砂礫石地層高壓旋噴灌漿防滲施工工法

砂礫石地層中高壓旋噴灌漿防滲施工工法李曉光一、 前言高壓噴射注漿法(HighPressureJetGrouting)在1968年創(chuàng)始于日本。70年代初我國鐵路、煤炭、水電等系統(tǒng)相繼引進(jìn)并開始研究這項技術(shù)。80年代以來，其他國家也開始大規(guī)模采用這項技術(shù)。我國水利系統(tǒng)于1980年首先將此技術(shù)應(yīng)用于山東白浪河土壩工程。根據(jù)噴嘴的噴射范圍，高壓噴射注漿分為旋噴、擺噴和定噴。近年來，高壓噴射注漿技術(shù)作為一個日趨成熟的地基基礎(chǔ)處理方法，已被廣泛的應(yīng)用于砂、土質(zhì)地層的河道、堤壩、工業(yè)民用建筑基礎(chǔ)防滲和地基加固中。但在砂礫石地層的應(yīng)用因其成孔困難、成墻效果不理想等原因，并未被廣泛采用。由水電十一局承建的九甸峽水電站廠房工程砂礫石圍堰截滲應(yīng)用了高壓旋噴灌漿，取得了成功，現(xiàn)對之進(jìn)行總結(jié)，形成本施工工法。二、 工法特點砂礫石層主要由細(xì)砂及砂卵石等粗顆粒組成，其透水性較強(qiáng)，透水率較大，對于該類型地層防滲，一般采用帷幕灌漿處理，但帷幕灌漿施工速度慢，投資大，防滲效果并不十分明顯。采用高壓旋噴灌漿進(jìn)行防滲處理可達(dá)到帷幕灌漿處理所達(dá)不到的效果。但高壓噴射灌漿存在其不可回避的弊端，一是砂礫石地層成孔過程中的塌孔問題，二是地層中的孤石能否有效被水泥漿包裹問題。本工法從九甸峽水電站廠房基礎(chǔ)防滲中總結(jié)出來。為了解決高壓旋噴防滲墻處理方案在砂礫石層中的可施工性，在常規(guī)施工方法的基礎(chǔ)上采取了有效改進(jìn)措施。針對砂礫石地層成孔難、易塌孔、鉆進(jìn)速度慢等技術(shù)難題，采取了大扭矩風(fēng)動回轉(zhuǎn)式液壓鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，PVC套管護(hù)壁成孔方法。這種鉆孔方法與傳統(tǒng)泥漿、水泥漿護(hù)壁鉆孔方法相比，具有成孔快、不塌孔、工藝簡單等優(yōu)點。針對注漿過程中的孤石能否有效被水泥漿包裹及水泥漿與砂礫石充分?jǐn)嚢鑶栴}，在注漿施工方法上選用高壓水孔內(nèi)切割，風(fēng)動攪拌，水泥固結(jié)的三管法。在參數(shù)選擇上盡量選擇大水壓，加大高壓水對地層沖擊、切割力度；在遇有孤石時，采取在孤石上、下50cm加大噴嘴旋轉(zhuǎn)速度、慢速提升的辦法，充分將孤石用水泥漿包住，從而使固結(jié)后的柱體達(dá)到連續(xù)完整的目的。工程所取得的成功經(jīng)驗值得類似工程借鑒和使用。三、 適用范圍高壓噴射注漿法防滲和加固技術(shù)主要適用于砂類土、黏性土、黃土、和淤泥等軟弱土層，本工法主要介紹其在砂礫石中的應(yīng)用。四、工藝原理高壓噴射注漿是利用鉆機(jī)成孔后，由高壓噴射注漿臺車（簡稱高噴臺車）把前端帶有噴嘴的注漿管置入砂礫石層預(yù)定深度后，以30?40Mpa壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流切割破壞砂礫石層，使原砂礫石層被破壞并與高壓噴射進(jìn)來的水泥漿按一定的比例和質(zhì)量大小，有規(guī)律地重新排列組合，漿液凝固后，便在砂礫石層中形成一個柱狀固結(jié)體，無數(shù)個柱狀固結(jié)體的連接便形成一道屏蔽幕墻。因從噴嘴中噴射出來的漿液或水能量很大，能夠置換部分碎石土顆粒，使?jié){液進(jìn)入碎石土中，從而起到加固地基和防滲的作用。五、施工工藝及特殊情況處理5.1高壓旋噴施工參數(shù)確定高壓旋噴滲墻施工前期，首先進(jìn)行試驗孔施工，試驗孔施工主要確定孔深、孔距、水氣漿壓力、漿液密度、注漿率、旋轉(zhuǎn)及提升速度，試驗孔施工結(jié)束后，進(jìn)行鉆孔取芯、注水試驗和開挖檢查。計算出透水率并通過試驗得出芯體的抗壓強(qiáng)度，從開挖檢查看，旋噴墻厚度及成墻連續(xù)性。在九甸峽水電站廠房下游沿河圍堰高壓旋噴滲墻施工前，在防滲墻體一端選取了兩個孔位進(jìn)行了高壓旋噴試驗。根據(jù)試噴試驗資料，得出的砂礫石層旋噴防滲墻施工參數(shù)為：孑L距：1.0m水壓：N40Mpa氣壓：N0.6Mpa漿壓：巳0.4?0.7Mpa注漿率：N70L/min提升速度：6?8cm/min旋轉(zhuǎn)速度：8?10r/min漿液密度：N1.65g/cm3漿液灰水比：0.8:1試驗段成墻14d后，采用地質(zhì)鉆機(jī)分別在旋噴樁中心和連接部位進(jìn)行了鉆孔取芯和壓水試驗。取芯試驗表明，樁體及連接部位水泥漿與砂礫石膠結(jié)效果較好，取得芯樣最大長度1.1m，芯體28d平均抗壓強(qiáng)度4.6Mpa。樁體中心和連接部位壓水試驗計算所得透水率分別為6.3Lu和4.4Lu。5.2高壓旋噴防滲墻施工工法高壓旋噴防滲墻鉆孔注漿分兩序施工，先施工I序孔，后施工II序孔，相鄰孔施工間隔時間不少于24小時。注漿采用同軸三管法高壓旋噴灌漿。同軸三管法即以漿、氣、水三種介質(zhì)同時作用于地層，使?jié){液與地層顆粒成份混合、攪拌、置換、充填滲透形成2

固結(jié)體。施工程序為：場地平整壓實一造孔(跟管鉆進(jìn))一下PVC管護(hù)壁一跟管拔出一高噴臺車就位一試噴一下噴具一噴灌一封孔一高噴臺車移位。(1)造孔：針對砂礫石地層成孔難、易塌孔、鉆進(jìn)速度慢等技術(shù)難題，采取了大扭矩液壓工程鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)。一是采用YGJ-80風(fēng)動液壓鉆機(jī)配偏心式?jīng)_擊器沖擊跟管鉆進(jìn)；二是采用QLCN-120履帶式多功能巖土鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)。鉆孔直徑均為6140mm，造孔效率可達(dá)6.0m/h。鉆機(jī)就位后，用水平尺校正機(jī)身，使鉆桿軸線垂直對準(zhǔn)鉆孔中心位置，孔位偏差不大于5cm。鉆孔達(dá)到設(shè)計深度后，將鉆桿提出，在跟管內(nèi)下設(shè)小于跟管口徑的PVC套管取代跟管。PVC護(hù)壁套管下至孔底后，再用液壓拔管器分節(jié)拔出鋼質(zhì)護(hù)壁跟管。PVC護(hù)壁套管滯留在孔中，待噴射灌漿時通過高壓水切割破碎，通過水泥漿與砂礫石固結(jié)在一起。鋼套管地桿.■'沖擊器鋼套管地桿.■'沖擊器鉆機(jī)造孔示意圖跟管接頭液壓千斤頂液壓油泵IIXZ-l^1P-IZJV跟管接頭液壓千斤頂液壓油泵IIXZ-l^1P-IZJV成孔護(hù)壁管安裝示意圖 '拔管機(jī)拔意圖護(hù)壁：造孔結(jié)束，將鉆桿提出，下設(shè)底端透水無紡布包扎6120PVC護(hù)壁管，進(jìn)行成孔護(hù)壁，護(hù)壁套管接頭用塑料密封帶連接。護(hù)壁套管下至孔底后，采用YGB液壓拔管機(jī)將套管分節(jié)拔出。噴具組裝及檢查：噴具由水、氣、漿三管并列組成，采用專用螺栓連接，自下而上由噴頭、噴管、旋噴三叉管組成,連接處用尼龍墊密封。噴具組裝后試運(yùn)行水、氣、漿管的暢通和承壓情況，當(dāng)水壓達(dá)到設(shè)計壓力的1.5倍時,管路無泄漏后再試噴15min后結(jié)束檢查。試噴檢查結(jié)束后，使噴嘴噴射方向與高噴軸線一致，并設(shè)置好旋噴轉(zhuǎn)速下入噴具至設(shè)計孔深。為防止在下噴具過程中因意外而堵塞噴嘴，可送入低壓水、氣、漿并開始噴漿。在初始噴漿時只噴轉(zhuǎn)不提，靜噴3?5min，待孔口返漿濃度接近1.3g/cm3時，按參數(shù)要求的提升速度和旋轉(zhuǎn)速度自下而上噴射灌漿到設(shè)計高程。噴射漿液為灰水比0.8：1的純水泥漿。三管法施工示意圖5.3特殊情況處理(1)漏漿處理在砂礫石圍堰高噴灌漿防滲墻的施工中，可能會有部分孔發(fā)生漏漿現(xiàn)象，說明圍堰基礎(chǔ)存在一定的集中滲流區(qū)，對工程施工安全十分不利。因此在發(fā)生漏漿時，視嚴(yán)重程度應(yīng)采取停止提升或放慢提升速度的辦法，盡可能使漏漿地層充分灌滿水泥漿，從而達(dá)到充分固結(jié)的目的。(2)孤石處理針對注漿過程中的孤石能否有效被水泥漿包裹及水泥漿與砂礫石充分?jǐn)嚢鑶栴}，在注漿施工方法上選用高壓水孔內(nèi)切割，風(fēng)動攪拌，水泥固結(jié)的三管法。在參數(shù)選擇大水壓，加大高壓水對地層沖擊、切割力度；在遇有孤石時，采取在孤石上、下50cm加大噴嘴旋轉(zhuǎn)速度、慢速提升的辦法，充分將孤石用水泥漿包住，從而使固結(jié)后的柱體達(dá)到連續(xù)完整的目的。(3)事故停噴在高噴過程中發(fā)生停電、停噴事故，均采取重新掃孔、復(fù)噴的辦法，掃孔底至停噴段以下1.2m，解決因停噴造成的柱體連續(xù)性問題。<?六、機(jī)具設(shè)備序號名稱規(guī)格型號數(shù)量備注1回轉(zhuǎn)式液壓工程鉆機(jī)YGJ-8032空壓機(jī)VHP75033高噴臺車JT150014注漿泵2SNS200/1025泥漿泵HB-8/1036制漿機(jī)NJ-60027高壓水泵HSZ-II2七、 勞動組織施工現(xiàn)場根據(jù)實際情況配備專業(yè)技術(shù)人員2人，專業(yè)技師1人，熟練工12名，普工25名。八、 質(zhì)量要求在施工過程中，應(yīng)著重對鉆孔和灌漿兩道工序進(jìn)行控制以及對防滲墻質(zhì)量進(jìn)行檢查，主要有以下幾方面：1、 鉆孔要經(jīng)常檢查鉆孔孔位有無偏差，即使予以糾正?？仔币话阋@孔孔斜小于0.5%?1.5%的孔深。檢測噴漿管的旋轉(zhuǎn)和提升速度。以設(shè)計要求為準(zhǔn)或通常將旋轉(zhuǎn)速度控制在 5?20r/min，提升速度為5?20cm/min。當(dāng)因拆卸鉆桿或其它原因暫停噴射時，再噴射時應(yīng)使新舊固結(jié)體搭接 10cm以上，以防止斷樁。2、 灌漿要檢查灌漿漿液的比重和流動度指標(biāo)以及灌漿壓力和流量等指標(biāo)，并及時調(diào)整，使其滿足要求。利用灌漿自動記錄儀記錄灌漿過程，隨時核算灌入漿液總量是否滿足要求。要及時觀察和檢測冒漿。在高噴施工過程中，往往有一定數(shù)量的土粒隨著一部分漿液冒出地面。通過對冒漿現(xiàn)象的觀察，及時了解地層的變化情況、噴射灌漿效果以及各項施工參數(shù)是否合理，以便適時作出適當(dāng)調(diào)整。3、 防滲墻質(zhì)量檢驗對高噴防滲墻固結(jié)體的質(zhì)量檢驗可采用開挖檢查、鉆取巖芯、壓（注）水試驗等多種方法來進(jìn)行。檢驗主要內(nèi)容為：固結(jié)體的整體性和均勻性；固結(jié)體的幾何特性，包括有效直徑、深度和偏斜度；固結(jié)體的水力學(xué)特性，包括滲透系數(shù)和水力坡降等。質(zhì)量檢驗一般在高噴工作結(jié)束后4周進(jìn)行。根據(jù)檢驗結(jié)果采取適當(dāng)措施以確保達(dá)到預(yù)期要求。對防滲墻應(yīng)進(jìn)行滲透試驗，一般做法為：在高噴固結(jié)體適當(dāng)部位鉆孔（取芯），然后在孔內(nèi)進(jìn)行壓水或注水試驗，以判斷其抗?jié)B透能力。九、安全措施1、 施工前對風(fēng)、水、漿、電及施工順序進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，保證作業(yè)面規(guī)范整齊。2、 加強(qiáng)施工人員安全教育，建立各種設(shè)備操作規(guī)程。3、 設(shè)置醒目的安全標(biāo)志，人員上下機(jī)架要系安全帶。4、 電動機(jī)械設(shè)備應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)設(shè)施和安全保護(hù)措施。5、 施工前必須檢查防水電纜是否完好，防止電傷人。6、 施工時，作好廢漿排放工作；工程結(jié)束時，要作到工完料凈場地清。十、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析九甸峽水電站廠房工程圍堰高壓旋噴防滲墻總長120m，深30m左右，總成墻面積3500m2，共注入水泥漿量1.99X106L，耗用水泥1462t，平均耗漿量570L/m。高壓旋噴防滲墻施工歷時72天，經(jīng)推算，高壓旋噴防滲方案可比帷幕灌漿防滲提前工期30?50天。基坑開挖完成后，總排水不超過960m3/天，且有半數(shù)