高压喷射灌浆技术在堰基防渗中的施工控制浅析

田 波

摘要堰基的防渗处理是水利施工工程中尤为重要的环节,当基础土质较差,渗透性较强时,在水流的作用下对基础的危害很大。本文重点介绍高压喷射灌浆施工工艺及施工控制。

关键词高压喷射灌浆堰基

中图分类号:TU7文献标识码:A

高压喷射灌浆基本原理是借助于高压射流冲击、破坏被灌地层结构,同时灌入水泥浆或混合浆,使浆液与被灌地层颗粒掺混,形成符合设计要求的凝结体,借以达到加固地基和防渗的目的。高压喷射灌浆技术具有诸多优势:(1)可灌性好;(2)可控性好;(3)连接可靠;(4)机动灵活;(5)适应地层广、深度较大;(6)对施工场地要求不高。

1 高压喷射灌浆技术的工艺原理

1.1 冲切掺搅作用

高喷技术主要是借助于高压射流,通过冲击切割和强烈扰动,使浆液在射流作用范围内扩散、充填周围土层,并与土石粒掺混搅合,硬化后形成凝结体,从而改变原地层结构和组成,借以达到防渗或提高承载力的目的。高喷凝结体是多种因素综合作用的结果,高压射流对地层结构的影响范围,取决于比能值E的大小,其表达式为:

E=PQ/100V

E--每米旋喷柱耗用的能量MJ/m;

P--喷射灌浆压力Map;

Q--射流浆量L/min;

V--提升速度cm/min。

E值大,旋喷柱的直径大,一般选用50～70cm直径较好,但最终应通过现场高喷试验确定。

1.2 升扬、转换作用

高喷施工时,水、气、浆由喷嘴中喷出,压缩空气除能对水或浆液构成外包气层,使水或浆液射流能透入地层较远距离并维持较大压力破碎地层结构外,还可产生升扬作用,浆经射流冲击切削后的土石碎屑和地层中细粒,由孔壁和喷射杆的环状间隙中升扬带出孔外,空余部位由浆液替代。

1.3 挤压、渗透作用

高喷射流强度随射流距离的增加而较快地衰减至射流束末端,虽能再冲切地层,但对地层仍产生挤压作用。高喷灌泵技术有单管法、双管法、三管法。用水管、气管、浆管同轴布设组成喷射杆,杆底部设置有喷嘴,气、水喷嘴在上,浆液喷嘴在下,高喷时,随着喷射杆的旋转和提升,先是高压水和气的射流冲击扰动地层土体,呈翻滚松散状态,随后以低压注入浓浆掺混搅拌,硬化后形成凝结体。

1.4 位移握裹作用

地层中较小的块石,由于喷射能量大,辅以升扬、转换作用,最终浆液可填满块石四周的空隙并将其握裹,遇到大的块石或在块石集中区,应降低提升速度,提高比能值。在高压喷射挤压余压渗透等综合作用下,产生握裹凝结作用,形成连续密实的凝结体。

2 高喷灌浆施工工艺流程

高压喷射灌浆施工主要工艺流程如下: 测量放线→钻孔施工→终孔验收→喷机就位→地面试喷定向→下喷管→喷射提升→结束移机→孔口补浆→墙体质量检查。以某工程为例,该工程高压喷射灌浆施工分二序进行,间隔成孔,间隔高压喷射,具体施工工艺如下。

2.1 布孔放样

按照设计图纸要求,放出高压喷射防渗墙施工轴线,并在轴线拐点处设置固定桩,间隔25m左右布设控制桩,按设计孔距放出每个高喷孔孔位,并打人编号的木桩。

2.2 钻孔

高喷作业采用两台XP-30型高喷桩机直接成孔,钻孔作业分左右两个工作面分两序进行。钻孔进人堤基深度桩基垂直度符合设计和规范要求,逐孔进行垂直度检测,保证成孔质量。

2.3 制浆

高喷灌浆所用水泥为425“早强型普通硅酸盐水泥,制浆采用内河水。各机组均配备婆美式比重计,制浆过程中随时进行浆液密度检测。

2.4 高喷灌浆

(1)下喷射管。钻孔验收、高喷台车就位并对准孔口后,为了直观检查高压系统的完好性,首先进行地面试喷。同时,通过调整液压转盘的角度,使高压喷射流对准设计轴线方向,经过质检员的校核,各项工艺参数均达到要求后,再下喷射管。

(2)喷射提升。喷射管下到设计深度后,拌制符合要求的水泥浆液开喷。待各压力参数和流量参数均达到要求,且孔口已返出密度达到要求的浆液时,开始按照既定的提升速度进行喷射灌浆。

(3) 回灌。喷射结束后,立刻在孔口进行静压注浆至浆面不再下降,而后再采用下一孔喷射时的孔口回浆进行自流回灌充填,非连续施工时则采用新鲜浆液进行回(下转第141页)(上接第139页)灌,安排专人对每个高喷孔及时进行回灌。

3 高压喷射灌浆技术在堰基防渗施工中的控制措施

3.1 孔内出现严重漏浆

采取以下措施进行处理:(1)降低喷射管提升速度或停止提升;(2)降低喷水压力、流量进行原地灌浆;(3)喷射水流中掺加速凝剂;(4)加大浆液密度或灌注水泥砂浆、水泥黏土浆;(5)向孔内冲填砂、土等堵漏材料。

在富水地层,宜适当减小风量或降低风压。如高喷灌浆发生串浆,则首先填堵被串孔,继续串浆孔的高喷灌浆;待其结束后,尽快进行被串孔的扫孔、喷射或继续钻进。高喷灌浆因故中断后恢复施工时,重复高喷灌浆长度不少于0.50m;停机超过3h应对泵体输浆管路进行清洗后方可继续施工。

3.2 防渗质量检测

(1)防渗墙的渗透性。灌浆施工结束待防渗墙体凝固30d后,将550m的灌浆坝段分为4个检查段,在这4处设置防渗检查试验围井,用注水试验测定封闭围井的渗透性来判断防渗墙质量。从试验结果看,防渗墙质量均达到优或良。(2)防渗墙的连续性及厚度。施工结束30 天后,采用地质雷达技术对防渗墙的连续性和厚度进行检测。设计要求防渗墙体平均厚度20cm,地质雷达检测表明,高喷防渗体形态为东西双向齿形,平均厚度37cm,最大厚度74cm,最小厚度16cm,防渗墙体东西方向上连续性好,垂向深度上较连续。(3)防渗墙体结石体的强度。分别在检查段之间防渗墙交叉接触位置布置检查孔,在检查孔的中部取样品做物理力学试验。试验表明,防渗墙的抗压强度为0.776MPa～5.07MPa,弹性模量2.20?03MPa～17?03MPa,符合设计要求。

总之,高压喷射灌浆运用于堰基防渗,实践证明是经济合理的,跟传统施工方法相比,不仅大大缩短了工期,而且作业面小,工序简洁明了,能够保证质量,在堰基防渗工程中应广泛推广。