貴港航運樞紐庫區(qū)軟土地區(qū)防滲灌漿技術研究

貴港航運樞紐庫區(qū)軟土地區(qū)防滲灌漿技術研究

1高噴灌漿孔貴港交通運輸樞紐指揮新水庫位于廣西貴港市思懷市新水庫附近，赤江支流吳思江右岸，全長約1200米。該堤于1975年竣工,后發(fā)現(xiàn)存在嚴重的滲漏問題,洪水季節(jié)堤內多處有噴砂、冒水現(xiàn)象,1986年和1994年洪水期間,曾因管涌問題而2次潰堤,1998年曾進行常規(guī)靜壓灌漿,但效果不好。1999年5月20日～1999年9月23日設計采用高壓擺噴方法對滲漏較嚴重的474m地段進行灌漿,共完成高噴灌漿孔295個,鉆孔總深5727.5m。高噴灌漿延米4062.25m,高噴板墻總面積6499.6m2。2充填料質細度新平堤地層比較簡單,從上到下大致可分為3層:(1)上部為人工填土層,土層較疏松,厚度3～4m;(2)中部為一級階地沖積層,厚12～16m。其中以粉土、砂、含泥砂卵礫石層為主要滲漏層,一般厚8～12m,局部厚達20m。含泥砂卵礫石層呈中密狀,卵石含量15%～40%,粒徑20～150mm,個別粒徑達300mm,呈次圓狀,成分為石英或砂巖;礫石含量20%～35%,粒徑一般2～15mm,呈次棱角狀,成分以石英和砂巖為主;砂含量20%～40%,以中粗砂為主,成分主要為石英;泥質含量5%～20%;(3)下部為強風化泥灰?guī)r(D12y2y1)。3施工工藝3.1防滲板墻節(jié)點施工高噴灌漿孔中心線置于原帷幕灌漿孔中心線內側1.0m范圍內,局部因考慮設備安放與原靜壓灌漿中心線有交叉。共布置295個灌漿孔,孔距1.6m,擺噴角度30°,Ⅰ序孔從軸線向內側擺噴,Ⅱ序孔從軸線向外側擺噴。選用三列管法(水、氣、漿分別由3條并列的管道輸送)設備施灌制作折線形防滲板墻。高噴灌漿上下界線為:上進入粘土層1.0m,下入基巖面以下1.0m。由于高壓水管的長度只有80m,為了減少設備搬運次數(shù),根據(jù)場地條件,施工分5段進行。為減少串孔、塌孔及保護板墻有效連接,每段又分Ⅰ、Ⅱ序孔進行施工。施工平面大樣圖見圖1。3.2高壓噴射成墻體墻造孔采用3臺SGI-150型鉆機進行回轉鉆進,用當?shù)卣惩林茲{進行鉆孔護壁,采用三列管法高噴灌漿設備GS500-4型高壓噴射灌漿機1臺進行擺噴,在孔造好后下高噴管,高壓噴射以水、氣、漿為介質,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比重大于1.6以上的水泥漿充填被高壓水切開的空間,并使地層中的泥、砂等細小顆粒排出地表,從而形成高噴板墻。主要施工流程如下:施工放樣→鉆孔→高噴機就位→地面試噴→下噴管到孔底→送水漿氣→慢速提升擺噴→靜壓灌漿回填→管路沖洗。3.3試噴長堤段施工所采用的高噴參數(shù),按設計要求在正式施工前選擇20m長堤段(滲透系數(shù)k=2.78×10-2cm/s)進行試噴,經圍井注水試驗驗證正確后,才投入正式施工。高噴施工參數(shù)見表1。3.4用稠微漿擋墻施工鉆機安放平穩(wěn),孔位偏差小于5cm,均用水平尺校正機臺水平和鉆機立軸垂直度。通過回轉鉆進、泥漿護壁成孔。失漿嚴重時,注入稠泥漿或粘土進行堵漏處理。鉆進過程中使用測斜儀對鉆孔進行測斜,當發(fā)現(xiàn)鉆孔傾斜時,及時采取補救措施,以確保成孔傾斜度小于1%。鉆孔結束后及時向孔內注入稠泥漿,防止塌孔。地質人員跟班對巖芯進行分層描述。3.5砂卵層噴孔操作(1)為保證先期形成的板墻與后期形成的板墻有效連結,采用間隔性Ⅰ序孔、Ⅱ序孔施工方法,即先施工完Ⅰ序孔,然后再施工Ⅱ序孔。(2)高噴機就位后,先在地面進行試擺和試噴,定好噴射方向,待各項參數(shù)達到要求后再下噴射管至孔底,自下而上緩慢提升擺噴。(3)噴射界線為下至強風化泥灰?guī)r1m以下,上至粘土層底以上1m,部分孔噴射上界線進入填土層0.5～1.0m。(4)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定深度,這時,移開高噴機,用鉆機進行掃孔,用濃粘土漿或直接倒入粘土進行護壁,然后才能進行高噴操作。(5)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1m以下重新噴射,確保板墻連接良好。(6)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行。(7)單孔噴灌結束后,采用0.7∶1的純水泥漿進行回填補灌,反復進行,直至漿面不再下沉為止。(8)在噴灌過程中,隨時監(jiān)測進漿比重,回漿比重、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),并詳細記錄。(9)灌漿材料采用貴港市水泥廠二、三分廠生產的郁江牌425號普通硅酸鹽水泥,總耗灰量達1651.55t,平均單位耗灰量為407kg/m。4井內高噴板墻在施工過程中和全部竣工后,沿板墻共布設了6個三角形圍井并在圍井中鉆孔進行注水試驗(其中開挖2個圍井進行直觀檢查)、5個抽芯檢查孔(檢查上、下界線),取11組板墻水泥凝結體樣進行室內抗壓、抗剪試驗。根據(jù)檢查結果并結合高噴過程中出現(xiàn)的情況對高壓噴射灌漿效果綜合分析如下:(1)高噴板墻上6個圍井注水試驗結果:板墻滲透系數(shù)k為2.31×10-7～3.27×10-6cm/s,滲透系數(shù)很小。5號圍井開挖后曾進行全井注水試驗,井內注滿水,12h后水位只下降1.56m,表明板墻的滲透量很小。(2)從2個圍井開挖出來的結果來看,高噴板墻施工質量很好,主要表現(xiàn)在以下幾方面:①圍井的封閉性相當好,三角形圍井三面板墻連接很好,板墻的防滲性也不錯,開挖至地面以下10m左右(當時已經深入地下水位以下2～3m),未見水滲入;②底部砂卵石層大多數(shù)被噴射擴散的水泥粘結,比較堅硬,用鎬開挖十分困難,且圍井下部漸漸變窄,呈一鍋底狀,說明水泥漿在砂卵石層中擴散較寬;③從板墻上可以看到,粒徑達150～250mm的大卵石也被水泥結石包圍,膠結很好;④粘土層中板墻的厚度為0.15～0.60m,板墻面較平整,單邊噴射長度達1.00m,砂卵石層中單邊最大噴射長度及板墻厚度未能觀察到,但由于其擴散性好,噴射距離應更長,厚度應更大,板墻面凹凸不平。(3)根據(jù)室內試驗結果,砂卵石層高噴板墻抗剪斷強度較高,f′=0.76,c′=0.6MPa;飽和單軸抗壓強度:粘土層高噴板墻為0.7～0.9MPa,砂卵石層高噴板墻為2.2～7.8MPa。(4)Ⅰ序高噴灌漿孔在鉆孔時,在砂層和砂礫卵石層容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。但在完成Ⅰ序孔板墻施工后,Ⅱ序孔鉆孔時,孔壁較穩(wěn)定;個別孔的中粗砂、粉細砂層可鉆上水泥膠結良好的凝結體;Ⅰ序孔高壓噴射灌漿時,距灌漿孔3.2m、甚至是6.4m的部分待灌漿孔有冒漿或冒氣現(xiàn)象,說明高壓射流的切割距離是比較遠的,采用1.6m的孔距足以保證高噴板墻的有效連接。5高噴灌漿施工的相關置安(1)綜合圍井注水、圍井開挖及鉆孔抽芯檢查說明對新平堤基砂層、砂礫卵石層采用高壓擺噴灌漿防滲是正確的,所采用的施工參數(shù)是可行的。在高噴軸線噴灌范圍內,已形成了具有防滲作用的板墻,防滲效果是明顯的。高噴施工結束后近1年來,新平堤在2000年6～8月洪水期堤外水位較高的情況下,堤內側未見以往的噴砂、冒水等現(xiàn)象,說明高噴防滲板墻是有效的。(2)高壓擺噴灌漿與靜壓灌漿相比,其作用原理有著根本區(qū)別。靜壓灌漿借助壓力,使?jié){液沿孔隙或裂隙進入被灌地層,在含泥的砂層、砂礫卵石層中具有不可控、不可灌等特點,往往導致灌漿的失敗。高壓擺噴灌漿則是借助于35～40MPa的高壓射流沖擊破壞被灌地層結構,切削攪動地層,使水泥漿液與被灌地層顆粒摻混,形成水泥凝結體,同時,水、氣、漿與地層中的細顆粒摻混,形成夾氣混合液,沿孔壁與噴管之間間隙排出地表,具有升揚置換作用。因此,高噴灌漿在含泥的砂層、砂卵石層中具有較好的可控性及可灌性。(3)高噴灌漿系隱蔽工程,對施工參數(shù)必須嚴格控制才能保證施工質量。其中,高噴管的提升速度、高壓水的壓力、水泥漿液的比重、回漿量等是高噴施工控制的關鍵。(4)在有大顆粒(粒徑150～200mm)的卵石層中,通過開挖驗證水泥漿液可以很好地包圍粒徑較大的卵石,分析其原因主要是,高噴擺動角度較大(30°),能有效破壞卵石左右側的充填物,另外其下部支撐物被先破壞并充滿水泥漿液,在進行其中上部噴射時,卵石受高壓射流沖擊失去支撐,松動掉入水泥漿液中,從而被水泥漿包圍凝結。(5)控制好高噴管的提升速度及充分利用回漿是節(jié)約水泥消耗量的關鍵,在砂層、粉土層、軟～可塑狀粘土層中可以提升快些,為0.1～0.15m/s,在礫石層、卵石層中,由于地層的滲透性強,高噴管的提升速度不能太快,一般為0.06～0.1m/s,在沒有回漿的地段要停止提升直到有回漿出現(xiàn)。高噴過程中產生大量的回漿,其中含有較多的水泥成分,可以抽回攪漿機中加入適量的水泥后重新利用,這樣可以降低水泥的消耗量。(6)高噴機自重達6～7t,4條腿支撐寬度約4m,使用鋼軌進行移動,故要求場地相對平整,寬度至少要有4m,以方便高噴機前后移動。高噴機動力耗電較大,工地要有穩(wěn)定的150～200kW的三相電源(否則需自備發(fā)電機組),以保證高噴施工的連