高噴防滲工程在鄂東地區(qū)的應(yīng)用

高噴防滲工程在鄂東地區(qū)的應(yīng)用

1高壓擺噴灌漿板墻式塑性混凝土防滲墻的工程應(yīng)用湖北省咸寧長(zhǎng)江干堤嘉魚(yú)縣邱家灣段（3152003.00段）是長(zhǎng)江干堤的歷史險(xiǎn)段。1999年洪水災(zāi)害發(fā)生嚴(yán)重的洪水泛濫。為了提高水庫(kù)防洪能力，確保保護(hù)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，水庫(kù)及其基本防護(hù)臺(tái)應(yīng)進(jìn)行防洪處理。原設(shè)計(jì)采用“薄形抓斗成槽澆筑塑性混凝土防滲墻”的施工技術(shù)方案,由于地質(zhì)條件復(fù)雜,墻體深度大,施工強(qiáng)度高,薄形抓斗抓挖至槽孔下部砂層中時(shí),槽壁易坍塌、偏斜,頻繁出現(xiàn)卡、埋抓斗斗體現(xiàn)象,造成工程進(jìn)度緩慢,因此在取得現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)同意將其中軸線長(zhǎng)1050m段(樁號(hào)314+000~314+800、315+750~316+000段)的塑性混凝土防滲墻修改為高壓擺噴灌漿板墻。高噴灌漿防滲是近10多年來(lái)在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用的一種新技術(shù),多用于臨時(shí)性防滲工程,而用于永久性防滲工程的例子并不多見(jiàn),其主要的優(yōu)點(diǎn)是工效高,施工簡(jiǎn)便,造價(jià)較低,防滲效果好,尤其適用于砂質(zhì)地層。通過(guò)本工程的實(shí)踐證明,該施工方案針對(duì)性強(qiáng),實(shí)施效果顯著。2堤下土體及堤基土邱家灣段屬于長(zhǎng)江沖積平原一級(jí)階地分布區(qū),主要為侏羅系下統(tǒng)武昌組(J1w)。防滲墻穿過(guò)的地層自上而下分別為:(1)堤身填筑土。主要成份為自筑堤以來(lái)歷年分期填筑、加高培厚而成的粘土、粉質(zhì)壤土等,局部夾細(xì)砂、砂壤土,厚度6~8m,除頂部約2.5m密實(shí)度較差外,下部土體自身壓密變形已基本完成。(2)堤基土。上部主要由粘土、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)壤土等粘性土組成,偶見(jiàn)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,厚度10~15m;下部由砂層組成,為粉細(xì)砂、中細(xì)砂及中粗砂夾少量礫石,厚度15~20m。(3)基巖。為泥質(zhì)粉砂巖或粉砂質(zhì)粘土巖,頂部5~10m為全、強(qiáng)風(fēng)化層。3高噴防滲透墻設(shè)計(jì)3.1制定高壓擺噴板墻方案鑒于“薄形抓斗成槽澆筑塑性混凝土防滲墻”方案在實(shí)施中難度較大,不僅無(wú)法確保施工工期,而且墻體接頭質(zhì)量也難于保證,工程代價(jià)也較高,經(jīng)與設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位反復(fù)討論、分析、比較,并參考類似工程的施工經(jīng)驗(yàn),最后確定將部分堤段的防滲墻修改為“高壓擺噴板墻”方案。3.2孔距的確定為驗(yàn)證高噴灌漿的各項(xiàng)施工技術(shù)參數(shù),進(jìn)一步調(diào)整和完善施工方案,指導(dǎo)防滲墻主體工程施工,在施工初期,進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)。試驗(yàn)段位于樁號(hào)315+750.0~315+761.1段,共布設(shè)9個(gè)高噴孔,孔距定為1.4m和1.5m兩種(各一半)。在試驗(yàn)中,施工質(zhì)檢員、監(jiān)理人員全過(guò)程跟班指導(dǎo)、監(jiān)督。試驗(yàn)結(jié)束后,進(jìn)行墻頂開(kāi)挖及墻體鉆孔取芯檢查(取芯孔布置為2個(gè),1孔位于兩相鄰高噴孔的擺噴角軸線的交叉點(diǎn)上,另1孔位于順Ⅰ序孔噴射方向距兩孔擺噴角軸線的交叉點(diǎn)以外30cm處),根據(jù)檢查結(jié)果分析,結(jié)合本工程的實(shí)際情況,確定了高噴灌漿的主要設(shè)計(jì)技術(shù)要求如下。(1)板墻結(jié)構(gòu)類型為傾斜膨脹連接，單個(gè)排孔，孔距1.4m,擺角30°,見(jiàn)圖1。(2)高噴球的深度范圍自孔口至伸入基巖內(nèi)0.5~1.0m,一般孔深為36~38m。(3)孔深11020m①水壓力37~38MPa,流量70~80L/min;②氣壓力0.7~0.8MPa,流量1.5m3/min;③漿壓力0.5~1.0MPa,流量70~100L/min;④漿液比重,進(jìn)漿1.62g/cm3以上,回漿1.3g/cm3以上;⑤提升速度,孔深15m以上及26m以下部位,8cm/min,孔深為15~26m部位,10cm/min;⑥擺動(dòng)速度,6次/min。(4)墻體質(zhì)量分析標(biāo)準(zhǔn)①墻厚不小于20cm;②抗壓強(qiáng)度R28=8~10MPa;③滲透系數(shù)K≤n×10-6cm/s;④允許滲透坡降J>80。4高噴灌木設(shè)計(jì)4.1主要施工設(shè)備根據(jù)工程特點(diǎn),經(jīng)過(guò)分析、篩選,采用的主要施工設(shè)備如下。(1)孔設(shè)備鉆孔機(jī)適用于在粘土層、砂層及砂卵石層中鉆進(jìn)的XY-2、GQ-80型液壓回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)。(2)高噴灌流器3D2-S型(系列)高壓水泵;HB80/15型、BW150型灌漿泵;TV-6/8型空壓機(jī);WJ80型、ZL-400型高速制漿機(jī)。(3)特殊設(shè)備采用GS500-4型、GYP-5型高噴臺(tái)車,提升高度可達(dá)15m,提升重量2~3t,提升速度6~25cm/min。4.2高噴車噴漿、壓漿工藝高噴孔分兩序施工,單孔的主要施工工藝流程為:定孔位→造孔→高噴臺(tái)車就位→地面試噴、定向→下噴漿管→制漿→噴射灌漿→靜壓回填灌漿→終噴。4.2.1孔位偏差的控制采用液壓回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)配直徑>110~150mm的合金鉆頭造孔,泥漿固壁。當(dāng)鉆機(jī)就位后,鉆桿對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)孔位,用羅盤儀或水平尺校準(zhǔn)機(jī)身水平,墊穩(wěn)、墊平機(jī)座和機(jī)架,開(kāi)孔時(shí)嚴(yán)格將孔位偏差控制在5mm以內(nèi)。為保證鉆孔偏斜率不大于1%的設(shè)計(jì)要求,一般使用較長(zhǎng)的鉆具(2m以上),并視鉆進(jìn)情況隨時(shí)用KXP-1型測(cè)斜儀檢測(cè)孔斜,以便及時(shí)糾偏。造孔過(guò)程中,遇孔內(nèi)異?，F(xiàn)象如掉鉆、卡鉆、失漿等,及時(shí)采取相應(yīng)的措施處理,并做好記錄。各孔以設(shè)計(jì)孔深為施工參考值,以鉆入基巖內(nèi)0.5~1.0m為實(shí)際終孔深度,最終鉆取的5m巖芯予以保留用于鑒定基巖。造孔結(jié)束后,經(jīng)檢測(cè)孔斜合格者,注入高固相固壁泥漿,以防塌孔而影響噴漿管順利下入孔內(nèi),對(duì)孔斜不合格者采取糾偏處理直至合格為止。4.2.2土壤測(cè)試和定向高噴臺(tái)車就位后,連接好地面上的水、氣、漿管,調(diào)準(zhǔn)噴射方向和擺動(dòng)角度,然后開(kāi)機(jī)試噴,以檢驗(yàn)系統(tǒng)和各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足要求。4.2.3液體噴霧管的表面為防止下管時(shí)泥漿倒灌堵塞噴嘴,下管前用膠布將其包住,然后緩慢插入孔內(nèi),直至達(dá)到孔底。4.2.4孔口冒漿回收利用高噴灌漿漿液使用純水泥漿,采用符合要求的425號(hào)普通硅酸鹽水泥經(jīng)高速制漿機(jī)攪拌而成。施工中進(jìn)行了孔口冒漿回收利用,其主要技術(shù)要求包括:①僅限于回收含泥量很少的冒漿(即噴射砂層時(shí)的回漿);②回收的漿液必須先沉淀并過(guò)濾,再摻拌適量水泥,達(dá)到設(shè)計(jì)進(jìn)漿比重;③回漿自初次拌制至再次用完的時(shí)間不得大于4h。4.2.5孔口焦?jié){送漿至孔口滿漿在統(tǒng)一指揮下,按設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)送水、氣、漿,先對(duì)孔底進(jìn)行靜噴(只擺動(dòng)、不提升),靜噴時(shí)間1~3min,待孔口返出漿液且其比重達(dá)到1.3以上后,再按設(shè)計(jì)要求自下而上進(jìn)行灌漿。當(dāng)達(dá)到終噴高程后,靜噴1~2min,即停止送水、送氣,僅向孔內(nèi)送漿,直至孔口滿漿為止。為保證墻體質(zhì)量,對(duì)高噴灌漿過(guò)程中的特殊、異常情況按以下方法處理:(1)經(jīng)常測(cè)試水泥漿液的進(jìn)、回比重,當(dāng)與規(guī)定值的誤差超過(guò)0.1時(shí),立即停止噴射,重新調(diào)整漿液水灰比直至滿足要求。(2)任何情況下中斷噴射(包括拆卸噴管),恢復(fù)高噴時(shí),如中斷時(shí)間較短,搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于0.5m;如中斷時(shí)間較長(zhǎng)(超過(guò)30min),則搭接長(zhǎng)度不小于1.0m。(3)在噴射中,孔口冒漿量過(guò)大(超過(guò)注漿量的20%)或完全不冒漿時(shí)視為異常情況,對(duì)此采取的措施是:當(dāng)冒漿量過(guò)大時(shí),通過(guò)提高噴射壓力或適當(dāng)加快提升速度及擺速以減少冒漿量;當(dāng)不冒漿時(shí),采取增大注漿量、減慢提升速度、靜噴(必要時(shí)將噴管下沉0.5~1.0m進(jìn)行復(fù)噴)等方法,待孔口返漿后再恢復(fù)正常噴射。4.2.6靜壓溝槽全孔噴射完畢后,利用孔口回漿或拌制的濃水泥漿,及時(shí)回填孔內(nèi)漿液因析水而形成的空穴,并隨沉隨補(bǔ),直至孔內(nèi)漿液不再下沉為止。4.2.7鉆孔孔徑的控制因鉆孔較深,粘土層、砂層的厚度大,以及機(jī)械設(shè)備性能等諸多影響因素,施工初期頻繁發(fā)生卡、埋噴管的現(xiàn)象,處理困難。對(duì)此采取如下措施,收效明顯。(1)加大鉆孔孔徑,以增加噴管與孔壁間隙,一般按鉆孔孔徑大于噴管外徑40mm的標(biāo)準(zhǔn)掌握。例如,噴管的外徑為>91mm,則鉆孔孔徑不小于>130mm。(2)待噴孔孔內(nèi)注滿高固相優(yōu)質(zhì)泥漿固壁,以免塌孔導(dǎo)致下噴管時(shí)出現(xiàn)卡、埋情況,同時(shí)將孔口周圍的淤積物、松散土體清除干凈,孔口加塞保護(hù)。(3)選用順直、無(wú)變形的長(zhǎng)噴管(長(zhǎng)度一般在9m以上),以確保整體垂直度和減少接頭數(shù)量,也壓縮了裝卸噴管的次數(shù)。(4)開(kāi)噴時(shí)即轉(zhuǎn)動(dòng)噴管,保持冒漿通暢,一旦發(fā)生卡、埋噴管時(shí),可采取上下慢慢提動(dòng)(切忌強(qiáng)行扭轉(zhuǎn)),并加大漿液排量、減少高壓水壓力,必要時(shí)可借助千斤頂、吊車等設(shè)備輔助提升噴管,直至通順。4.3實(shí)際工程效果設(shè)計(jì)生產(chǎn)性試驗(yàn)段安排了1個(gè)機(jī)組,于2000年4月12日開(kāi)工,4月16日結(jié)束,歷時(shí)5d(不含檢查孔施工時(shí)間),完成9個(gè)高噴孔,噴射進(jìn)尺計(jì)344.1m,折合板墻面積485.9m2,實(shí)際工效2915m2/(臺(tái)·月)(全月以30d計(jì))。主體工程于2000年4月19日開(kāi)工,6月19日完工,先后布置施工機(jī)組10個(gè)(其中6個(gè)機(jī)組于5月10日后陸續(xù)進(jìn)場(chǎng)),歷時(shí)62d(不含汛后檢查項(xiàng)目施工時(shí)間),完成噴射進(jìn)尺計(jì)27083.7m,折合成墻面積37917.2m2,經(jīng)統(tǒng)計(jì),大平均工效為2300m2/(臺(tái)·月),工效最高者達(dá)3200m2/(臺(tái)·月)。5物理墻體的質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)5.1板墻質(zhì)量檢查開(kāi)挖檢查分3種:①沿墻頂兩側(cè)全線開(kāi)挖,深度0.5~1.0m;②在樁號(hào)314+095.3~314+100.3段開(kāi)挖探坑,坑深2m,長(zhǎng)5m;③對(duì)B227~B228孔處的圍井開(kāi)挖,深度5m。檢查結(jié)果表明:(1)孔位、噴射方向正確,孔距在設(shè)計(jì)規(guī)定范圍內(nèi),板墻連續(xù)性好,強(qiáng)度較高,墻體厚度滿足設(shè)計(jì)要求;有個(gè)別高噴孔孔口段因回填漿液析水而出現(xiàn)空穴(最深者約1.3m),按監(jiān)理要求進(jìn)行了追蹤開(kāi)挖、回填處理。(2)開(kāi)挖揭露的地層為粘土層,測(cè)得Ⅰ序孔的最大噴射距離達(dá)2.0m,說(shuō)明噴射效果比較好。5.2砂層結(jié)構(gòu)測(cè)定在兩相鄰的高噴孔擺噴角軸線的交叉點(diǎn)上,布置了4個(gè)取芯鉆孔(包括試驗(yàn)段1個(gè)),鉆孔孔徑>110~130mm,除1個(gè)孔在孔深33m處傾斜出墻(尚欠4m終孔)外,其余3個(gè)孔均鉆入基巖。(1)取出的芯樣比較完整、漂亮,獲得率較高(其中單孔最高者達(dá)92%,最低者83%),平均達(dá)87.4%,與勘探孔相比有顯著提高(勘探孔在砂層中的獲得率不足50%)。另外,觀察、分析芯樣,可見(jiàn)凝結(jié)體成份、強(qiáng)度與地層介質(zhì)相關(guān),在粘土層中的凝結(jié)體強(qiáng)度較低,水泥含量較少且分布不均勻,而砂層中的凝結(jié)體強(qiáng)度較高,水泥含量多且分布均勻。(2)對(duì)取出的芯樣,于不同高程處提取樣品進(jìn)行室內(nèi)抗壓、抗?jié)B檢測(cè)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果,抗壓強(qiáng)度最小值為8.6MPa,最大值為16.2MPa,一般在11~13MPa之間;滲透系數(shù)最小值為2×10-9cm/s,最大值為6×10-7cm/s;臨界水力坡降最小值為90,最大值為120?？梢钥闯?有關(guān)性能指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)要求。5.3圍井的布置為檢測(cè)高噴板墻的防滲效果,在樁號(hào)314+000~314+800段的B227~B228兩孔之間布置了1個(gè)圍井(圍井布在墻體背水側(cè),增加兩個(gè)擺噴孔與原墻形成菱形狀),井深36.1m,其底部33.5~36.1m范圍采用旋噴封閉。圍井中部鉆孔作注水試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出滲透系數(shù)K=4.71×10-8cm/s,完全滿足設(shè)計(jì)要求。5.4施工工序質(zhì)量評(píng)定結(jié)果根據(jù)監(jiān)理制定的單元工程質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),對(duì)高噴灌漿的施工工序質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)定,共分為151個(gè)單元,評(píng)定結(jié)果全部合格,其中優(yōu)良單元76個(gè),優(yōu)良率50.3%,本工程評(píng)定為優(yōu)良單元工程。6工程質(zhì)量原因我國(guó)現(xiàn)有的施工質(zhì)量,和一般在墻(1)