高压摆喷灌浆技术在双岔河水库除险加固工程中的应用

分类：推荐论文 时间：2011-05-13 08:21 关注：(1)

高压摆喷灌浆技术在双岔河水库除险加固工程中的应用

李小雷

摘 要：介绍高压摆喷灌浆技术的防渗机理，灌浆施工的工艺流程以及灌浆质量的控制及检验。

关键词：高压摆喷灌浆；防渗处理

高压摆喷灌浆是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流，冲击、切割、破碎地层土体,并以水泥为基质浆液充填、掺混于其中，使其形成较厚的板墙状的凝结体,用以提高地基防渗能力或承载能力的施工技术。高压摆喷灌浆具有工效较高、设备简单、造价较低等优点,尤其是在工期紧、施工干扰大的情况下,具有不需开挖的优势,为处理堤坝基础防渗提供了一个新的途径。

1、工程概况

承德双岔河水库大坝为均质土坝，左右坝肩上部存在砂层及泥质砂层，其等透水和弱透水的特性导致了坝体出现渗漏。由于左坝肩砂层分布厚度较大，故绕坝渗漏在左坝肩处尤为严重。此次除险加固的一项主要任务，就是采用高压摆喷灌浆技术对大坝进行防渗处理。

本工程所采用的喷灌方法为三管法喷射成墙施工。防渗墙长380m, 在主坝上游坡3.8m平台处进行高压摆喷灌浆。设计灌浆孔平行于坝轴线单排布置。该坝体主要为粉细砂及泥质砂层,采用凝结体的结构布置形式为柱摆式,成墙深度为10--25m,墙厚平均为50cm，孔距1.2m。喷射中心有直径20-30cm的圆柱体。根据单桩及多桩搭接试验和围井试验成果,采用摆喷折接形式,摆角30°,摆喷中心线与板墙中心轴线的夹角为15°;喷射孔采用间隔性Ⅰ序孔、Ⅱ序孔相间，为使防渗墙与基岩良好结合,灌浆深度控制在坝基弱风化层以下1.0 m。

2、高压摆喷灌浆机理

高压摆喷灌浆是置换灌浆,即利用置于钻孔中的喷射管,通过高压水、气、浆同轴喷射,在提升过程中,高压水、气、浆喷射流使土体冲切,经高压水、气、浆的搅拌作用成为泥浆;同时,由下而上灌注纯水泥浆或水泥砂浆,使泥浆升扬置换到地面,形成渗透系数小、具有一定强度的凝结体,达到坝体防渗和提高地基承载力的作用。从理论和工程实践分析,高喷灌浆的作用机理主要有以下几个方面:

2.1冲切掺搅作用

喷射流能量直接对土体产生冲切作用,造成土体结构破坏,并使浆液与被冲切下来的土体颗粒掺搅。

　2.2升扬置换作用

喷射流在冲切过程中能携带被冲切下来的土体颗粒沿空隙内升扬到孔口,这样土体部分颗粒被升扬置换出地面。同时浆液灌入地层,使地层成分产生变化。

　2.3充填挤压作用

射流束末端,能量衰减,虽不能冲切土体,但对土体产生挤压力,同时喷射结束后,静压灌浆作用仍在进行,对周围土体和浆液不断产生挤压作用,促使凝结体与周围土体结合更为紧密。

　2.4渗透凝结作用

喷射灌浆除在冲切范围内形成凝结体外,还可以向冲切范围外的土体产生浆液渗透作用,形成渗透凝结层。

　3、施工过程

3.1主要施工设备

地质回转钻机、液压钻机，泥浆泵，高压清水泵，空压机，高压摆喷灌浆台车，灰浆搅拌机。

3.2施工准备工作

灌浆施工前需在设计灌浆部位先布设先导孔。本工程沿设计灌浆轴线每50m布置一个先导孔。利用钻孔采取芯样，了解各坝段土质类别、地层变化及分部深度、渗漏程度、基岩深度等情况。依据现场试验和实践经验采取合理的工艺参数。提升速度和旋转速度是喷射流相对性移动的速度，它是决定喷射流冲击切割土层时间长短的两个主要因素，因此提升速度和旋转速度的相互配合是至关重要的。旋喷或摆喷时，提升速度过慢影响工效，增加耗浆量；旋转速度过快桩径太小，影响施工质量。一般控制在每旋转一转，提升0.5～1.25cm，这样可使土体充分冲切，且破坏土颗粒较为均匀利于和浆液掺搅。

3.3施工工艺流程

施工工艺流程主要有：钻机定位→钻孔→制浆→下喷射管→供压缩空气、高压水、水泥浆→摆动、提升→喷射完成→孔内静压充填灌浆→高压摆喷灌浆完成→移机。

3.3.1.制浆

本工程浆液为纯水泥浆，采用普通硅酸盐325水泥，配置成比重为1.6-1.7的水泥浆。水泥浆搅拌分两级进行,初级搅拌桶搅拌水泥浆液后,经筛网过滤放入二级搅拌桶进行搅拌。水泥浆液搅拌时间应大于90 s。当环境温度≤10℃时，浆液存储时间≤5h；当环境温度>10℃时，存储时间≤3h。

3.3.2.钻孔

采用回转式地质钻机成孔，φ110mm硬质合金钻头钻进。首先把钻机对准孔位，用水平尺掌握机身水平，垫稳、垫平机架，控制孔位偏差≤1～2cm。钻孔深度应深入基岩或相对不透水层0.5-1.0m，且超设计孔深0.3m后停止钻进，单孔钻孔任务结束。钻孔严格控制孔斜，以保证两孔间所形成的防渗凝结体结合，不留孔隙。每钻进3～5m，用测斜仪量测1次，发现孔斜率超过规定应随时纠正。

3.3.3.下喷射管

喷射管下入前，先送水、气进行试喷1min左右，把各喷射参数调至符合要求的参数。试喷正常后，为了避免喷嘴堵塞用胶布包扎喷嘴，将注浆管下到预定孔深，下管时采取低压送水、气、浆方法，防止喷嘴的堵塞。

3.3.4.摆喷灌浆

造孔完毕，经监理工程师验收合格后，即可将高喷台车就位，

调整摆喷角度达到设计要求，当喷射管下到设计深度时，先按规定参数送水、气、浆进行静喷，静喷3min待浆液返出孔口，开始向孔内输送高压水、气、浆，到水压和风压升至设计规定值时，试喷2一3min，到孔口返浆正常后，喷射管方可按设计参数摇摆提升，进行由下而上的高压灌浆作业。喷射时采用间歇提升法，每提升30cm，停5min。

摆喷灌浆开始后，值班技术人员必须时刻注意检查注浆的流量、气量、压力以及旋、摆、提升速度等参数是否符合要求，如实记录高喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常现象及处理情况等。1

3.3.5. 回填封孔及清洗管路

高喷灌浆至设计顶部高程后，喷头提出孔口，继续向孔内注入水泥浆，保证孔内浆面高度，保持孔内浆注压力，随沉随补，直到孔口浆液不再下沉为止，把高喷台车移至下一孔位处作业。每孔喷灌完毕停工时都要及时清洗管路，特别是对浆液系统的清洗，保证无残留的水泥浆堵塞管路。

4、施工中特殊情况的处理

4.1漏浆处理

高喷时孔口返浆是确保板墙质量的重要措施之一，如地层漏浆过大，出现不返浆时应立即停止喷浆，采取下列措施：静喷，不提升喷射管，待孔口恢复返浆后，再继续进行提升喷灌；降低注浆压力、增大返浆浓度和注浆量。恢复返浆后，将浆压调至规定值再进行高喷；降低提升速度，上下重复喷灌；对于漏浆严重地段，可向孔内回填砂土或其它颗粒材料进行堵漏，同时加大水泥浆比重和掺加速凝剂。

4.2中断喷浆的处理

高喷灌浆应全孔作业,当拆卸喷射管或突然停电、高压泵压力不够、供浆量不足等原因，会造成注浆中断。为保证防渗墙的连续性和可靠性，当恢复喷浆时，必须复喷0.5m。间隔时间小于2 h时,将喷杆下插0.5m;若间隔时间大于2 h,则需重新钻孔进至顶喷高程以下1.0 m,洗孔后静喷5 min,并将喷杆下插0.5m进行复喷。

4.3不正常返浆的处理

返浆量不正常时，应及时查明原因，采取措施处理。若地层中有较大空隙而不返浆，可在浆液中加入适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定时间内凝固，也可增大注浆量。如果返浆量过大，说明有效喷射范围与注浆量不相适应，可采取提高喷射压力或减少注浆量、适当缩小喷嘴孔径、加快提升和摆动速度等措施。

5、质量检测措施

高压摆喷灌浆工程是用于防渗加固为目的的隐蔽性工程，其施工质量的好坏，一般不易直接观察，必须采取必要的方法和手段进行检查。本工程的墙体连接形式为摆喷折接，宜采用围井检查法。依据《水利水电高压摆喷灌浆技术规范》（DL/T5200-2004）的要求，灌浆结束后，分别在坝左右岸坡处及主坝段等地层结构渗漏严重的不同部位，布置了围井检测，分别在围井中心钻孔进行了注水试验。通过注水检验，渗透系数均达到或超过设计及规范的要求。原坝体渗漏处未见管涌渗流等现象，防渗效果良好。

6、结语

高压摆喷灌浆技术作为一种新型的施工技术，施工速度快、质量可靠,具有较好的可灌性、可控性,比较经济,在水利工程防渗中应用的前景很好，在施工过程中严格按照设定好的技术参数和相关规范规程要求施工，避免人为或其它因素的破坏而产生缺陷影响防渗效果，就能够保证施工质量。