压密灌浆技术在川气东送穿越长江堤防加固工程中的应用

2011-04-03葛国昌张莉萍

浙江水利科技 2011年2期

李进,葛国昌,殷琦,张莉萍

(1.南京市水利规划设计院有限责任公司,江苏南京 210006;2.浙江水利河口研究院,浙江杭州 310020;3.浙江广川工程咨询有限公司,浙江杭州 310020)

1 工程概况

川气东送南京支线穿越长江工程位于三江口入江口下游约300m处,其中主河道穿越南岸位于南京栖霞区三江口永安州,北岸穿越长江位于乌鱼州。在南岸穿越长江主大堤,钢管直径为80 cm,穿越过程中管壁与土体间将形成20～30 cm的空隙,对大堤防洪形成一定的隐患,为消除管道穿越对长江堤防堤基和堤身产生的不利影响,保证长江大堤的防洪安全,有必要对堤防进行加固,本工程采用灌浆对管壁周围空隙和大堤进行加固。

工程范围:①主江堤堤脚线以外15 m范围及管道两侧15 m范围内进行灌浆;②子堤在迎水侧堤脚至背水侧堤脚及管道两侧15 m范围内灌浆。

灌浆工艺:在紧邻管道两侧的灌浆孔采用袖阀管法灌浆,其它为钻孔灌浆。

灌浆深度:在2根管道之间及外侧2排孔按灌至管道下方2m控制,其它钻孔按距管道距离进行递减。

灌浆布孔:钻孔采用梅花状布置,沿管道方向及垂直管道向间距均为2.5 m,具体布置见图1、2。

图1 灌浆钻孔平面位置图

1.1 地质概况

本次灌浆加固区深度范围内的土层主要为:堤身填土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉细砂夹粉土、粉细砂等。

图2 灌浆钻孔剖面位置图

1.2 灌浆设计方案

袖阀管灌浆:应采取先稀后浓、少灌多复的原则,1序灌浆结束后,进行2序施工。复灌次数及吃浆量可根据现场情况进行调整,一般要求复灌2～3次,每孔每次平均灌浆量约0.30m3/m,灌浆材料为42.5级普通硅酸盐水泥,浆液浓度水灰比为2∶1。在灌浆过程中根据如出现压力变小,灌浆量较大时需掺入适量的水玻璃,以加速浆液凝固。灌浆压力控制在0.1～0.3 MPa,最大0.5 MPa。停灌标准为:①每米水泥耗灰量达到设计标准,即可结束灌浆;②每次灌浆过程中,当出现裂缝冒浆时停灌,2次复灌均达到此标准,即可结束灌浆。

2 灌浆施工原理及施工工艺

2.1 袖阀管法灌浆的主要原理

袖阀管法灌浆是一种重复灌浆系统,不象其它的灌注法,在灌注完成后灌浆孔即被封死,袖阀管法因为已经把袖阀管埋入钻孔,在袖阀管内进行灌浆作业,只要在灌浆后用压力水将管内冲冼干净,以后还可将灌浆头放入袖阀管重复进行灌浆。袖阀管是在直径约50 mm的塑料管或无缝钢管上每隔一段距离(33 cm)钻一些射浆孔,在有射浆孔的管外包橡皮套,当管内浆液达到一定压力时,浆液顶开橡皮套,通过射浆孔将浆液注入或渗入土层,达到土层灌浆的目的。该橡皮套即相当于“阀门”,并且像套在管外的 “袖子”,故被称为袖阀管[1]。

2.2 袖阀管法灌浆工艺流程

袖阀管法灌浆的工艺包括以下步骤:

(1)在需灌范围钻孔至比所需灌浆深度稍深的深度;

(2)在钻孔全段插入袖阀管;

(3)在袖阀管与钻孔孔壁之间灌入一定配合比的套壳料;

(4)待套壳料达到一定强度后在袖阀管内放入灌浆头进行分段灌浆;

(5)每次灌浆停灌后清水冲洗袖阀管,以待下一次灌浆。

袖阀管法灌浆示意图见图3,施工流程图见图4。

图3 袖阀管法灌浆示意图

图4 袖阀管法灌浆施工流程图

3 施工过程

3.1 灌浆试验

正式开工前应进行灌浆试验。通过灌浆试验,对设计的孔距、排距、孔深、浆液密度、灌浆压力等施工工艺参数进行调整与确定,灌浆试验结果见表1。

表1 灌浆试验成果统计表

3.2 平整场地

对平面施工场地内清除各类杂物,对场地进行平整。在大堤斜坡迎水面混凝土护坡先破除后整坡,整成台阶状,宽度需满足钻机施工作业面要求。背水面同样需整成台阶状平台。

3.3 布孔

本着以管道为中心向两侧分布的原则,按设计要求在工程区内布置钻孔,孔位采用钢尺量距,白灰定点。

3.4 钻孔

施工按先施工迎水面第1排,后第2排顺序施工,各排分2序,跳孔钻孔,1序孔施工完毕48 h后,方可开始2序孔的施工。钻孔采用孔径为91～110 mm的GXY-150型钻机干法造孔,并配备150型地质钻机造孔,将钻机移至设计孔位上,使钻杆头对准孔位中心,垫实、校正水平,使钻杆与孔位基本成一铅垂线,孔斜＜1%。

如土质条件较差出现成孔困难时,采用泥浆护壁。

3.5 灌注套壳料

袖阀管安装完毕,即可开始套壳料的灌注施工。套壳料为水泥粘土浆,其作用是封闭袖阀管外的孔壁,确保浆液只在一个灌浆范围内开环灌入地层。套壳料配比水泥∶土∶水为1∶1.7∶2(重量比)。套壳料注浆从底部开始缓慢灌注,要求均匀密实充满整个孔内空间。施工完毕,待凝3～

6 d,即可开环灌浆。

3.6 制浆

灌浆材料为42.5级普通硅酸盐水泥,设计灌浆水灰比为2∶1,实际操作中,以搅拌桶为单位,放50 kg水泥、100 kg水(以搅拌桶相应水位线控制),浆液拌匀过滤后既可用作灌浆,在灌浆过程中采用人工不断搅拌滤后浆液,以防止浆液沉淀分层。水泥需经过检测,满足规范要求合格后方可使用。

3.7 灌浆

袖阀管法灌浆采用φ 25 mm钢管制成的花管,插入袖阀管内注浆,止浆塞为双塞系统,以保证有足够的压力开环进浆。每次灌完后用清水洗孔,防止灌浆管堵塞,影响复灌施工。

(1)应保证孔口压力表显示正常。一般选用量程1 MPa、直径12 cm的压力表,容易识读。若量程大或直径小,则不容易识读。

(2)钻孔灌浆应分排单独注浆,先注上游排孔,后注下游排孔,不得同时注2排。孔口应设置不小于1.0 m深的阻浆塞。

(3)灌浆机选用ZBB-2g型三缸泵。该泵具有较大的工作压力和泵量,能在较大范围内满足灌浆要求,且泵压稳定,易通过压力表控制压力。

(4)灌浆过程发现串浆冒浆、漏浆等现象可采取封堵、低压、浓浆、限流、间歇灌浆等方法处理。

(5)终灌标准:①每米水泥耗灰量达到设计标准,即可结束灌浆。②每次灌浆过程中,当出现裂缝冒浆时停灌,2次复灌均达到此标准,即可结束灌浆。

3.8 封孔

灌浆结束并通过验收以后,对于采用袖阀管法灌浆的钻孔利用密度＞1.6 g/cm3的水泥稠浆封孔。

3.9 施工中出现的问题及处理方法

(1)袖阀灌浆接近地面时,容易出现浆液沿管壁上冒的现象,浆液无法渗入土体,一般采用挖除管壁周围套壳料,回填土并夯实。

(2)施工中常见的冒浆部位有堤坡冒浆、堤顶冒浆、孔口冒浆等。①堤坡冒浆:产生的原因主要是堤身存在裂缝洞穴,一般采取在原灌浆孔内用浓浆灌停间歇的方法进行处理。②堤顶冒浆:对灌浆初期出现的堤顶冒浆,可采取降低灌浆压力和输浆量或在冒浆处做阻浆盖阻止冒浆;对灌浆后期出现的冒浆,表明灌浆已接近结束.可不处理。③孔口冒浆:原因一般为孔口阻浆设施做得不好,可采用橡皮塞等阻浆设备缠绕管口位置,同时将孔口土体置换成黏土并夯实。

(3)对于堤防前后侧冒浆、串浆一般通过空洞串浆引起,一旦发现冒浆情况出现,立即停灌,采取停灌间歇的办法或在冒浆处开挖加阻浆盖,或在冒浆处堆沙袋做反滤等措施处理。

(4)封孔时不作反复补灌,因用的泥浆太稠,易形成孔口封堵、孔内空洞的现象,造成人为的堤防隐患。