面積3500m2，共注入水泥漿量1.99X106L，耗用水泥1462t，平均耗漿量570L/m。高壓旋噴防滲墻施工歷時72天，經推算，高壓旋噴防滲方案可比帷幕灌漿防滲提前工期30?50天。基坑開挖完成后，總排水不超過960m3/天，且有半數(shù)