孫 根 江，　張 衛(wèi) 華，　朱 毓 杰

(1.中國人民武裝警察部隊(duì) 水電第七支隊(duì)，湖北 武漢　430200；2.中國人民武裝警察部隊(duì) 水電第三總隊(duì)，四川 成都　611130)

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高壓擺噴注漿截滲墻施工技術(shù)研究

孫 根 江1，張 衛(wèi) 華1，朱 毓 杰2

(1.中國人民武裝警察部隊(duì) 水電第七支隊(duì)，湖北 武漢430200；2.中國人民武裝警察部隊(duì) 水電第三總隊(duì)，四川 成都611130)

高壓噴射灌漿技術(shù)是通過在地層中的鉆孔內(nèi)下入噴射管，用高速射流(水、漿液或空氣)直接沖擊、切割、破壞、剝蝕原地基材料，將受到破壞、擾動(dòng)后的土石料與同時(shí)灌注的水泥漿或其它漿液發(fā)生充分的摻攪混合、充填擠壓、移動(dòng)包裹至凝結(jié)硬化，構(gòu)成堅(jiān)固的凝結(jié)體后成為結(jié)構(gòu)較密實(shí)、強(qiáng)度較高、有足夠防滲性能的構(gòu)筑物，以滿足工程需要的一種技術(shù)措施。對(duì)南水北調(diào)輝縣一標(biāo)高壓擺噴注漿截滲墻施工方案和工藝進(jìn)行了研究、探討。

高壓擺噴;截滲墻；研究；南水北調(diào)輝縣一標(biāo)

1　工程概述

南水北調(diào)輝縣一標(biāo)位于河南省輝縣市，設(shè)計(jì)樁號(hào)為Ⅳ66+960～Ⅳ72+000，標(biāo)段長度為5.04 km，標(biāo)段內(nèi)共有各種建筑物7 座，其中:河渠交叉建筑1座，退水閘1座，左排水渡槽1座，公路橋6座，生產(chǎn)橋1 座。設(shè)計(jì)流量為260 m3/s，加大流量為310 m3/s。設(shè)計(jì)水位高程為102.961～98.939 m。渠道過水?dāng)嗝娉侍菪危O(shè)計(jì)底寬為25～14.5 m，堤頂寬5 m。渠道邊坡系數(shù)為2.25～0.4，設(shè)計(jì)縱坡為1/20 000～1/28 000。高壓擺噴注漿截滲墻灌漿孔沿南水北調(diào)中線總干渠左、右岸防護(hù)堤基底中心線布置，灌漿段總長2.105 m(即樁號(hào)68+000～70+105段)。

2　施工方案

2.1試驗(yàn)孔布置

為選擇具有代表性的地層，分別在其上游、中游、下游選取了三個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)。遵循試驗(yàn)區(qū)域布置在較薄弱地層的原則，依據(jù)地質(zhì)單位提供的渠道地質(zhì)縱剖面圖，結(jié)合已開挖渠道邊坡地質(zhì)揭露情況綜合分析后，確定了三個(gè)具有代表性的區(qū)域：Ⅰ區(qū)布置在左岸上游，Ⅱ區(qū)布置在左岸下游，Ⅲ區(qū)布置在右岸中游。

Ⅰ區(qū)：根據(jù)渠道開挖揭露及先導(dǎo)孔鉆探得知其為黃土狀壤土，相對(duì)較厚，中間夾有砂卵石層，砂卵石層層厚約2～4 m，粒徑一般為3～60 mm。

第一組：孔距1.2 m，擺噴對(duì)接。

第二組：孔距1.5 m，擺噴對(duì)接。

Ⅱ區(qū)：黃土狀壤土，相對(duì)較薄，砂卵石頂部高程位于渠道正常水位之上，分布高程為99～106 m，層厚約7～8 m。砂卵石層粒徑一般為10～150 mm，局部存在粒徑為60～100 cm的漂石。

2.2擺噴灌漿設(shè)計(jì)施工參數(shù)

(1)技術(shù)要求。

①擺噴灌漿孔單排布置，孔間距初定為1 m，且不宜大于1.5 m；

②灌漿前先進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，以進(jìn)一步調(diào)整灌漿壓力、孔排距、灌漿材料及其他灌漿參數(shù)；

③灌漿后截滲墻的滲透系數(shù)要求不大于1×10-4cm/s；

④灌漿完成后，應(yīng)在灌漿體薄弱部位鉆孔檢測(cè)滲透系數(shù)，抽檢孔數(shù)應(yīng)不小于總孔數(shù)的5%，滲透系數(shù)不合格者需進(jìn)行補(bǔ)灌。

(2)擺噴灌漿試驗(yàn)采用三管法施工，設(shè)計(jì)要求其灌漿壓力應(yīng)大于20 MPa。根據(jù)《水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5200-2004)并參考國內(nèi)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，為便于科學(xué)分析試驗(yàn)成果，試驗(yàn)參數(shù)以噴水壓力、提升速度、擺噴次數(shù)變化為主，漿液配比、氣漿壓力和流量、噴嘴直徑、擺角等相對(duì)不變。每種孔距確定2組試驗(yàn)參數(shù)，每組21個(gè)孔，共6組，試驗(yàn)孔總數(shù)為126個(gè)。

(3)擺噴灌漿試驗(yàn)采用單排兩序?qū)硬伎?，試?yàn)方案以孔距劃分為三種：孔距分別為1 m、

1.2 m、1.5 m(灌漿Ⅰ序孔中心間距分別為2 m、2.4 m、3 m，Ⅱ序孔中心間距亦分別為2 m、2.4 m、3 m)。三種試驗(yàn)方案如下：

方案一：孔距1 m，試驗(yàn)參數(shù)見表1。

表1　試驗(yàn)參數(shù)表

方案二：孔距1.2 m，試驗(yàn)參數(shù)見表2。

表2　試驗(yàn)參數(shù)表

方案三：孔距1.5 m，試驗(yàn)參數(shù)見表3。

2.3工藝流程

(1)擺噴孔定位：在灌漿孔軸線上按試驗(yàn)確定的3種孔間距進(jìn)行放線定位，各孔統(tǒng)一編號(hào)，孔位樁打入地面0.2 m并妥善保護(hù)。

表3　試驗(yàn)參數(shù)表

(2)鉆孔：該工程采用SG-150和GJ-200地質(zhì)鉆機(jī)及XY-2G型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)造孔。鉆孔前將鉆機(jī)放置水平，鉆進(jìn)過程中應(yīng)隨時(shí)用水平尺檢查鉆機(jī)水平狀況，用鉛錘檢查鉆孔垂直度；鉆孔孔位與設(shè)計(jì)偏差不得大于50 mm，鉆孔的有效深度大于設(shè)計(jì)墻底深度0.3 m,灌漿孔深度除滿足設(shè)計(jì)要求外，根據(jù)鉆孔地質(zhì)情況，還應(yīng)深入相對(duì)不透水層1.5 m。鉆孔過程中應(yīng)做好記錄并繪制鉆孔柱狀圖。

(3)水泥漿制備：施工前，測(cè)定水泥漿比重，實(shí)測(cè)出攪拌筒直徑和有效深度，計(jì)算每筒的理論用水量、水泥用量，將每筒用水量理論位置用油漆標(biāo)記在筒內(nèi)壁上。依次加入水、水泥，攪拌時(shí)間不得少于4 min。水泥漿放入儲(chǔ)漿筒前要經(jīng)過濾篩并及時(shí)將水泥硬塊剔出。在儲(chǔ)漿筒內(nèi)設(shè)置攪拌裝置，確保水泥漿在使用前不離析、不沉淀。

(4)灌漿：將高噴臺(tái)車精確就位，先在孔外試噴，待各項(xiàng)指標(biāo)正常時(shí)，將噴射管下到孔底。對(duì)漿液中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，合格后啟動(dòng)高壓水泵、空壓機(jī)、攪拌機(jī)、泥漿泵等配套設(shè)備，將各項(xiàng)工藝參數(shù)調(diào)整到試驗(yàn)方案確定的參數(shù)后開始噴射，待孔口返漿后按方案確定后的速度開始提升，先送高壓水，再送水泥漿和壓縮空氣(一般情況下，壓縮空氣可遲送30 s)。之后原位靜噴1～3 min，待達(dá)到預(yù)定的噴射壓力和噴漿量且孔口冒出漿液后，再按方案確定的提升速度、擺動(dòng)次數(shù)、擺角，自下而上進(jìn)行噴射作業(yè)，提升至設(shè)計(jì)高度后方可停送水、氣、漿，提出噴射管。噴射過程中，必須時(shí)刻注意檢查漿液的流量、壓力、氣量以及擺角和擺動(dòng)次數(shù)及提升速度等參數(shù)是否符合試驗(yàn)要求并隨時(shí)做好記錄。

(5)回灌：待噴射管提到設(shè)計(jì)高程后噴射灌漿結(jié)束，然后向孔內(nèi)不斷灌入符合質(zhì)量要求的水泥漿，直到漿液不再下沉為止。

(6)棄漿排放：舍棄的漿液排放至指定地點(diǎn)。

(7)其他操作工藝：

①下管前準(zhǔn)確確定噴射方向和擺動(dòng)角度，確保擺噴墻體的有效連接。

②下管時(shí)采取換低壓送水、氣、漿等方法，防止噴嘴堵塞。

③嚴(yán)把“冒漿”關(guān)口，冒漿不正常或不冒漿時(shí)不能提升。

④噴射時(shí)嚴(yán)密監(jiān)視各系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

⑤接、卸換管時(shí)要迅速，防止坍孔和堵塞。

⑥噴射過程中，接、卸換管及事故處理后再下管時(shí)要比原停噴高度下落50 cm以上，以使板墻上、下連貫。

⑦深層噴射時(shí)，為防止注漿管的扭斷或埋管，在噴漿開始時(shí)即轉(zhuǎn)動(dòng)和提升。

⑧施工結(jié)束、立即拔出注漿管，徹底清洗注漿管路以防堵塞。

3　擺噴灌漿效果檢查

3.1鉆孔注水檢查

完成擺噴灌漿試驗(yàn)35 d后對(duì)擺噴板墻的對(duì)接處進(jìn)行了注水試驗(yàn)，按《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》(SL345-2007)公式5.3.3計(jì)算截滲墻滲透系數(shù)。

式中r為鉆孔半徑，cm；l為試段長度，cm；K為試驗(yàn)巖土層的滲透系數(shù)，cm/s；Q為注入流量，L/min；H為試驗(yàn)水頭，cm，為試驗(yàn)水位與地下水位之差。

3.2注水試驗(yàn)成果表

注水試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)匯總情況見表4。

表4　注水試驗(yàn)成果匯總統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)上述注水試驗(yàn)成果數(shù)據(jù)判定：(1)位于壤土層內(nèi)的截滲墻三種孔間距的注水試驗(yàn)孔滲透系數(shù)均能滿足設(shè)計(jì)要求；(2)卵石層內(nèi)的截滲墻孔間距為1.2 m的6個(gè)注水試驗(yàn)孔中只有1個(gè)滲透系數(shù)能滿足設(shè)計(jì)要求；1.5 m間距的截滲墻滲透系數(shù)全部不合格，全部不能滿足設(shè)計(jì)要求；灌漿孔1 m間距的截滲墻滲透系數(shù)全部小于設(shè)計(jì)要求1×10-4cm/s，截滲質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

4　效果評(píng)價(jià)

質(zhì)量檢查結(jié)果以及開挖揭露的情況表明：壤土層試驗(yàn)孔擺噴搭接情況良好，卵石層沒有很明顯的搭接。根據(jù)注水試驗(yàn)結(jié)果，孔間距1.5 m的試驗(yàn)孔完全不能滿足設(shè)計(jì)要求，卵石層內(nèi)6個(gè)注水段全部不合格；孔間距1.2 m的試驗(yàn)孔個(gè)別孔勉強(qiáng)滿足要求，卵石層內(nèi)6個(gè)注水段僅有1段合格；只有孔間距1 m的試驗(yàn)孔能完全滿足設(shè)計(jì)要求，卵石層內(nèi)6個(gè)注水段全部合格。

5　結(jié)　語

(1)灌漿技術(shù)在粘礫多層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)做防滲處理技術(shù)上可行，施工質(zhì)量和處理效果較好；

(2)灌漿技術(shù)的關(guān)鍵是孔距和灌漿壓力的選擇與控制、漿材配比和灌漿工藝的選擇；

(3)灌漿參數(shù)的選擇需切合實(shí)際問題，只有通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)才能切實(shí)確定；

(4)為確保工程質(zhì)量，加強(qiáng)截滲效果，在卵石層較厚、相對(duì)較集中的渠段按雙排灌漿孔布置，能夠取得較好的效果。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-07-12

TV52;TV543;TV7;TV51

B

1001-2184(2016)04-0024-03

孫根江(1983-)，男，河北衡水人，工程師，學(xué)士，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作；

張衛(wèi)華(1976-),男，河北衡水人，工程師，在讀碩士研究生，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

朱毓杰(1986-)，男，吉林榆樹人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程建設(shè)技術(shù)與管理工作.

[1]曹豐.建筑施工技術(shù)[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2007.

[2]魏濤，李珍.三峽工程化學(xué)灌漿技術(shù)[M].武漢：長江出版社,2008.