高压摆喷灌浆技术在临汾市汾河城区段中隔堤防渗墙工程上的应用

2013-10-29胡新刚

山西水利科技 2013年3期

胡新刚

（山西省水利建筑工程局山西太原 030006）

1 工程概况

临汾市汾河城区段生态环境综合治理修复与保护工程其结构为“一轴、两心、三区、串珠状”，即一条汾河河道景观轴线，两个城市广场（市民综合广场和戏曲广场），三个功能分区（北段田园湿地区、中段文化休闲区、南段郊野生态区），24个景观节点串联。将汾河城区段建成一幅临汾绿廊，唐尧画卷，打造“临汾客厅，城市绿肺“，建设“一川清水，两岸锦绣”的城市形象。中隔堤高喷防渗墙工程是橡胶坝与中隔堤库区蓄水重要的组成部分，总长度6 707.044m。

2 高喷灌浆技术应用

高压摆喷灌浆技术即利用水为喷射介质，水泥基质浆液和压缩空气使喷射管按照一定角度转动和提升。即钻机钻孔至土层预定深度，把带有喷嘴的注浆管钻入喷孔内，利用高压灌浆设备使水转变为高压射流，通过喷嘴喷射冲击切割土体，与此同时，按照一定的速度将喷射管向上进行提升，在压缩空气的作用下将切割土体与浆液充分混合，使其搅拌均匀，待混合浆液固结之后，在土体内形成一面防渗墙体。摆喷法是在钻杆提升过程中，喷嘴以一定的角度转动，从而形成截面似哑铃状的墙体。

临汾市汾河城区段中隔堤高喷防渗墙工程分为4部分，分别为A段：桩号范围为0+017至2+072.96，长度为2055.96m。B段：桩号范围为2+072.96至4+032.96，长度为1960m。C段：桩号范围为4+032.96至6+004.044，长度为1971.084m。D段：3号、4号橡胶坝高喷防渗墙长度为720（360×2）m。

2.1 主要技术指标

高压摆喷灌浆工程沿中隔堤堤顶及橡胶坝坝基布置。灌浆方法采用三重管法，结构形式采用单排摆喷折接形式，孔距1.7m。孔深至堤下弱透水层0.5～1.0m。墙体性能指标如下：要求最小墙厚不小于0.15m，抗压强度R28≥2MPa，渗透系数K≤5×10-6cm/s。高压摆喷灌浆设计参数见表1。

表1 高压摆喷灌浆设计参数

续表1

2.2 灌浆材料

高压摆喷灌浆浆液水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，细度模数要求通过80μm方孔筛的筛余量不大于5%。拌和用水应符合拌制水工混凝土用水要求，采用汾河水，拌浆水温不得高于40℃。

2.3 高喷灌浆试验

在高压摆喷灌浆作业开始前，按照施工图纸要求和监理指示，选择地质条件具有代表性的区段，在西关桥下游河道约260m处，按室内试验选定的配合比进行高压摆喷灌浆的工艺试验，以选定施工工艺参数。

通过试验确定主要施工参数为：水压力36～38mPa，流量70～80L/min；气压力 0.6～0.8mPa，风量 0.8～1.2m3/min；浆压力0.5～1.0mPa，流量60～80L/min；摆喷折接角20°，土夹卵石层提升速度为8～12cm/min，黏土层为6～8cm/min；进浆密度1.6～1.7g/cm3，孔口返浆密度不小于1.2g/cm3。

2.4 高喷灌浆施工

高压喷射构筑防渗墙主要有造孔、喷墙两大工序，本工程采用水、气、浆液三重管法施工。每34m造一先导孔并绘制地质柱状图。高喷灌浆施工分为两序进行，奇数孔为Ⅰ序孔，偶数孔为Ⅱ序孔。其中钻孔顺序为先钻先导孔以此来掌握地层结构，再进行Ⅰ序孔的造孔，最后钻Ⅱ序孔，即先钻先导孔，再钻奇数孔，最后钻偶数孔。其主要的工艺流程为：放线定位、钻机就位、钻孔、台车就位、下喷射管、喷射和提升、冲洗机具、回填灌浆、移机等。

（1）放线定位：由专业测量人员在施工轴线上用全站仪测放控制点坐标，然后用白灰画出轴线，施工前用钢卷尺定出钻孔的位置并用钉入钢钎进行标注识别。

（2）钻机就位：启动钻机开至预定的孔位上面，将钻杆及其钻头对准孔位中心点位置，然后进行钻机的水平校正，最后对钻机底座加以固定。

（3）钻孔：使用300型地质钻机进行钻孔，采用Φ12.7cm合金刚钻头，钻孔完成后孔口直径为13cm。根据前期先导孔的施工勘查，技术人员必须及时提供先导孔的地质柱状图，利于钻机操作人员钻孔中进行参考，能够及时核对地层的情况变化。钻孔过程中采用泥浆护壁钻进。引孔的垂直度对成墙质量有很大影响，在钻进过程中对钻孔垂直度进行严格控制，钻孔垂直度控制在1%内。

（4）台车就位：启动台车开至已钻好的孔位上面，将喷射管及其喷头对准已钻好的孔位中心点位置，利用水平仪对台车进行整平，调整高喷台车的喷射管与钻孔孔位在同一轴线上，利于喷射管能够顺利下放至孔底。喷射管就位后，检查三重管的管路，然后进行试喷，检查各项施工参数的指标，达到要求后开始下喷射管。

（5）下喷射管：钻机引孔完成后，下喷射管到设计的深度。在下管的过程中，为了防止泥沙等杂物堵塞喷嘴，采用低压射水下管，水压力控制在0.1～11MPa，压力过高容易产生塌孔，将喷射管埋入孔内。

（6）喷射和提升：喷射管下到设计深度后，立即开动搅拌机，拌制水泥浆液。浆液通过管道送入，当孔口开始冒浆时送水、气，达到试验压力后开始进行高喷灌浆作业。将喷射管根据试验确定参数进行喷射和提升，作业中严格按照试验参数进行施工和控制，台车操作人员应做好喷射孔的施工记录。

（7）冲洗机具：当喷射管提升到设计高度后，高喷灌浆结束，停止浆、水、气的供应，提出喷射管。此时要把灌浆管等机具冲洗干净，管内机内不得残留水泥浆液，以利于下一次作业。

（8）回填灌浆：高喷灌浆结束，由于孔内浆液沉淀，必须向孔内注入浆液进行回灌，可利用下一个孔位的返浆浆液将其回填饱满。不得将在淤泥层或黏土层内喷射的返浆进行回灌。

（9）移机：高喷灌浆结束后即冲洗喷射管，移动台车到新的孔位。

3 特殊情况处理措施

（1）在钻孔的过程中，经常会遇到护壁泥浆漏失等问题，主要采取使用比较稠的泥浆来灌注，施工中若漏失的泥浆量太大时，使用黏土、砂和少量的水泥按一定比例混合后进行封堵。根据以往的施工经验，加入少量的水泥可加快护壁泥浆的凝结速度，便于钻孔进度的快速恢复，其效果比较良好。

（2）在灌浆的过程中，经常会遇到漏浆等问题，其原因为在地层内有裂隙，可采取增大注浆量及在浆液中掺入速凝剂等处理措施，待裂隙填满后进行正常作业。

（3）返浆量过大的主要原因为注浆量与设计参数不相适应，可采取缩小喷嘴孔径、加快旋转和提升速度、提高喷射压力等减少返浆的处理措施。

（4）喷射管内的进水管路、浆液管路由于在作业中管道内混入水泥结块或小砂子或者在中途卸管时水压急速降低使得管内产生了真空，管道内孔内吸入一些砂子、石子等，经常导致管道的不通。在出现此类事故时，必须起管进行检查，同时将孔内的水泥浆液改用护壁泥浆置换出来，避免孔内的水泥浆液凝固影响灌浆质量。

（5）由于停电及机械故障造成的停喷恢复施工后，采取重叠搭接的方法进行处理，搭接长度至少0.3m。停机超过3h后，必须对浆液泵及浆管管路进行清洗后方可继续作业。

（6）中隔堤高喷防渗墙工程根据建设单位总进度计划处于冬季施工。工期紧、工序复杂、战线较长，受天气影响很大，必须充分周密计划，合理安排，加强现场控制。采取对每个灌浆平台搭设棉帐篷，增加取暖工具，使平台内的施工人员、机械设备处于一个温暖的环境。将外露的三重管道全部用保温材料包裹，安排专职管路检测人员，不间断对管路检查，发现管路有冻结现象，及时用喷灯烤开，保证施工顺利进行。