高壓噴射灌漿技術(shù)在水源地跨管段

圍堤防滲處理中的應(yīng)用

江建華， 曹炳華

(太倉市水利局， 江蘇 太倉215400)

【摘要】本文分析了高壓噴射灌漿技術(shù)的原理和優(yōu)勢，結(jié)合水源地跨管段圍堤的工程特點，采用高壓噴射灌漿法對跨管段圍堤堤身及堤身正下方管道的8個哈夫接頭進(jìn)行防滲處理，經(jīng)檢測取得了良好的防滲效果，可供類似工程參考。

【關(guān)鍵詞】高壓噴射灌漿； 跨管段圍堤； 防滲； 應(yīng)用

中圖分類號：TV543文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Application of High Pressure Jet Grouting Technology in Water Source

Cross-pipe Section Cofferdam Seepage Prevention Treatment

JIANG Jian-hua, CAO Bing-hua

(TaicangWaterConservancyBureau,Taicang215400,China)

Abstract：In the paper, principles and advantages of high pressure jet grouting technology are analyzed, engineering characteristics of water source cross-pipe section cofferdam are combined, high pressure jet grouting method is adopted for seepage prevention treatment on eight Huff joints on cross-pipe section cofferdam body and pipelines directly under the cofferdam body. Excellent seepage prevention effect is obtained according to test, which can be provided for similar projects as reference.

Keywords：high pressure jet grouting; cross-pipe section cofferdam; seepage prevention; application

1工程概況

太倉市應(yīng)急水源地工程位于太倉市長江瀏河口上游側(cè)長江邊灘上，由新建的北堤、東堤、南堤共4.49km及2.36km長江老大堤圈成，總庫容1742萬m3。長江進(jìn)水管穿堤段管道為兩根DN3600×24的鋼管道，長度為110m，管中心標(biāo)高為-5.00m(85黃海高程，下同)，管道分5段沉放安裝，每段管道長22m，管段之間采用哈夫連接方式，哈夫總數(shù)為8個。管道下基礎(chǔ)為φ800高壓旋噴樁，在管道沉放安裝完成后，采用粗砂碎石回填至設(shè)計標(biāo)高-3.20m處，然后在管道上部進(jìn)行圍堤施工。圍堤兩側(cè)堤身棱體采用充泥管袋施工，堤芯采用吹填粉細(xì)砂施工，堤頂標(biāo)高為+6.37m，堤頂寬6m。

由于圍堤堤基淺部地層為粉土、粉砂土，而堤身由透水性較強(qiáng)的粉砂料填筑而成，在庫內(nèi)外水頭差作用下，均可能產(chǎn)生滲漏和滲透變形，故需采用必要的防滲措施，跨管段圍堤的防滲處理尤為重要。綜合考慮各種垂直防滲方法，著重分析了跨管段圍堤的特殊性和防滲的重要性，決定對跨管段圍堤堤身及大堤堤身正下方管道8個哈夫接頭采用高壓噴射灌漿法進(jìn)行防滲處理。

2高壓噴射灌漿技術(shù)的原理和優(yōu)勢

2.1高壓噴射灌漿技術(shù)原理

高壓噴射灌漿法[1-2]，即利用鉆機(jī)將帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層預(yù)定深度后，以20～40MPa壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層，形成預(yù)定形狀的空間。當(dāng)能量大、速度快、脈動狀的噴射流的動壓大于土層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時，土顆粒便從土層中剝落下來，一部分細(xì)顆粒隨漿液或水冒出地面，其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力等的作用下，與漿液攪拌混合，并按一定漿土比例和質(zhì)量大小，有規(guī)律地重新排列。漿液凝固后，便在土層中形成一個固結(jié)體。其具有增大地基強(qiáng)度、提高地基承載力、止水防滲、減少支擋結(jié)構(gòu)物土壓力、防止砂土液化和降低土的含水量等多種功能。

2.2高壓噴射灌漿防滲技術(shù)優(yōu)勢

2.2.1適用范圍廣

高壓噴射灌漿法既可用于工程新建之前、建設(shè)之中，還可用于竣工后托換工程，可以不損壞建筑物的上部結(jié)構(gòu)，且能使已有建(構(gòu))筑物在施工時不影響使用功能。高壓噴射灌漿法除能強(qiáng)化地基之外，還有防水止?jié)B作用，可用于深基坑地下工程支擋和護(hù)底、筑造地下防水帷幕等方面。

2.2.2適用地層較廣

高壓噴射注漿法在淤泥、淤泥質(zhì)土、碎石類土等土體中均有良好的加固防滲效果。

2.2.3施工簡便

施工時，只需在土層中鉆一個孔徑50mm或300mm的小孔，便可在土中噴射成直徑為0.4～4m的固結(jié)體，因而施工時能貼近已有建(構(gòu))筑物，成型靈活，在鉆孔全長范圍內(nèi)形成柱型固結(jié)體。

2.2.4可控制固結(jié)體形狀

在施工中可調(diào)整旋噴速度和提升速度、增減噴射壓力、改變噴射方向、調(diào)整噴射持續(xù)時間或更換噴嘴孔徑、改變流量等，使固結(jié)體形成工程設(shè)計所需要的形狀。

2.2.5可垂直、傾斜和水平噴射[3]

通常是在地面上進(jìn)行垂直噴射注漿，但在隧道、礦山井巷工程、地下鐵道等建設(shè)中，亦可采用傾斜和水平方式噴射注漿，噴成垂直樁、傾斜樁和水平樁。處理深度達(dá)到30m以上。

2.2.6耐久性較好

由于能得到預(yù)期的、穩(wěn)定的加固效果，并有較好的耐久性，所以可用于永久性工程中。

2.2.7料源廣闊

漿液以水泥為主，化學(xué)材料及外加劑為輔。一般地基處理工程中，均可使用來源廣泛的普通硅酸鹽水泥，同時可根據(jù)工程需要，在水泥中摻入適量的外加劑，以達(dá)到速凝、高強(qiáng)、抗凍、耐蝕和漿液不沉淀等效果。

2.2.8設(shè)備簡單

高壓噴射注漿全套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、機(jī)動性強(qiáng)、占地少，能在狹窄和低矮空間施工。

3技術(shù)方案

經(jīng)綜合考慮，跨管段圍堤防滲設(shè)計方案采用高壓旋噴樁灌漿法，對新建大堤堤身正下方管道的8個哈夫接頭及新建圍堤堤身進(jìn)行防滲處理。

3.1設(shè)計方案

跨管段圍堤堤身防滲墻采用雙排旋噴樁柱列式套接，軸線沿堤頂軸線布設(shè)，總長26.35m。旋噴樁直徑為800mm，灌漿孔孔距0.6m，樁底高程為-20m，樁頂高程為5.8m。堤身正下方管道8個哈夫接頭進(jìn)行圍封旋噴樁和土體固化旋噴樁處理，每個哈夫接頭四周采用雙排垂直旋噴樁套接圍封，旋噴樁直徑為800mm，灌漿孔孔距0.6m，樁底高程為-8.00m，樁頂高程為0.00～5.80m；頂部采用高噴進(jìn)行土體固化，旋噴樁直徑為800mm，灌漿孔孔距0.8m，樁底高程為-8.00～-3.20m，樁頂高程為-1.00m；底部采用斜孔高噴進(jìn)行套接圍封，旋噴樁直徑為2000mm，灌漿孔孔距為1.5m，樁底高程為-8.00m，樁頂高程為-1.00m，同時，在管道兩側(cè)采用單排旋噴樁柱列式套接，形成一個圍封整體結(jié)構(gòu)?？绻芏螄檀怪睒斗罎B平面布置及縱剖面見下頁圖1～圖5。

圖1　跨管段圍堤垂直樁防滲平面布置

圖2　跨管段圍堤斜孔樁防滲平面布置

圖3　跨管段圍堤垂直樁防滲縱剖面

圖4　跨管段圍堤防滲3-3斷面

圖5　跨管段圍堤防滲5-5斷面

3.2施工工藝參數(shù)

垂直高壓旋噴樁采用新二管法工藝[4-5]，斜孔旋噴樁采用“雙高壓旋噴法”工藝。在正式施工前，按照設(shè)計規(guī)范要求在現(xiàn)場進(jìn)行高噴施工工藝試驗，確定高噴的注漿流量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等設(shè)計及工藝技術(shù)參數(shù)。施工工藝參數(shù)見表1、表2。

表1　垂直高噴施工工藝參數(shù)

表2　斜孔高噴施工工藝參數(shù)

注： 注漿材料采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

4主要施工方法

4.1施工流程

4.1.1高噴施工工藝流程

高噴施工工藝流程為：平整場地→鉆機(jī)就位→調(diào)整鉆架角度→鉆機(jī)引孔→旋噴機(jī)就位→下漿管→試噴→高壓噴射→形成高噴固結(jié)體→結(jié)束移機(jī)。多次重復(fù)上述過程形成連續(xù)防滲墻體[6]。

4.1.2施工順序

先施工垂直高壓旋噴樁，再施工斜孔旋噴樁；先施工管道兩側(cè)哈夫處及沿管道軸線方向的最外側(cè)兩排旋噴樁，后施工內(nèi)側(cè)哈夫旋噴樁(目的是形成環(huán)形封閉，防止?jié){液流失)；先施工外圍搭接旋噴樁，后施工內(nèi)側(cè)獨立旋噴樁；圍堤中心30m旋噴樁施工完成后機(jī)組施工斜孔旋噴樁。

4.2施工重點

4.2.1精確定位管道哈夫位置

根據(jù)大堤兩側(cè)堤腳哈夫位置和管道長度推算堤身下部哈夫位置，配合陸上儀器測量驗證哈夫(管道)位置。

4.2.2盡量避免或減少水泥漿液沿哈夫與管道之間縫隙流入水管內(nèi)部

嚴(yán)格控制在哈夫附近1m范圍內(nèi)旋噴、注漿壓力，注意觀察壓力表有無壓力突然變化或不穩(wěn)定現(xiàn)象。控制每孔、每樁注漿量，發(fā)現(xiàn)不返漿時停止注漿。

4.2.3施工順序不能倒置

施工場地位于大堤兩側(cè)，高7.5m。施工時先施工堤頂及1m、2m、3m、4m自然平臺位置，然后順坡分層填土填筑施工平臺。

4.2.4適當(dāng)控制速度和壓力[7]

針對管道中下部回填的為碎石層、空隙大、上部為粉細(xì)砂、介質(zhì)不一樣的特點，可適當(dāng)放慢提升速度(<15cm/min)、調(diào)低壓力，同時為防止?jié){液流失，復(fù)噴一次。

4.2.5斜孔施工要求高、難度大

在精確定位管道的情況下，根據(jù)自然地面(平臺)標(biāo)高計算孔斜度，固定機(jī)械定向施工。

4.3施工質(zhì)量控制

4.3.1漿液質(zhì)量控制

按設(shè)計水泥漿液水灰比進(jìn)行配置，利用機(jī)械攪拌水泥漿液。漿液[8]必須攪拌均勻，每罐攪拌時間不少于3min。配制好的水泥漿用濾網(wǎng)過濾，避免噴嘴堵塞。水泥漿液要隨配隨用，漿液使用過程中應(yīng)對漿液進(jìn)行不間斷的輕微攪拌，防止?jié){液離析，使?jié){液濃度降低。定期用比重稱檢測水泥漿液密度，確保漿液質(zhì)量。

4.3.2高噴質(zhì)量控制

按設(shè)計要求放樣定位，孔位偏差不大于5cm，樁身垂直度偏差率不大于0.3%。斜孔高噴時鉆桿傾斜度偏差小于1°，孔斜過大,易造成旋噴樁底部開叉，形成滲漏。成孔深度和下噴射管深度要達(dá)到設(shè)計要求，以確保樁長及施工質(zhì)量[9]。鉆桿旋轉(zhuǎn)和提升必須連續(xù)，拆卸接長鉆桿后繼續(xù)旋噴時要保持搭接長度不得小于100mm。下噴射管之前檢查水嘴、氣嘴、漿嘴、氣壓、漿壓等是否正常并調(diào)試好，噴射管下到設(shè)計深度后，調(diào)整好噴射角度，調(diào)整高壓泥漿泵注漿壓力及氣泵壓力達(dá)到設(shè)計要求，按設(shè)計確定的提升速度開始高噴作業(yè)。噴管提升至設(shè)計墻頂高程后，停止高噴作業(yè)，并對孔內(nèi)及時回灌；整個高壓噴射過程中，安排技術(shù)人員旁站監(jiān)督，做好高噴時的壓力、噴漿量、冒漿量、漿液質(zhì)量的量測與控制工作，使其符合設(shè)計要求。做好施工記錄，并按設(shè)計和試驗最終確定的水泥摻入比檢查每根樁的水泥用量。

4.3.3質(zhì)量檢測

a.開挖檢測。防滲墻體強(qiáng)度達(dá)到一定值后，對防滲墻體開挖3～5m，檢查墻體外觀搭接質(zhì)量、整體性、致密性及采用吊垂檢查墻體垂直度等；一般性防滲墻體檢查，開挖深1.5m，檢測樁位偏差、搭接效果以及有無漏樁現(xiàn)象。

b.取芯檢測。采用抽樣鉆孔取芯[10]進(jìn)行壓水試驗的方法。該工程共抽取6根旋噴樁進(jìn)行了取芯檢驗，防滲墻強(qiáng)度、滲透系數(shù)均滿足設(shè)計規(guī)范的要求。

c.現(xiàn)場效果檢測。在堤頂防滲墻的水源地側(cè)兩根鋼管之間和外側(cè)，布置3個防滲處理效果檢查孔，檢查孔在防滲處理完成14d后進(jìn)行。檢查孔采用灌注無毒紅色水試驗，壓力0.1～0.2MPa，先進(jìn)行兩管中間檢查孔壓水試驗，后進(jìn)行兩管外側(cè)檢查孔壓水試驗，試驗時目測記錄內(nèi)外堤腳滲出紅色水時間和滲流量。從現(xiàn)場檢測效果來看，跨管段圍堤的防滲處理達(dá)到了預(yù)期的效果。

5結(jié)語

該工程采用高壓噴射灌漿技術(shù)對跨管段圍堤進(jìn)行防滲處理，充分發(fā)揮了該技術(shù)所具備的適用范圍廣、施工場地要求低、操作簡便、可傾斜噴射、質(zhì)量易控制、工期短等優(yōu)勢，特別是對堤身下方管道哈夫接頭進(jìn)行圍封防滲處理，具有一定的典型性和代表性，為今后類似工程起到一定借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1]白永年.中國堤壩防滲加固新技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2001.

[2]眭聿勝.高壓噴射灌漿防滲技術(shù)的應(yīng)用探討[J].甘肅水利水電技術(shù)，2004(3):280-281.

[3]電力行業(yè)水電施工標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國電力出版社，2004.

[4]肖重華，劉龍虎，劉恒福，等.高壓噴射灌漿防滲技術(shù)在水庫大壩基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007(6):126-129.

[5]劉剛，史長瑩.高壓噴射灌漿技術(shù)在水利工程防滲中的應(yīng)用[J].山西建筑，2009，35(8):362-363.

[6]周凱華，邱莉.高壓噴射灌漿技術(shù)在水庫大壩防滲中的應(yīng)用[J].江西建材，2012(2):140-142.

[7]張麗，王廣森，李春艷.高壓噴射灌漿技術(shù)在堤基防滲中的應(yīng)用 [J].黑龍江水專學(xué)報，2006，33(3):68-69.

[8]馮娟霞，陳保泉.高壓噴射灌漿防滲墻施工技術(shù)[J].水利建設(shè)與管理，2011(2):27-29.

[9]劉發(fā)順，龔云龍.高壓噴射灌漿防滲墻施工質(zhì)量控制[J].江蘇水利，2006(4):14-15.

[10]滿志強(qiáng).京塘水庫土壩高壓噴射灌漿防滲墻質(zhì)量檢測與評價[J].廣西水利水電,2013(3)：12-14.