高压摆喷灌浆在谢岗镇坑口水库除险加固中的应用

谢嘉明

(东莞市谢岗镇水务工程运营中心,广东 东莞 523000)

0 引言

坑口水库修建于1958年8月,为小(1)型水库,集雨面积为0.66 km2,主要由均质土坝、溢洪道和放水涵洞组成。兴建时按10 a一遇设计,100 a一遇校核。2006年进行了安全达标建设,按50 a一遇,500 a一遇校核。加高培厚后的大坝,最大坝高为14.5 m,水库总库容为109.97万 m3。在运行管理过程中发现坑口水库大坝坝坡出现渗漏的情况,随即对水库开展了安全鉴定。经安全鉴定水库大坝渗流计算逸出点比降均大于允许值,水库大坝稳定计算、坝坡稳定安全系数均小于规范要求值。大坝安全类别评定为三类坝,需进行注浆加固大坝。经过方案比选,选择了高压摆喷灌浆的方式进行防渗墙施工,加固大坝。

1 工程概况

本工程直接在坑口水库大坝坝顶进行高压摆喷灌浆施工,具体的施工范围为K0+005～K0+163,防渗墙共计长158 m,面积2 719 m2。高压摆喷灌浆设置一排灌浆孔,设计桩孔为106孔,孔距为1.5 m,分两序施工,孔深入强风化岩层以下1 m,灌浆入土1 718 m,入岩109 m。本工程中高压摆喷注浆采用三重管法(见图1)。

2 高压摆动喷涂施工工艺及方法

2.1 工艺介绍及原理

本工程采用三重管高压摆喷灌浆。三重管高压摆喷灌浆施工技术是借助喷射介质为水、水泥混凝土基体的粘性液体和空气压缩机,使喷射管左右摆动,以一定角度抬升,借助高压电水逐渐形成高速公路的急流,强烈冲击、切割、破碎碳酸盐岩的不均匀沉降,除与水泥混凝土基体、粘性液体、排出液混合,在体内逐步形成顶状半圆形截面墙体凝结,进一步提高水库大坝护坡施工质量控制。

2.2 工艺流程

三重管高压摆喷灌浆工艺流程见图2。

图2 高压摆喷施工工艺流程图

2.3 施工流程

2.3.1 场地平整与清理

高压摆喷灌浆施工前,一定要平整现场,清除施工现场内部的垃圾和地下障碍物,以便钻机施工作业。

2.3.2 测量放线布孔

现场应根据设计图纸和测量控制点释放桩位。本工程的设计桩号为K0+005～K0+163,合计158 m共106孔。本施工中高压摆喷灌浆的孔间距是1 500 mm,对接摆角不小于60°。沿大坝的平行方向标记定位线,每15 m设置基准定位线。根据基准定位线进行桩孔中心定位,孔距偏差不超过50 mm。测量和放置时,同时定义每孔摆动的起点和终点,并在背面标出定位线。确保每次摆喷定位准确无误。

2.3.3 钻孔机械移机就位

钻孔机械的移位由负责人指挥。在采取行动之前,一定要仔细观察现场的具体情况。换班一定要绝对不绝对安全。混凝土泵车定位后,桩检查员负责评估定位线数据和桩位,保证钻孔定位偏差不大于50 mm;施工时为了保证钻孔质量,垂直度必须每10 m进行调整,保证钻孔斜率控制在孔深的1%以内。

2.3.4 三重管高压灌浆机械移机就位

钻孔完毕后将钻孔机械移开,移入三重管高喷台车,安装好机械后,并对中、调平,同时调整好摆喷。首先将高压电试水喷入螺孔内,直接测量摆喷是否相互垂直。借助等腰直角三角比,硬地面直接测量就能够控制,控制偏差在2°以内;摆动角度在喷射管外圆上测量控制,控制偏差在2°以内。施工前一定要在钻杆上深深的记号,控制高压摆动的长度不小于设计桩的长度。

2.3.5 下管扫孔

将三重喷射混凝土施工管插入孔中至预定深度。注入管下入孔的检测孔倾角可参照孔倾角的实际情况,随注入管微调。为防止泥沙堵塞压缩空气,可选择非高压水和少量压缩空气(用胶带将喷嘴包住),边射水、边 插管,同时要控制好水压力,可以用0.5 Mpa的水压,防止孔壁因水压相对较大而塌陷。洞底会有多的渣滓。一定要先喷洒污泥,用旋摆控制装置扫孔,直至喷管到孔底为止。

2.3.6 试喷、确定参数

本工程灌浆具体技术参数要求如下:

气压:大于0.7 MPa;流量1.0 m3/min

水压力:大于35 MPa;流量大于70 L/min;

灌浆设备施工要求:提升速度6～8 cm/min;对接摆角不小于60°;摆速10～15 次/min。

在初期进行高压摆喷灌浆时,先进行低压(0.5 MPa)注水试验,检查喷头是否压力是否正常。选择典型作业面进行高压摆喷灌浆试验,对喷射流量、压力摆速、提升速度等施工参数进行调整。初期应施工一个围井进行试验,检查防渗墙的整体连续性、均匀性和防渗情况。

2.3.7 水泥浆液拌制

2.3.8 钻杆下沉、拉升、喷浆

将钻头下沉到预设的位置,设定摆动射流和喷头方向,放置限制器,使转动产生摆动的动作。按规定参数启动高压电动泥浆泵、空压机原位拖走加固。当粘性液体回流到螺孔内,若正常状态则开始上升摆动抽水。金刚石钻升降运动移动速度控制在6 cm/min,人造金刚石切割刀的移动速度控制在10 次/min,摆动角度60°。注浆分段提升的搭接长度应该大于0.2 m,确保防渗墙的连续性。当切刀上升距离设计标高和桩顶设计直线距离1.0 m时,向上运动的速度相应降低,到达顶部后静注30 s。

2.3.9 冲洗机具

喷管注浆完成后,取出喷雾器,在孔口处及时补充填满水泥浆。要迅速拔除注浆对注浆泵进行彻底清洗,防止浆液凝固堵塞(泵体应适当清洗和注浆管)。

2.3.10 废弃浆液处理

在喷射灌浆施工中,会产生大量的废浆液。为了保证现场的清洁和施工顺利,计划在现场设一个泥浆池,待泥浆固结后,再在施工中将泥浆排入池中再运输到室外进行处理。

3 高压摆喷施工质量保证措施

(1)误差控制内在5 cm以内,孔深在±100 mm以内,扩孔的相对有效深度一定要超过墙底的设计制造深度30 cm。

(2)要严格控制灌浆加固比例,推动做到挂牌施工,配备专职人员进行灌浆加固布放信息化管理。金刚石钻头升降和旋转运动的速度控制在6 cm/min,金刚石钻头摆动运动的速度控制在10 次/min,严格按照设计参数要求。

(3)对高压喷射机、高压泵等设备施工前的维护保养,施工中出现的质量问题导致的设备故障降到最低限度。该装置的运行由负责人亲自挂帅。

(4)高压电摆式溅射机就位后,旋转钻机本身平行移动,保证高压电摆式溅射机的表面光洁度。

(5)在高压摆注施工期间,严禁对线路进行移位定位。在清理沟渠泥土时,一旦发现挖掘机触及定位线,使之脱位,要立即准备将其放回原处,不要忘记连接相邻的电池。场地布置综合考虑多种妨碍因素,避免先移后移,减少相邻桩的设计和施工间隔时间,最大限度地保证了连续施工中,因故暂停施工时,摆喷一定要从原位下沉20 cm方可开始,以确保桩体整体性。

(6)在进行在摆喷施工时,定期进行摆喷,能够很好的弥补相邻桩直径的不足,也能够很好的与相邻桩连接,所以不是很好得到比较好的加固效果。严禁选用过期的水泥混凝土。每批水泥混凝土都要经过二次检测资格通过后才能被选中。在工程施工中,如果旋挖钻机长期无法维修,墙体结构已过终凝期,应尽快对桩体进行标记,并将防止出现冷缝的处理措施报监理进行商讨。

4 桩基强度和均匀性措施分析

(1)严格控制注浆水泥注浆比例随时进行检查。

(2)充分搅拌土体,严格控制钻孔的升降和摆动速度,使原来的土体完全破碎,对水泥浆有与土体均匀混合有一定的好处。

(3)粘性液体不能解体,水泥混凝土粘性液体的配制一定要严格依据预定配合比进行。如果你想获得这种效果,应该避免浆液分离,必须搅拌桶中的浆液。

(4)注浆阶段,注浆管道不应堵塞,不应出现注浆破裂现象。整桩注浆应均匀,不得出现土浆夹层。

(5)如果管道堵塞,高压水泵一定要立即准备停泵。处理完毕,钻孔下沉0.3 m后可继续注浆,10～20 s后恢复上行注浆,防止破桩的发生。

5 基于井围法高射流墙的防渗性能检查评价

5.1 围井试验

围井成型后至少14 d,应钻孔进行注水试验。钻孔应位于围井的中心,钻孔直径应不小于110 mm,孔深应达到围井底部。滤花管插入孔中。

5.2 渗透系数的计算

高喷板墙体渗透系数应小于1×10-6cm/S。可根据国家相关规范计算,计算公式如下。

(1)

式中:K为渗透系数(m/d);Q为稳定注水(m3/d);T为高喷板壁厚(m);L为面板墙中心线周长(m);S为封闭井内外水头差(m);H为注水面至井底高度(m);h0为地下水位离井底的高度(m)。

由于试验布置在工程轴线上,通过对路堤顶墙开挖的检查观察分析得到的该参数可作为高喷施工参数选择的依据。开挖检查完成后,进行墙体边缘检查复原的路堤体。

6 结语

以施工方案以指导施工为依据,充分考虑项目管理机构设置、人力规划安排、供应安排、机械设备配置、施工方法的主要分工、工期保证措施、质量安全措施等,确保安全生产、文明施工、减少环境污染、突出重点等方面的措施质量卓越的原则,经济合理性、安全性和适用性。为今后类似工程提供了一定的参考。