砂礫石地層高壓旋噴灌漿防滲施工工法

砂礫石地層中高壓旋噴灌漿防滲施工工法李曉光一、前言高壓噴射注漿法(HighPressureJetGrouting)在1968年創(chuàng)始于日本。70年代初我國鐵路、煤炭、水電等系統(tǒng)相繼引進(jìn)并開始研究這項(xiàng)技術(shù).80年代以來，其他國家也開始大規(guī)模采用這項(xiàng)技術(shù)。我國水利系統(tǒng)于1980年首先將此技術(shù)應(yīng)用于山東白浪河土壩工程。根據(jù)噴嘴的噴射范圍，高壓噴射注漿分為旋噴、擺噴和定噴。近年來，高壓噴射注漿技術(shù)作為一個(gè)日趨成熟的地基基礎(chǔ)處理方法,已被廣泛的應(yīng)用于砂、土質(zhì)地層的河道、堤壩、工業(yè)民用建筑基礎(chǔ)防滲和地基加固中。但在砂礫石地層的應(yīng)用因其成孔困難、成墻效果不理想等原因，并未被廣泛采用。由水電十一局承建的九甸峽水電站廠房工程砂礫石圍堰截滲應(yīng)用了高壓旋噴灌漿，取得了成功,現(xiàn)對(duì)之進(jìn)行總結(jié)，形成本施工工法。二、工法特點(diǎn)砂礫石層主要由細(xì)砂及砂卵石等粗顆粒組成，其透水性較強(qiáng),透水率較大，對(duì)于該類型地層防滲，一般采用帷幕灌漿處理,但帷幕灌漿施工速度慢，投資大，防滲效果并不十分明顯。采用高壓旋噴灌漿進(jìn)行防滲處理可達(dá)到帷幕灌漿處理所達(dá)不到的效果。但高壓噴射灌漿存在其不可回避的弊端，一是砂礫石地層成孔過程中的塌孔問題，二是地層中的孤石能否有效被水泥漿包裹問題。本工法從九甸峽水電站廠房基礎(chǔ)防滲中總結(jié)出來。為了解決高壓旋噴防滲墻處理方案在砂礫石層中的可施工性，在常規(guī)施工方法的基礎(chǔ)上采取了有效改進(jìn)措施。針對(duì)砂礫石地層成孔難、易塌孔、鉆進(jìn)速度慢等技術(shù)難題，采取了大扭矩風(fēng)動(dòng)回轉(zhuǎn)式液壓鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，PVC套管護(hù)壁成孔方法.這種鉆孔方法與傳統(tǒng)泥漿、水泥漿護(hù)壁鉆孔方法相比,具有成孔快、不塌孔、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)注漿過程中的孤石能否有效被水泥漿包裹及水泥漿與砂礫石充分?jǐn)嚢鑶栴},在注漿施工方法上選用高壓水孔內(nèi)切割，風(fēng)動(dòng)攪拌,水泥固結(jié)的三管法.在參數(shù)選擇上盡量選擇大水壓，加大高壓水對(duì)地層沖擊、切割力度；在遇有孤石時(shí),采取在孤石上、下50cm加大噴嘴旋轉(zhuǎn)速度、慢速提升的辦法，充分將孤石用水泥漿包住，從而使固結(jié)后的柱體達(dá)到連續(xù)完整的目的。工程所取得的成功經(jīng)驗(yàn)值得類似工程借鑒和使用。三、適用范圍高壓噴射注漿法防滲和加固技術(shù)主要適用于砂類土、黏性土、黃土、和淤泥等軟弱土層，本工法主要介紹其在砂礫石中的應(yīng)用。四、工藝原理高壓噴射注漿是利用鉆機(jī)成孔后，由高壓噴射注漿臺(tái)車(簡稱高噴臺(tái)車）把前端帶有噴嘴的注漿管置入砂礫石層預(yù)定深度后，以30～40Mpa壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流切割破壞砂礫石層，使原砂礫石層被破壞并與高壓噴射進(jìn)來的水泥漿按一定的比例和質(zhì)量大小，有規(guī)律地重新排列組合，漿液凝固后，便在砂礫石層中形成一個(gè)柱狀固結(jié)體,無數(shù)個(gè)柱狀固結(jié)體的連接便形成一道屏蔽幕墻。因從噴嘴中噴射出來的漿液或水能量很大，能夠置換部分碎石土顆粒，使?jié){液進(jìn)入碎石土中,從而起到加固地基和防滲的作用。五、施工工藝及特殊情況處理5.1高壓旋噴施工參數(shù)確定高壓旋噴滲墻施工前期，首先進(jìn)行試驗(yàn)孔施工，試驗(yàn)孔施工主要確定孔深、孔距、水氣漿壓力、漿液密度、注漿率、旋轉(zhuǎn)及提升速度，試驗(yàn)孔施工結(jié)束后，進(jìn)行鉆孔取芯、注水試驗(yàn)和開挖檢查。計(jì)算出透水率并通過試驗(yàn)得出芯體的抗壓強(qiáng)度，從開挖檢查看，旋噴墻厚度及成墻連續(xù)性.在九甸峽水電站廠房下游沿河圍堰高壓旋噴滲墻施工前，在防滲墻體一端選取了兩個(gè)孔位進(jìn)行了高壓旋噴試驗(yàn)。根據(jù)試噴試驗(yàn)資料,得出的砂礫石層旋噴防滲墻施工參數(shù)為：孔距：1.0m水壓：≥40Mpa氣壓：≥0。6Mpa漿壓：≥0。4~0。7Mpa注漿率:≥70L/min提升速度：6～8cm/min旋轉(zhuǎn)速度:8~10r/min3漿液密度：≥1.65g/cm漿液灰水比:0.8:1試驗(yàn)段成墻14d后，采用地質(zhì)鉆機(jī)分別在旋噴樁中心和連接部位進(jìn)行了鉆孔取芯和壓水試驗(yàn).取芯試驗(yàn)表明，樁體及連接部位水泥漿與砂礫石膠結(jié)效果較好,取得芯樣最大長度1。1m，芯體28d平均抗壓強(qiáng)度4.6Mpa。樁體中心和連接部位壓水試驗(yàn)計(jì)算所得透水率分別為6.3Lu和4。4Lu。5.2高壓旋噴防滲墻施工工法高壓旋噴防滲墻鉆孔注漿分兩序施工，先施工Ⅰ序孔,后施工Ⅱ序孔,相鄰孔施工間隔時(shí)間不少于24小時(shí)。注漿采用同軸三管法高壓旋噴灌漿。同軸三管法即以漿、氣、水三種介質(zhì)同時(shí)作用于地層，使?jié){液與地層顆粒成份混合、攪拌、置換、充填滲透形成固結(jié)體.施工程序?yàn)椋簣龅仄秸麎簩?shí)→造孔（跟管鉆進(jìn)）→下PVC管護(hù)壁→跟管拔出→高噴臺(tái)車就位→試噴→下噴具→噴灌→封孔→高噴臺(tái)車移位。（1)造孔：針對(duì)砂礫石地層成孔難、易塌孔、鉆進(jìn)速度慢等技術(shù)難題，采取了大扭矩液壓工程鉆機(jī)跟管鉆進(jìn).一是采用YGJ—80風(fēng)動(dòng)液壓鉆機(jī)配偏心式?jīng)_擊器沖擊跟管鉆進(jìn)；二是采用QLCN-120履帶式多功能巖土鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)。鉆孔直徑均為φ140mm,造孔效率可達(dá)6.0m/h。鉆機(jī)就位后，用水平尺校正機(jī)身，使鉆桿軸線垂直對(duì)準(zhǔn)鉆孔中心位置，孔位偏差不大于5cm。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，將鉆桿提出,在跟管內(nèi)下設(shè)小于跟管口徑的PVC套管取代跟管.PVC護(hù)壁套管下至孔底后,再用液壓拔管器分節(jié)拔出鋼質(zhì)護(hù)壁跟管。PVC護(hù)壁套管滯留在孔中，待噴射灌漿時(shí)通過高壓水切割破碎，通過水泥漿與砂礫石固結(jié)在一起。鉆機(jī)造孔示意圖套管鋼楔液壓千斤頂跟管接頭液壓油泵成孔護(hù)壁管安裝示意圖拔管機(jī)拔管示意圖（2)護(hù)壁:造孔結(jié)束，將鉆桿提出,下設(shè)底端透水無紡布包扎φ120PVC護(hù)壁管，進(jìn)行成孔護(hù)壁，護(hù)壁套管接頭用塑料密封帶連接.護(hù)壁套管下至孔底后，采用YGB液壓拔管機(jī)將套管分節(jié)拔出。（3)噴具組裝及檢查：噴具由水、氣、漿三管并列組成，采用專用螺栓連接,自下而上由噴頭、噴管、旋噴三叉管組成，連接處用尼龍墊密封。噴具組裝后試運(yùn)行水、氣、漿管的暢通和承壓情況，當(dāng)水壓達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的1.5倍時(shí)，管路無泄漏后再試噴15min后結(jié)束檢查。(4）試噴檢查結(jié)束后,使噴嘴噴射方向與高噴軸線一致,并設(shè)置好旋噴轉(zhuǎn)速下入噴具至設(shè)計(jì)孔深.為防止在下噴具過程中因意外而堵塞噴嘴,可送入低壓水、氣、漿并開始噴漿。在初始噴漿時(shí)只噴轉(zhuǎn)不提,靜噴3～5min，待孔口返漿濃度接近1.3g/cm3時(shí)，按參數(shù)要求的提升速度和旋轉(zhuǎn)速度自下而上噴射灌漿到設(shè)計(jì)高程。噴射漿液為灰水比0。8∶1的純水泥漿.高壓水泵漿桶三噴管氣量計(jì)空壓機(jī)三管法施工示意圖水泥漿泵水箱攪拌機(jī)水泥倉5.3特殊情況處理（1）漏漿處理在砂礫石圍堰高噴灌漿防滲墻的施工中，可能會(huì)有部分孔發(fā)生漏漿現(xiàn)象,說明圍堰基礎(chǔ)存在一定的集中滲流區(qū)，對(duì)工程施工安全十分不利。因此在發(fā)生漏漿時(shí),視嚴(yán)重程度應(yīng)采取停止提升或放慢提升速度的辦法，盡可能使漏漿地層充分灌滿水泥漿，從而達(dá)到充分固結(jié)的目的.(2）孤石處理針對(duì)注漿過程中的孤石能否有效被水泥漿包裹及水泥漿與砂礫石充分?jǐn)嚢鑶栴}，在注漿施工方法上選用高壓水孔內(nèi)切割，風(fēng)動(dòng)攪拌，水泥固結(jié)的三管法。在參數(shù)選擇大水壓，加大高壓水對(duì)地層沖擊、切割力度；在遇有孤石時(shí)，采取在孤石上、下50cm加大噴嘴旋轉(zhuǎn)速度、慢速提升的辦法，充分將孤石用水泥漿包住,從而使固結(jié)后的柱體達(dá)到連續(xù)完整的目的。（3)事故停噴在高噴過程中發(fā)生停電、停噴事故,均采取重新掃孔、復(fù)噴的辦法,掃孔底至停噴段以下1。2m，解決因停噴造成的柱體連續(xù)性問題。六、機(jī)具設(shè)備七、勞動(dòng)組織施工現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況配備專業(yè)技術(shù)人員2人，專業(yè)技師1人，熟練工12名，普工25名。八、質(zhì)量要求在施工過程中，應(yīng)著重對(duì)鉆孔和灌漿兩道工序進(jìn)行控制以及對(duì)防滲墻質(zhì)量進(jìn)行檢查，主要有以下幾方面:1、鉆孔要經(jīng)常檢查鉆孔孔位有無偏差,即使予以糾正.孔斜一般要鉆孔孔斜小于0.5%～1。5％的孔深.檢測噴漿管的旋轉(zhuǎn)和提升速度。以設(shè)計(jì)要求為準(zhǔn)或通常將旋轉(zhuǎn)速度控制在5～20r/min，提升速度為5~20cm/min。當(dāng)因拆卸鉆桿或其它原因暫停噴射時(shí)，再噴射時(shí)應(yīng)使新舊固結(jié)體搭接10cm以上，以防止斷樁。2、灌漿要檢查灌漿漿液的比重和流動(dòng)度指標(biāo)以及灌漿壓力和流量等指標(biāo)，并及時(shí)調(diào)整，使其滿足要求.利用灌漿自動(dòng)記錄儀記錄灌漿過程，隨時(shí)核算灌入漿液總量是否滿足要求。要及時(shí)觀察和檢測冒漿。在高噴施工過程中，往往有一定數(shù)量的土粒隨著一部分漿液冒出地面。通過對(duì)冒漿現(xiàn)象的觀察，及時(shí)了解地層的變化情況、噴射灌漿效果以及各項(xiàng)施工參數(shù)是否合理,以便適時(shí)作出適當(dāng)調(diào)整。3、防滲墻質(zhì)量檢驗(yàn)對(duì)高噴防滲墻固結(jié)體的質(zhì)量檢驗(yàn)可采用開挖檢查、鉆取巖芯、壓(注)水試驗(yàn)等多種方法來進(jìn)行。檢驗(yàn)主要內(nèi)容為：固結(jié)體的整體性和均勻性；固結(jié)體的幾何特性,包括有效直徑、深度和偏斜度;固結(jié)體的水力學(xué)特性，包括滲透系數(shù)和水力坡降等.質(zhì)量檢驗(yàn)一般在高噴工作結(jié)束后4周進(jìn)行。根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果采取適當(dāng)措施以確保達(dá)到預(yù)期要求。對(duì)防滲墻應(yīng)進(jìn)行滲透試驗(yàn)，一般做法為：在高噴固結(jié)體適當(dāng)部位鉆孔（取芯），然后在孔內(nèi)進(jìn)行壓水或注水試驗(yàn)，以判斷其抗?jié)B透能力。九、安全措施1、施工前對(duì)風(fēng)、水、漿、電及施工順序進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，保證作業(yè)面規(guī)范整齊。2、加強(qiáng)施工人員安全教育，建立各種設(shè)備操作規(guī)程。3、設(shè)置醒目的安全標(biāo)志，人員上下機(jī)架要系安全帶。4、電動(dòng)機(jī)械設(shè)備應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)設(shè)施和安全保護(hù)措施.5、施工前必須檢查防水電纜是否完好,防止電傷人。6、施工時(shí)，作好廢漿排放工作；工程結(jié)束時(shí)，要作到工完料凈場地清.十、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析九甸峽水電站廠房工程圍堰高壓旋噴防滲墻總長120m，深30m左右，總成墻面積3500m2，共注入水泥漿量1.99×106L，耗用水泥1462t，平均耗漿量570L/m.高壓旋噴防滲墻施工歷時(shí)72天，經(jīng)推算，高壓旋噴防滲方案可比帷幕灌漿防滲提前工期30～50天?；娱_挖完成后，總排水不超過960m3/天,且有半數(shù)以上滲水量為引水