青居船閘下引航道高壓旋噴樁施工技術(shù)

青居船閘下引航道高壓旋噴樁施工技術(shù)高壓旋噴樁興起于二十世紀(jì)七十年代的高壓噴射注漿法，八、九十年代在全國得到全面發(fā)展和應(yīng)用，是地基處理的一種形式。實(shí)踐證明此法對處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等有良好的效果。旋噴樁是利用鉆機(jī)將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁底設(shè)計(jì)高程，將預(yù)先配制好的漿液通過高壓發(fā)生裝置使液流獲得巨大能量后，從注漿管邊的噴嘴中高速噴射出來，形成一股能量高度集中的液流，直接破壞土體。噴射過程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢杌旌希谕林行纬梢欢ㄖ睆降闹鶢罟探Y(jié)體，從而使地基達(dá)到加固。施工流程一般為先鉆后噴，再下鉆噴射，然后提升攪拌，保證每米樁漿液的含量和質(zhì)量。xxxx水電站位于xx省xx市xx區(qū)xx鎮(zhèn)境內(nèi)的xx干流上,是xx水電開發(fā)規(guī)劃xx至xx段十三級開發(fā)方案中的第十個梯級，壩址位于xx鎮(zhèn)內(nèi)。本工程是一個電航結(jié)合的綜合工程，由攔河閘壩、廠區(qū)樞紐工程及船閘三部分組成，其中，攔河閘壩及廠區(qū)樞紐工程施工已經(jīng)完成。船閘工程由上引航道、上閘首、閘室、下閘首及下引航道等組成。按照設(shè)計(jì)要求，船閘下引航道高壓旋噴樁在下引左導(dǎo)0+271.25～0+381.05處理范圍內(nèi)按等邊三角形布樁，樁底高程為EL.231.50，樁頂高程為EL.243.50，樁距1800mm，樁徑Φ800mm。設(shè)計(jì)復(fù)合地基承載力特征值不小于270KPa，單樁豎向承載力特征值不小于700KN。高壓旋噴樁施工時，下引航道靠船墩圍堰已經(jīng)填筑至設(shè)計(jì)高程EL.251.50，基坑內(nèi)滲水量較小，具備擋水條件；考慮到此處圍堰的安全性及整體穩(wěn)定，確定靠船墩高壓旋噴施工作業(yè)面高程為EL.247.00。船閘下引航道靠船墩處高壓旋噴樁施工平面布置圖及高壓旋噴樁結(jié)構(gòu)圖見插圖-1、插圖-2。251.50251.50251.50251.50243.74243.74243.47244.77243.47244.77插圖-1船閘下引航道靠船墩處高壓旋噴樁施工平面布置圖200260.60原地面線252.00 砼C20248.00砼C20248.00 1：1 245.50 1：11：11：124350.旋噴樁231.50C15砼24350.旋噴樁231.50350插圖-2船閘下引航道靠船墩處高壓旋噴樁結(jié)構(gòu)圖下引航道靠船墩處于嘉陵江左岸崩坡堆積體地帶，斜坡地形，地面高程250～270m，崩坡積層厚度為4～17m，由黏土、黏土夾碎塊石組成。下伏基為J2SN①層層砂質(zhì)泥巖，巖石強(qiáng)弱風(fēng)化層厚度分別為4m和5m，風(fēng)化帶內(nèi)巖石軟弱破碎，完整性差，靠船墩建筑物從崩坡積體前緣通過，該部位崩坡積體厚度13～15m，該土層穩(wěn)定性差，抗沖刷能力差。根據(jù)動力觸探探測結(jié)果，上部覆蓋層天然地基承載力低，不滿足設(shè)計(jì)要求，須在靠船墩處采用高壓旋噴樁加固處理。根據(jù)下引航道靠船墩高壓旋噴樁施工現(xiàn)場道路布置情況，兩套集中制漿站分別設(shè)置在1#靠船墩和2#靠船墩附近EL.251.50圍堰平臺上，見《船閘下引航道靠船墩處高壓旋噴樁施工平面布置圖》。集中灌漿站內(nèi)設(shè)有高速攪拌機(jī)1臺，GJ-400儲漿攪拌機(jī)1臺，BW-200灌漿泵1臺，站內(nèi)設(shè)簡易水泥倉庫和除塵設(shè)備。制漿站用φ50mm架管搭設(shè)，上鋪5cm厚木板，四周圍蓬布或彩條布，頂部蓋石棉瓦。集中制漿站結(jié)構(gòu)型式見插圖-3。 350-插圖-3集中制漿站結(jié)構(gòu)布置型式示意圖供風(fēng)系統(tǒng)由1臺SCA750空壓機(jī)（容積流量21m3）和1臺W-3.5/7空壓機(jī)（公稱排氣量3.5m3）組成；根據(jù)灌漿設(shè)備總功率325KW，施工現(xiàn)場布置一臺500KVA變壓器；施工現(xiàn)場設(shè)集中配電裝置，各作業(yè)面現(xiàn)場用電設(shè)二級配電盤；沖洗鉆孔等施工用水由嘉陵江抽取。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，在高壓旋噴施工過程中，所用的風(fēng)、水、電必須盡量保證施工的連續(xù)性，否則，必須按斷樁處理。斷樁，不但影響施工質(zhì)量、施工進(jìn)度，還會增加成本控制費(fèi)用。水泥漿液通過集中制漿站制備，通過輸漿管路輸送至配漿攪拌機(jī)，然后送至注漿工作面。集中制漿站布置及結(jié)構(gòu)型式見插圖-1、插圖-3。高壓旋噴施工機(jī)械體型大，靈活性低，從引孔、洗孔直至高壓旋噴，整個作業(yè)面始終處在廢水、孔口返回的廢漿中。在青居船閘靠船墩高壓旋噴施工中，考慮到高壓旋噴所處的地質(zhì)條件，在施工前，在每個施工作業(yè)面鋪墊了約50cm厚的砂礫料，并進(jìn)行了壓實(shí)和找坡處理，這就給鉆孔和高噴設(shè)備的可操作性提供了便利條件。在靠船墩高壓旋噴施工中，孔口返漿約為注漿量的17%。返漿處理是施工過程中難點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場工作面狹小的特點(diǎn)，在1#和2#，3#和4#，5#和6#靠船墩之間分別設(shè)置了1個5m×10m×3m的返漿池。施工中必須及時將返漿清理運(yùn)出，以免使高壓旋噴作業(yè)中斷或影響施工質(zhì)量；同時根據(jù)圍堰實(shí)際滲漏情況，在靠圍堰內(nèi)側(cè)坡腳設(shè)置了排水溝，由三臺排污泵將廢水抽排出工作面。在旋噴之前，按施工要求準(zhǔn)備好足夠合格的水泥漿液。高壓旋噴是靠高壓液流的沖擊力破壞土層并與土體混合成新的固體的過程。根據(jù)噴射工藝要求，漿液應(yīng)具備以下特性：①具有良好的可噴性；②有足夠的穩(wěn)定性；③漿液中氣體應(yīng)少；④能調(diào)解漿液的膠凝時間；⑤優(yōu)良的力學(xué)性能；⑥無毒、無臭；⑦結(jié)實(shí)率高。青居船閘下引航道高壓噴射漿液采用P.O.32.5R硅酸鹽水泥拌制，施工中未摻加任何外加劑。船閘下引航道高壓旋噴主要施工設(shè)備設(shè)備：YXZ-90全液壓旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)、高速攪拌機(jī)、三缸臥式壓漿機(jī)、SCA750空壓機(jī)、BW-200灌漿泵、GYP50型高壓噴射臺車、3GB-S2型高壓泵。下引航道靠船墩采用二重管法施工，樁間距1.8m，樁頂高程EL.243.50，樁底高程EL.231.50。高壓旋噴施工質(zhì)量的好壞，功效和造價的高低，不僅受工程類型、地形、地質(zhì)條件的影響，更重要的是取決于施工工藝技術(shù)參數(shù)的合理選用。本工程因旋噴間距達(dá)到1.8m，因此選用二重管法施工。根據(jù)目前國內(nèi)相關(guān)資料，并類比工程實(shí)例，初選高壓旋噴施工工藝參數(shù)表-1。表-1高壓旋噴施工室內(nèi)工藝參數(shù)壓縮空氣水泥漿提升速度噴嘴直徑漿液密度氣壓(MPa)氣量(m/min)漿壓MPa)漿量L/min)0.5～0.72751.7～21.40在根據(jù)勘測資料并結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況，在1#靠船墩上游側(cè)10m處區(qū)段按選定的配合比進(jìn)行高壓旋噴施工工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)取芯進(jìn)行的樁體均勻性、整體性及強(qiáng)度等試驗(yàn)，確定的高壓旋噴施工參數(shù)見表-2。表-2高壓旋噴施工工藝參數(shù)壓縮空氣水泥漿提升速度(cm/min)噴嘴直徑(mm)漿液密度(kg/cm)氣壓(MPa)氣量(m/min)漿壓MPa)漿量L/min)0.73351002.01.50高壓旋噴采用二重管法施工，根據(jù)現(xiàn)場場地及施工道路布置情況，按順序由6#靠船墩逐一向上游倒退施工，其施工工藝流程如下：下噴射管試噴場地平整一放樣鉆機(jī)就位鉆孔驗(yàn)孔下噴射管試噴噴射臺車就位拔管沖洗拔管沖洗制漿移機(jī)制漿鉆孔之前，必須由專業(yè)測量人員放樣，并在所測放孔位處設(shè)置明顯標(biāo)記和注明孔號，同時測定每一個孔口高程，給高壓旋噴作業(yè)人員提供便利條件。YXZ-90全液壓旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)操作起來較之XY-1A型及GY-100型地質(zhì)鉆機(jī)方便靈活，其移動至設(shè)計(jì)孔位上后，使鉆桿對準(zhǔn)孔位中心；鉆機(jī)就位后，校正機(jī)身，使鉆桿軸線對準(zhǔn)鉆孔中心位置，以確保鉆機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的垂直度，傾斜度不大于1.5%。鉆孔孔位與設(shè)計(jì)孔位偏差不得大于5cm。下引航道靠船墩高壓旋噴鉆孔施工，采用YXZ-90全液壓旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度平均約16m。YXZ-90全液壓旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)，具有良好的鉆進(jìn)性能，在遇到漂石、孤石以及風(fēng)化巖塊等特殊情況時，不會發(fā)生影響鉆進(jìn)工效的情況。鉆孔的有效深度超過設(shè)計(jì)孔深0.3m后，將特制的PVC塑料管放入孔內(nèi)，再起拔導(dǎo)管，避免鉆孔對導(dǎo)管的占用和其他諸如塌孔等事故的發(fā)生。在邊洗孔邊鉆孔的過程中，5#靠船墩串孔現(xiàn)象較為嚴(yán)重，施工時分兩序鉆孔，給后續(xù)高壓旋噴創(chuàng)造了良好的條件，降低了高噴時發(fā)生串孔的幾率。鉆孔結(jié)束后，將噴射臺車移至成孔處，先進(jìn)行地面水試噴，確保管路系統(tǒng)的暢通和密封，檢查各項(xiàng)工藝參數(shù)符合要求后下管，用橡膠塞將噴嘴堵住，以防止噴嘴被堵塞，待噴射管下到設(shè)計(jì)深度后，先輸入符合要求的氣、漿靜噴1～3min，待灌入的漿液從孔口返出后，按15cm/min的提升速度自下而上進(jìn)行高噴作業(yè)，直至設(shè)計(jì)高程方可停止送氣、送漿，提出噴漿管。噴射過程中，必須時刻注意檢查氣、漿的壓力、流量以及提升等參數(shù)是否符合要求，并隨時做好記錄，確保樁體的均勻性、完整性和強(qiáng)度要求。噴射漿液要進(jìn)行嚴(yán)格過濾，防止噴嘴堵塞。船閘下引航道靠船墩處高壓旋噴采用二重管法，注漿的水灰比為1:1，其漿液密度為1.5g/cm3；噴射過程中必須定期測試水泥漿液密度，當(dāng)漿液密度超出上述指標(biāo)時，立即停止噴注，并調(diào)整至上述正常范圍后，再繼續(xù)噴注。高壓旋噴施工過程中，要經(jīng)常檢查高壓泵的的壓力、漿液流量、空壓機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量、鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、提升速度及耗漿量，并需及時采集冒漿試樣，每種主要地層取冒漿試件不少于6組。當(dāng)發(fā)生串孔時，高噴管在臨近孔進(jìn)行高壓旋噴施工時，高噴管不易鉆至孔底，影響旋噴質(zhì)量，串孔嚴(yán)重時，必須進(jìn)行掃孔處理。為避免這種情況，5#靠船墩根據(jù)串孔實(shí)際情況，分兩序進(jìn)行施工，確保了高噴質(zhì)量。噴射結(jié)束后，由于漿液的凝固析水，樁頂部位會出現(xiàn)凹陷，應(yīng)及時在噴射孔內(nèi)進(jìn)行靜壓充填灌漿，直至漿面不再下沉。高噴完畢后，應(yīng)立即拔出噴射管徹底沖洗并保護(hù)好絲扣，同時應(yīng)徹底沖洗灌漿泵、攪拌桶，維護(hù)設(shè)備和清理現(xiàn)場，作好下一樁位噴射準(zhǔn)備。(1)在插入噴射管前，應(yīng)先檢查高壓氣噴射情況，各部位密封圈是否封好，合格后方可噴射漿液。如因塌孔插不到孔底時，可先用低壓水沖洗孔，但必須把高壓水噴嘴用塑料布包裹好，以免泥土堵塞。(2)鉆機(jī)成孔(130mm)后，將二重管插入孔內(nèi)，按旋噴工藝要求，由下而上進(jìn)行噴射注漿。青居船閘下引航道高壓旋噴工程孔深較淺，施工中采用連續(xù)提升、一次性噴射完成。(3)旋噴時，先送水泥漿再送壓縮空氣，壓縮空氣可遲送30s。一般情況下，在樁底靜噴1～3min，再進(jìn)行提升噴射。(4)噴射時，應(yīng)先達(dá)到預(yù)定的壓力和漿量，且在孔口冒出漿液后，再逐漸提升噴射管。中間發(fā)生故障時，必須立即停止提升，以防發(fā)生斷樁，同時立即進(jìn)行排查，排除故障；搭設(shè)段應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴，搭接長度不得小于0.2m。如發(fā)生由于漿液噴射不足，影響樁體的設(shè)計(jì)直徑時，應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴。(5)噴至孔頂設(shè)計(jì)高程后迅速拔出噴射管，用清水沖洗管路，防止發(fā)生凝固堵塞。青居船閘下引航道高壓旋噴實(shí)際施工過程中，對地質(zhì)情況進(jìn)行了補(bǔ)充勘探，樁端持力層為塊碎石土，地質(zhì)情況尚好，施工過程中特殊情況僅遇到突然停電、高壓泵壓力不夠造成噴漿中斷。恢復(fù)噴漿時，將噴頭下放了30cm，采取重疊搭接噴射處理后，繼續(xù)向上提升及噴射注漿，并記錄中斷深度和時間。因處理時間超過3h時，制漿站原有漿液全部報廢，并重新制漿，并對泵體輸漿管路進(jìn)行了清洗。由此可見，高壓旋噴施工過程要連續(xù)、一氣呵成，中間不能有故障發(fā)生，否則，會給后續(xù)施工造成很大的困難。施工過程中如遇到以下事故可根據(jù)實(shí)際情況加以處理：(1)噴管堵塞處理在插管旋噴過程中，若噴管被泥砂堵塞，應(yīng)立即停止插管旋噴，拔出噴管清洗，清洗干凈，再重新插管和旋噴。插管時應(yīng)采取邊射水邊插入，水壓力控制在1MPa，高壓噴嘴用橡膠塞堵塞，以防泥土再次進(jìn)入管內(nèi)。(2)漿液噴射不足或參數(shù)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求此種情況可能影響到施工質(zhì)量要求，應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴。(3)孔內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重漏漿處理1)孔口不返漿時，應(yīng)立即停止提升；孔口少量返漿時，應(yīng)降低提升速度；2)降低噴射壓力、流量，進(jìn)行原位灌漿；3)在漿液中摻入速凝劑，縮短固結(jié)時間；4)加大漿液密度或灌注水泥砂漿、水泥黏土漿等；5)向孔內(nèi)填入砂、土等堵漏材料。(4)冒漿量超過20%處理在旋噴過程中，往往有一定數(shù)量的土、砂粒隨著部分漿液沿著噴射管管壁冒出地面。通過對冒漿的觀察，可以及時了解底層情況，噴射的大致效果和噴射參數(shù)的合理性等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，冒漿量小于注漿量的20%為正?，F(xiàn)象；當(dāng)冒漿量超過注漿量20%時，應(yīng)及時查明原因，并應(yīng)提高噴射壓力，適當(dāng)縮小噴嘴孔徑，加快提升和旋轉(zhuǎn)速度，調(diào)整注漿量。船閘下引航道高壓旋噴樁施工是成功的