广东省水利水电建设有限公司广东广州510635
摘要:高喷灌浆技术已在土木工程领域获得广泛应用,在水利工程中堤坝防渗加固的应用成效尤其显著,因此本文介绍了该技术的形式、类型、原理,并结合某水利枢纽工程大坝防渗施工技术进行了分析。
关键词:高喷灌浆;基础处理;应用;水工建筑
水工建筑与水的关系比其他陆上建筑更为密切,而水的渗透性非常强,地下基础部分很容易受到水的影响而引起渗漏和破坏,所以水工建筑基础对防渗加固有特殊要求。水工建筑基础处理的手段很多,高喷灌浆技术是其中应用广泛的一种技术。该技术之所以受到普遍欢迎,因为它具有适应地层广、处理深度大、可灌性与可控性好、防渗体连接可靠、对施工场地要求不高、工艺配置灵活等优点。随着水利水电工程持续建设,高喷灌浆技术应用前景更加广阔[1],因此本文对该技术在水工建筑基础处理中的应用进行了探讨。
1高喷灌浆的形式、类型与原理
1.1基本形式
高喷灌浆技术分为旋喷、摆喷、定喷三种形式,旋喷形成圆柱状凝结体,摆喷形成哑铃状凝结体,定喷形成板状凝结体。它们适用的地层范围各有不同,旋喷和摆喷适用于粉土、砂土、砾石与卵碎石地层,定喷适用于粉土和砂土。
1.2主要类型
高喷灌浆类型分为单管法(CPP法)、二管法(JSG法)、三管法(CJP法)和多管法(SSS-MAN法),其中多管法为全置换法,其他三种为半置换法。单管法主要用于加固软土地基,二管法用于加工软土、粉土、砂土、砾石、卵碎石地层,三管法用于加固除淤泥地层以外的软土地基、砂土、卵石等地层。
1.3工作原理
高喷灌浆技术主要基于对土体的破坏、冲搅、混合、置换、充填、挤压、渗透作用,再加上介质的凝固作用,实现加固地层的效果。影响凝结体的因素包括水压、水量、气压、气量、浆压、浆量、提升速度、旋摆速度、地层性质等。
2高喷灌浆工艺与水工建筑基础处理技术
2.1高喷灌浆工艺流程
通常,高喷灌浆工艺流程如下:施工准备→孔位测量放样→钻机就位→注入护壁泥浆或下放PVC管→拔出护壁套管→高喷台车就位、调试→制浆→试喷、下放喷射管→孔底喷射→旋转(或摆动、定向)提升→墙顶喷射→孔口静压回灌→冲洗喷管→转至下一孔位。
下面结合某水利枢纽工程大坝防渗加固的应用为例说明。该工程坝基含砂砾层,透水率达到12Lu,设计采用高喷灌浆技术进行防渗加固,灌浆形式为摆喷三管法,摆喷角不小于30°,设置单排两序孔,板墙之间的连接采用折线对接,终孔间距为1.2m,其中Ⅰ序孔间距为2.4m。两序孔之间间隔不少于4d[2]。
2.2施工准备
施工准备准备阶段最重要的任务是确定施工工艺技术参数,而要确定合理的工艺参数必须经过现场试验[3]。试验设备采用150型地质钻机钻孔,开孔、终孔孔径均为110mm。高喷台车进行灌浆操作,配套空气压缩机、高压水泵、泥浆泵、制浆机等设备。灌浆材料选用普硅水泥P.O32.5。经过试验确定工艺参数见表1。
2.3施工技术
2.3.1孔位确定
施工前根据施工图进行测量放样。首先放出防渗墙轴线,再放出孔位,孔位宜采用连续编号,对Ⅰ、Ⅱ序孔应采用不同颜色油漆进行标记,以便识别。孔位中心偏差不应超过50mm。
2.3.2钻孔施工
将钻机移动到设计孔位,调平钻机后校正钻杆垂直度。开始钻进时应采用较低速度和较小的压力。如果出现严重漏浆或孔口不返浆的情况,应立即检查泥浆比重并调整至正常状态。在钻孔过程中每钻进3~5m就应利用测斜仪测量孔的孔斜率,孔斜偏差不应超过1%,出现偏差应当及时调整和纠偏。钻孔深度应进入基岩1m以上。钻至设计深度后,应在监理工程师验收合格后才能终孔。然后对钻孔进行清理,用新鲜泥浆置换出孔底泥渣。
2.3.3制浆操作
本工程采用水灰比1:1的浆液。制备水泥浆时必须严格控制配合比,并且每隔20min复核一下比重。水泥浆经过滤网过滤后才能用于灌浆,而滤网上的杂质应当集中处理,严禁将杂质混入水泥浆中进入施工系统。返浆也必须过滤后才能继续使用。水泥浆静置时间超过15min就可能沉淀,并造成比重偏差,所以应随时搅拌一下。为了延缓水泥浆沉降,也可在浆液中加入水泥质量3%的膨润土和膨润土质量3%的碳酸钠。水泥浆放置时间超过4h后应弃置,不能继续用于施工了。
2.3.4喷射灌浆
高喷台车就位后,调平并使喷射管对准孔口中心,然后在孔口进行试喷,确定管路系统、机械系统、喷嘴均正常,各项参数都达到预定要求以后才能下放喷射管进入孔口。喷射管下放到设计深度,先在底部进行喷射,至孔口返浆后再提升喷射管。为了避免喷嘴堵塞,可以下放喷射管前用胶布封口,或者一边下放喷射管一边低压送气、水、浆。然后按设定的提升速度、旋转速度、摆动角度,一边提升一边喷射。喷射作业必须连续进行,中途停顿必须进行复喷。停顿时间时间超过20min,复喷时还应将喷射管下移0.3m以上;停顿时间超过1h,复喷的喷射管至少下移0.6m以上。当喷射管提升至设计高程,继续喷射1~2min后停止喷浆作业。
2.3.5静压回灌
高喷灌浆施工完毕,应立即进行回灌作业,回灌方法可采用返浆回灌和静压回灌,后者可在喷射管升至孔口后向孔口注浆至液面不再下沉为止。
2.3.6清洗
喷射完毕,为防管路堵塞,管路内不能留有任何残渣,故应将管路进行彻底的清洗,洗至管路中的水完全澄清为止。
2.4故障处理
2.4.1孤石处理
遇到孤石应降低钻进速度,并加大钻杆转速。
2.4.2地面抬动
砂砾石层中进行高喷灌浆施工,可能会引起地表抬动。通过测量灌浆前后的观测桩标高可获得抬动值,一般抬动值不超过灌浆深度的1%~2%是允许的。为了减小地面抬动,应在砂砾石层上部铺设0.3m以上的混凝土盖板,或增大灌浆孔密度,或采用自上而下分段灌浆方法。
2.4.3冒浆处理
冒浆量较大时,可采取提高灌浆压力、适当缩小喷嘴孔径、适当加快提升速度的方法解决。
2.4.4漏浆处理
严重漏浆时,可采取提高浆液比重或灌注黏土砂浆,等填满空隙后再按正常作业方法灌浆。
2.5质量控制
在施工过程中严格按规定的施工参数进行控制,并对各参数进行详细记录。检查发现问题及时处理。
2.6高喷灌浆处理效果
高喷防渗墙经开挖观察和注水试验,表明墙体连续性好、成墙效果达到设计要求。
3结语
高喷灌浆在水利工程防渗加固处理中的实践表明,该技术造价适中、施工进度快、防渗效果好,是值得信赖的一种地基基础处理技术。虽然该技术比深层搅拌技术造价高些,但比后者地层适应性更强,处理深度也更大。当然高喷灌浆技术也不是万能的,也有其适用范围,应经过技术经济比较再择优选择方案。
参考文献:
[1]吴益民,张文举,杨帆.基于典型工程实例对高压旋喷灌浆技术在水利工程中的应用分析[J].江西水利科技,2015,41(3):198-200,217.
[2]曾兴旺.高压摆喷灌浆技术在水利工程施工中的应用[J].水利规划与设计,2015(1):73-75.
[3]盛毅,肖志平.柬埔寨桑河二级水电站二期围堰防渗高喷灌浆施工[J].电力勘察设计,2015(5):65-68,74.