貴港航運(yùn)樞紐庫(kù)區(qū)軟土地區(qū)防滲灌漿技術(shù)研究

貴港航運(yùn)樞紐庫(kù)區(qū)軟土地區(qū)防滲灌漿技術(shù)研究

1高噴灌漿孔貴港交通運(yùn)輸樞紐指揮新水庫(kù)位于廣西貴港市思懷市新水庫(kù)附近，赤江支流吳思江右岸，全長(zhǎng)約1200米。該堤于1975年竣工,后發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重的滲漏問題,洪水季節(jié)堤內(nèi)多處有噴砂、冒水現(xiàn)象,1986年和1994年洪水期間,曾因管涌問題而2次潰堤,1998年曾進(jìn)行常規(guī)靜壓灌漿,但效果不好。1999年5月20日～1999年9月23日設(shè)計(jì)采用高壓擺噴方法對(duì)滲漏較嚴(yán)重的474m地段進(jìn)行灌漿,共完成高噴灌漿孔295個(gè),鉆孔總深5727.5m。高噴灌漿延米4062.25m,高噴板墻總面積6499.6m2。2充填料質(zhì)細(xì)度新平堤地層比較簡(jiǎn)單,從上到下大致可分為3層:(1)上部為人工填土層,土層較疏松,厚度3～4m;(2)中部為一級(jí)階地沖積層,厚12～16m。其中以粉土、砂、含泥砂卵礫石層為主要滲漏層,一般厚8～12m,局部厚達(dá)20m。含泥砂卵礫石層呈中密狀,卵石含量15%～40%,粒徑20～150mm,個(gè)別粒徑達(dá)300mm,呈次圓狀,成分為石英或砂巖;礫石含量20%～35%,粒徑一般2～15mm,呈次棱角狀,成分以石英和砂巖為主;砂含量20%～40%,以中粗砂為主,成分主要為石英;泥質(zhì)含量5%～20%;(3)下部為強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r(D12y2y1)。3施工工藝3.1防滲板墻節(jié)點(diǎn)施工高噴灌漿孔中心線置于原帷幕灌漿孔中心線內(nèi)側(cè)1.0m范圍內(nèi),局部因考慮設(shè)備安放與原靜壓灌漿中心線有交叉。共布置295個(gè)灌漿孔,孔距1.6m,擺噴角度30°,Ⅰ序孔從軸線向內(nèi)側(cè)擺噴,Ⅱ序孔從軸線向外側(cè)擺噴。選用三列管法(水、氣、漿分別由3條并列的管道輸送)設(shè)備施灌制作折線形防滲板墻。高噴灌漿上下界線為:上進(jìn)入粘土層1.0m,下入基巖面以下1.0m。由于高壓水管的長(zhǎng)度只有80m,為了減少設(shè)備搬運(yùn)次數(shù),根據(jù)場(chǎng)地條件,施工分5段進(jìn)行。為減少串孔、塌孔及保護(hù)板墻有效連接,每段又分Ⅰ、Ⅱ序孔進(jìn)行施工。施工平面大樣圖見圖1。3.2高壓噴射成墻體墻造孔采用3臺(tái)SGI-150型鉆機(jī)進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn),用當(dāng)?shù)卣惩林茲{進(jìn)行鉆孔護(hù)壁,采用三列管法高噴灌漿設(shè)備GS500-4型高壓噴射灌漿機(jī)1臺(tái)進(jìn)行擺噴,在孔造好后下高噴管,高壓噴射以水、氣、漿為介質(zhì),高壓噴頭使用一對(duì)水平噴嘴噴出35～40MPa的高壓水(周圍用壓縮空氣保護(hù)水柱)射流切割破壞被灌地層,出漿口垂直于高壓水嘴,在高噴管的底部灌入比重大于1.6以上的水泥漿充填被高壓水切開的空間,并使地層中的泥、砂等細(xì)小顆粒排出地表,從而形成高噴板墻。主要施工流程如下:施工放樣→鉆孔→高噴機(jī)就位→地面試噴→下噴管到孔底→送水漿氣→慢速提升擺噴→靜壓灌漿回填→管路沖洗。3.3試噴長(zhǎng)堤段施工所采用的高噴參數(shù),按設(shè)計(jì)要求在正式施工前選擇20m長(zhǎng)堤段(滲透系數(shù)k=2.78×10-2cm/s)進(jìn)行試噴,經(jīng)圍井注水試驗(yàn)驗(yàn)證正確后,才投入正式施工。高噴施工參數(shù)見表1。3.4用稠微漿擋墻施工鉆機(jī)安放平穩(wěn),孔位偏差小于5cm,均用水平尺校正機(jī)臺(tái)水平和鉆機(jī)立軸垂直度。通過回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、泥漿護(hù)壁成孔。失漿嚴(yán)重時(shí),注入稠泥漿或粘土進(jìn)行堵漏處理。鉆進(jìn)過程中使用測(cè)斜儀對(duì)鉆孔進(jìn)行測(cè)斜,當(dāng)發(fā)現(xiàn)鉆孔傾斜時(shí),及時(shí)采取補(bǔ)救措施,以確保成孔傾斜度小于1%。鉆孔結(jié)束后及時(shí)向孔內(nèi)注入稠泥漿,防止塌孔。地質(zhì)人員跟班對(duì)巖芯進(jìn)行分層描述。3.5砂卵層噴孔操作(1)為保證先期形成的板墻與后期形成的板墻有效連結(jié),采用間隔性Ⅰ序孔、Ⅱ序孔施工方法,即先施工完Ⅰ序孔,然后再施工Ⅱ序孔。(2)高噴機(jī)就位后,先在地面進(jìn)行試擺和試噴,定好噴射方向,待各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到要求后再下噴射管至孔底,自下而上緩慢提升擺噴。(3)噴射界線為下至強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r1m以下,上至粘土層底以上1m,部分孔噴射上界線進(jìn)入填土層0.5～1.0m。(4)在砂卵石層中容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象致使高噴管下不到預(yù)定深度,這時(shí),移開高噴機(jī),用鉆機(jī)進(jìn)行掃孔,用濃粘土漿或直接倒入粘土進(jìn)行護(hù)壁,然后才能進(jìn)行高噴操作。(5)噴射過程中,出現(xiàn)故障而停噴時(shí),待故障排除后,將噴管下至停噴前深度1m以下重新噴射,確保板墻連接良好。(6)部分砂礫卵石層孔段出現(xiàn)漏漿而無(wú)冒漿時(shí),就停止提升,并加大水泥漿液濃度,直至孔口有冒漿后才開始重新提升。當(dāng)發(fā)生鄰孔串漿時(shí)(主要發(fā)生在Ⅰ序孔),將串漿孔堵死,灌漿孔依照正常施噴要求進(jìn)行。(7)單孔噴灌結(jié)束后,采用0.7∶1的純水泥漿進(jìn)行回填補(bǔ)灌,反復(fù)進(jìn)行,直至漿面不再下沉為止。(8)在噴灌過程中,隨時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)漿比重,回漿比重、流量,水、氣、漿的壓力和流量,擺噴角度,提升速度等施工參數(shù),并詳細(xì)記錄。(9)灌漿材料采用貴港市水泥廠二、三分廠生產(chǎn)的郁江牌425號(hào)普通硅酸鹽水泥,總耗灰量達(dá)1651.55t,平均單位耗灰量為407kg/m。4井內(nèi)高噴板墻在施工過程中和全部竣工后,沿板墻共布設(shè)了6個(gè)三角形圍井并在圍井中鉆孔進(jìn)行注水試驗(yàn)(其中開挖2個(gè)圍井進(jìn)行直觀檢查)、5個(gè)抽芯檢查孔(檢查上、下界線),取11組板墻水泥凝結(jié)體樣進(jìn)行室內(nèi)抗壓、抗剪試驗(yàn)。根據(jù)檢查結(jié)果并結(jié)合高噴過程中出現(xiàn)的情況對(duì)高壓噴射灌漿效果綜合分析如下:(1)高噴板墻上6個(gè)圍井注水試驗(yàn)結(jié)果:板墻滲透系數(shù)k為2.31×10-7～3.27×10-6cm/s,滲透系數(shù)很小。5號(hào)圍井開挖后曾進(jìn)行全井注水試驗(yàn),井內(nèi)注滿水,12h后水位只下降1.56m,表明板墻的滲透量很小。(2)從2個(gè)圍井開挖出來(lái)的結(jié)果來(lái)看,高噴板墻施工質(zhì)量很好,主要表現(xiàn)在以下幾方面:①圍井的封閉性相當(dāng)好,三角形圍井三面板墻連接很好,板墻的防滲性也不錯(cuò),開挖至地面以下10m左右(當(dāng)時(shí)已經(jīng)深入地下水位以下2～3m),未見水滲入;②底部砂卵石層大多數(shù)被噴射擴(kuò)散的水泥粘結(jié),比較堅(jiān)硬,用鎬開挖十分困難,且圍井下部漸漸變窄,呈一鍋底狀,說(shuō)明水泥漿在砂卵石層中擴(kuò)散較寬;③從板墻上可以看到,粒徑達(dá)150～250mm的大卵石也被水泥結(jié)石包圍,膠結(jié)很好;④粘土層中板墻的厚度為0.15～0.60m,板墻面較平整,單邊噴射長(zhǎng)度達(dá)1.00m,砂卵石層中單邊最大噴射長(zhǎng)度及板墻厚度未能觀察到,但由于其擴(kuò)散性好,噴射距離應(yīng)更長(zhǎng),厚度應(yīng)更大,板墻面凹凸不平。(3)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果,砂卵石層高噴板墻抗剪斷強(qiáng)度較高,f′=0.76,c′=0.6MPa;飽和單軸抗壓強(qiáng)度:粘土層高噴板墻為0.7～0.9MPa,砂卵石層高噴板墻為2.2～7.8MPa。(4)Ⅰ序高噴灌漿孔在鉆孔時(shí),在砂層和砂礫卵石層容易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。但在完成Ⅰ序孔板墻施工后,Ⅱ序孔鉆孔時(shí),孔壁較穩(wěn)定;個(gè)別孔的中粗砂、粉細(xì)砂層可鉆上水泥膠結(jié)良好的凝結(jié)體;Ⅰ序孔高壓噴射灌漿時(shí),距灌漿孔3.2m、甚至是6.4m的部分待灌漿孔有冒漿或冒氣現(xiàn)象,說(shuō)明高壓射流的切割距離是比較遠(yuǎn)的,采用1.6m的孔距足以保證高噴板墻的有效連接。5高噴灌漿施工的相關(guān)置安(1)綜合圍井注水、圍井開挖及鉆孔抽芯檢查說(shuō)明對(duì)新平堤基砂層、砂礫卵石層采用高壓擺噴灌漿防滲是正確的,所采用的施工參數(shù)是可行的。在高噴軸線噴灌范圍內(nèi),已形成了具有防滲作用的板墻,防滲效果是明顯的。高噴施工結(jié)束后近1年來(lái),新平堤在2000年6～8月洪水期堤外水位較高的情況下,堤內(nèi)側(cè)未見以往的噴砂、冒水等現(xiàn)象,說(shuō)明高噴防滲板墻是有效的。(2)高壓擺噴灌漿與靜壓灌漿相比,其作用原理有著根本區(qū)別。靜壓灌漿借助壓力,使?jié){液沿孔隙或裂隙進(jìn)入被灌地層,在含泥的砂層、砂礫卵石層中具有不可控、不可灌等特點(diǎn),往往導(dǎo)致灌漿的失敗。高壓擺噴灌漿則是借助于35～40MPa的高壓射流沖擊破壞被灌地層結(jié)構(gòu),切削攪動(dòng)地層,使水泥漿液與被灌地層顆粒摻混,形成水泥凝結(jié)體,同時(shí),水、氣、漿與地層中的細(xì)顆粒摻混,形成夾氣混合液,沿孔壁與噴管之間間隙排出地表,具有升揚(yáng)置換作用。因此,高噴灌漿在含泥的砂層、砂卵石層中具有較好的可控性及可灌性。(3)高噴灌漿系隱蔽工程,對(duì)施工參數(shù)必須嚴(yán)格控制才能保證施工質(zhì)量。其中,高噴管的提升速度、高壓水的壓力、水泥漿液的比重、回漿量等是高噴施工控制的關(guān)鍵。(4)在有大顆粒(粒徑150～200mm)的卵石層中,通過開挖驗(yàn)證水泥漿液可以很好地包圍粒徑較大的卵石,分析其原因主要是,高噴擺動(dòng)角度較大(30°),能有效破壞卵石左右側(cè)的充填物,另外其下部支撐物被先破壞并充滿水泥漿液,在進(jìn)行其中上部噴射時(shí),卵石受高壓射流沖擊失去支撐,松動(dòng)掉入水泥漿液中,從而被水泥漿包圍凝結(jié)。(5)控制好高噴管的提升速度及充分利用回漿是節(jié)約水泥消耗量的關(guān)鍵,在砂層、粉土層、軟～可塑狀粘土層中可以提升快些,為0.1～0.15m/s,在礫石層、卵石層中,由于地層的滲透性強(qiáng),高噴管的提升速度不能太快,一般為0.06～0.1m/s,在沒有回漿的地段要停止提升直到有回漿出現(xiàn)。高噴過程中產(chǎn)生大量的回漿,其中含有較多的水泥成分,可以抽回?cái)嚌{機(jī)中加入適量的水泥后重新利用,這樣可以降低水泥的消耗量。(6)高噴機(jī)自重達(dá)6～7t,4條腿支撐寬度約4m,使用鋼軌進(jìn)行移動(dòng),故要求場(chǎng)地相對(duì)平整,寬度至少要有4m,以方便高噴機(jī)前后移動(dòng)。高噴機(jī)動(dòng)力耗電較大,工地要有穩(wěn)定的150～200kW的三相電源(否則需自備發(fā)電機(jī)組),以保證高噴施工的連