高噴灌漿技術(shù)在圍堰防滲工程中的應(yīng)用

　　高噴防滲墻施工技術(shù)簡單、進(jìn)度快、防滲加固性好且造價較混凝土防滲墻低，但對地層敏感性強(qiáng)，一般在壤土層、中密狀態(tài)的砂土層中成墻質(zhì)量較好，而對粘性土、致密細(xì)砂層，尤其是粒徑較大的砂卵石層，且含漂石時，其噴射材料穿透性受阻，漿體擴(kuò)散半徑受限，成墻連續(xù)性不易保證。

　　在南水北調(diào)中線北易水倒虹吸工程圍堰防滲墻施工時，對含大漂石、砂礫卵石層、富含小溶洞和節(jié)理裂隙發(fā)育的泥質(zhì)灰?guī)r等復(fù)雜地層，采用高壓擺噴技術(shù)，在較短的時間內(nèi)完成了近17000m的高噴防滲墻，通過對施工質(zhì)量的嚴(yán)格控制，提高了成墻效果，達(dá)到了基坑防滲要求，保證了主體管身段基礎(chǔ)開挖和混凝土施工順利進(jìn)行。

　　1 工程概況

　　北易水渠道倒虹吸工程位于河北省易縣城西北約1.0km的北易水河上。倒虹吸出口北0.5km為易縣至淶源公路，對外交通便利。北易水倒虹吸工程由進(jìn)出口渠道段、穿河渠道倒虹吸、退水閘及附屬建筑物組成。工程等級為Ⅰ等，主要建筑物的級別為1級。

　　高噴防滲墻主要應(yīng)用于基坑圍堰防滲工程，基坑排水和安全度汛是本工程施工組織的難點和重點，目標(biāo)是及時為管身段混凝土澆筑提供工作面。

　　主要設(shè)計工程量為：一期圍堰(縱向圍堰軸線樁號187+144、186+906.9，上下游圍堰距離為160m)8340延米，防滲面積為7940m2 ;二期圍堰(縱向圍堰軸線樁號187+346.9、187+075，上下游圍堰距離為160m)8640延米，防滲面積為8640m2 .共計16980延米，防滲面積為16580m2 .圍堰防滲墻頂高程為53.0m，底部高程為43.0m.

　　2 水文地質(zhì)

　　本工程位于太行山東麓北易水河中上游，河漫灘及河床組成物質(zhì)為第四系全新統(tǒng)沖積砂及卵(礫)石層，厚度1.1～12.0m不等。其下部的古生界中寒武系饅頭毛莊組地層及燕山期閃長玢巖侵入巖體，巖性以泥巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖為主，夾少量頁巖，巖石上部破碎，節(jié)理、裂隙發(fā)育。

　　建筑物區(qū)地下水為孔隙潛水及基巖裂隙水，局部分布巖溶水。孔隙水埋藏于第四系砂礫及卵(礫)石層中，透水層厚5～12m，滲透系數(shù)為70m/d.

　　實際施工中，經(jīng)基坑開挖、鉆孔取芯結(jié)果顯示，在靠近一期圍堰，古河床段，從作業(yè)面高程53.0m自上而下地層地質(zhì)依次為：①在高程47.0～46.0m為砂卵石層，粒徑一般10～15cm，含泥量少，較松散，但在個別部位有孤石或小溶洞;②在高程46.0～45.5m處有0.5～1.0m的強(qiáng)風(fēng)化至中風(fēng)化的泥巖;③在高程45.5～44.7m處有0.8m的泥質(zhì)灰?guī)r;④在高程44.7m或44.5m處是全風(fēng)化的泥巖。在靠近二期縱向圍堰(187+346.9)段，多為致密粉細(xì)砂層。

　　另外，從基坑開挖地質(zhì)巖石和抽水情況來看，滲透系數(shù)應(yīng)該不小于200m/d.

　　3 主要技術(shù)參數(shù)的確定

　　為保證高壓噴射灌漿施工順利進(jìn)行，確保施工質(zhì)量，同時為檢查擺噴灌漿工藝參數(shù)設(shè)計的合理性、成墻的可靠性，在現(xiàn)場采用二重管和三重管法高壓旋噴樁施工開始前，在地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段，用選定的配合比進(jìn)行高壓噴射注漿工藝試驗。通過試驗確定樁距和孔深以及確定漿液性能、噴射流量、壓力、旋速和提升速度等工藝參數(shù)，具體試驗區(qū)布置在一期縱向圍堰與上游圍堰交界處，試驗圍井呈三角形布置，孔距1.0m，圍井深8m.

　　圍井施工完成7d后，對圍井進(jìn)行壓水試驗，測出圍井的滲透系數(shù)，并對圍井周邊及井內(nèi)的土層進(jìn)行開挖，觀察圍井成墻情況。根據(jù)對試驗成果的分析，防滲效果和成墻厚度均滿足設(shè)計要求。高壓擺噴按圍井試驗所確定的參數(shù)施工。

　　4 施工方法

　　4.1 施工技術(shù)要求及參數(shù)

　　(1)鉆孔孔距1.0m，孔底深入巖層(弱，不透水層)0.5～1.0m，孔位偏差小于5cm，鉆孔偏斜率小于1%.

　　(2)漿液采用水泥漿，水灰比為0.8∶1(重量比)。

　　(3)噴灌三重管法，噴管選用雙噴嘴，噴嘴直徑1.8mm.高壓水壓力32～38MPa，空氣壓力0.6～0.7MPa，漿液流量100L/min，空氣流量1.3～1.5m3/min，提升速度10cm/min，擺噴角度30°～40°。

　　二重管法，噴管選用雙噴嘴，噴嘴直徑1.8mm.空氣壓力0.6～0.7MPa，空氣流量2m3/min，漿液壓力32MPa，漿液流量100L/min，提升速度8cm/min，擺噴角度25°～35°。

　　(4)滲透系數(shù)滿足n×10-4 ～n×10-5 cm/s數(shù)量級，噴灌成墻有效平均厚度30cm，相鄰孔擺噴連接形式為“人”字型搭接方式。

　　(5)主要施工機(jī)械設(shè)備：高噴臺車(CYP型液壓式)、清水泵(3DZ-2)、灌漿泵(HB80)、注漿泵(BW-150)、攪拌機(jī)、空壓機(jī)(WF3/6)、沖擊式鉆機(jī)(YKC-10)等。

　　4.2 施工方法

　　(1)布孔與造孔。根據(jù)施工方案，利用水準(zhǔn)儀、鋼尺丈量，放線定位，布置孔位，固定鉆機(jī)位置，調(diào)整鉆桿垂直度，校正鉆頭與孔位的偏差。使用普通YKC-10沖擊鉆機(jī)造孔，在遇到大孤石或漂石部位采用套筒跟進(jìn)風(fēng)動潛孔鉆或XY-2地質(zhì)鉆鉆進(jìn)，造孔孔徑為φ130mm，泥漿護(hù)壁成孔，為保證成孔質(zhì)量和孔壁穩(wěn)定，適當(dāng)調(diào)整泥漿漿液，控制濃度和粘度，防止縮徑和坍孔。對遇到地下有砂性土或壤土層，出現(xiàn)坍孔時，加大泥漿回填，填滿后繼續(xù)造孔。在造孔過程中，作好造孔記錄，特別是對孔內(nèi)巖性描述，確保鉆孔入巖深度滿足要求。根據(jù)記錄情況，如鉆孔達(dá)到設(shè)計深度還未進(jìn)入相對隔水層，需加深鉆孔，深入相對隔水層1.0m.成孔后經(jīng)過驗收，立即下套管到孔底，并管口露出工作面20cm，以防坍孔，套管采用φ110mm PVC管。

　　(2)制漿。攪拌機(jī)采用WJG80-1型立式攪拌機(jī)，灌漿泵采用HB80型，BW-150型泥漿泵用于回收漿液。水泥采用P.032.5普通硅酸鹽水泥，制漿采用兩級攪拌，一級攪拌12min后經(jīng)過濾放入二級攪拌機(jī)，邊攪拌邊灌漿。制漿時嚴(yán)格控制水灰比(0.8～1)∶1，漿液比重為1.6～1.7g/cm3 ，經(jīng)常用比重計法檢測漿液濃度，保證漿液濃度、無顆粒、均勻穩(wěn)定、流動性好。

　　(3)高噴灌漿。高噴灌漿前，先在地面進(jìn)行1min左右試噴試驗，調(diào)整好噴射方向，檢查水氣嘴是否暢通，壓力能否滿足設(shè)計要求，否則須重新調(diào)試設(shè)備或更換水、氣嘴，直到壓力滿足設(shè)計要求，然后，可將噴桿緩慢下到孔底。

　　灌漿準(zhǔn)備工作完成后，進(jìn)行正常噴射。先按規(guī)定參數(shù)送漿、水、氣進(jìn)行靜噴，靜噴3min待漿液返出孔口、情況穩(wěn)定后，進(jìn)行高噴灌漿。噴射時采用間歇提升法，每提升30cm，停5min.在供漿正常情況下，孔口回漿濃度變小且不能滿足設(shè)計要求時，應(yīng)加大進(jìn)漿濃度或進(jìn)漿量。如在高噴灌漿過程中出現(xiàn)壓力突降或驟增、孔口回漿濃度或回漿量異常等情況時，查明原因，進(jìn)行處理。對于孔內(nèi)嚴(yán)重漏漿，采用降低噴射管提升速度或停止提升、進(jìn)行原地灌漿，加大漿液濃度。對小溶洞地質(zhì)段，常發(fā)生的串漿情況，采取填堵被串孔，待灌漿孔高噴灌漿結(jié)束后，立即進(jìn)行被串孔的掃孔、灌漿或繼續(xù)鉆進(jìn)。高噴灌漿因故中斷后恢復(fù)施工時，應(yīng)繼續(xù)復(fù)噴，其長度不小于0.5m.灌漿施工中如實記錄高噴灌漿的各項參數(shù)、漿液材料用量、異?，F(xiàn)象及處理情況等。

　　(4)回填封孔及清洗管路。高噴灌漿至設(shè)計頂部高程后，噴頭提出孔口，繼續(xù)向孔內(nèi)注入水泥漿，保證孔內(nèi)漿面高度，保持孔內(nèi)漿注壓力，隨沉隨補(bǔ)，直到孔口漿液不再下沉為止。采用沿灌漿孔孔口兩側(cè)修一條深度100～150cm的溝槽，利用灌漿時的回漿補(bǔ)填周圍已噴孔孔口，保證灌漿孔回填及時。每孔噴灌完畢后或因停電等原因停工時，都要及時清洗管路，特別是對漿液系統(tǒng)的清洗，保證無殘留的水泥漿堵塞管路。

　　4.3 施工記錄

　　(1)造孔記錄內(nèi)容：孔號、鉆孔深度、地質(zhì)地層情況、入巖深度、施工時間及鉆孔過程中出現(xiàn)的特殊情況等，尤其是對巖石地質(zhì)情況變化的部位、深度應(yīng)記錄清楚，以便灌漿時進(jìn)行相應(yīng)的處理。

　　(2)高噴灌漿記錄內(nèi)容：高噴時間、旋轉(zhuǎn)速度、提升速度以及高噴孔口返漿情況、每孔水泥用量等，同時應(yīng)將施工時各種設(shè)備參數(shù)認(rèn)真記錄，并根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行具體適當(dāng)調(diào)整。

　　5 高噴效果及質(zhì)量檢查

　　5.1 高噴效果

　　在一期圍堰形成封閉后，基坑抽水和開挖同步提前進(jìn)行，分層開挖，每層3～5m，在每層開挖前先在縱向圍堰(186+144)內(nèi)側(cè)上、下游部位各挖一個集水坑，用水泵集中抽水，并通過縱向圍堰外的導(dǎo)流明渠排入下游河床。隨著基坑開挖的不斷進(jìn)行，圍堰內(nèi)外水位差不斷加大，滲水量也不斷增加，通過增加水泵加強(qiáng)排水，保證基坑干地作業(yè)?；娱_挖完工后，圍堰內(nèi)外水位相差10m左右，滲水量較大，尤其是上游和縱向圍堰側(cè)，從砂卵石層與泥質(zhì)灰?guī)r層結(jié)合部位(高程46～47m)處滲出，但在基坑開挖到建基面(高程41.9m)后，大量滲水即從底部幾個大的溶洞處溢出。后經(jīng)7臺WQ200-16-18.5水泵抽水，能保證日常滲水1300m3/h的排水要求。二期基坑由于范圍小，且加強(qiáng)了施工質(zhì)量控制，日?；訚B水為1000m3/h.

　　5.2 質(zhì)量檢查

　　從開挖3～5m深度的混凝土縱向圍堰等幾處高噴防滲墻來看，墻體連續(xù)性較好，大部分成墻厚度達(dá)到60～80cm，水泥漿與砂卵石膠結(jié)良好，斷面外觀和混凝土結(jié)構(gòu)一致，需用鉆爆拆除。在噴孔周圍，厚度最小的部位也達(dá)到20～30cm.在致密粉砂層和細(xì)粉砂層中水泥漿膠結(jié)效果不是很好，但噴射較遠(yuǎn)。

　　在一期縱向圍堰與上游圍堰結(jié)合部位，布設(shè)一個三角形圍井，并旋噴封頂、封底，壓水試驗表明采用高噴防滲墻施工方法能滿足滲透系數(shù)小于10-5 的設(shè)計要求。

　　在圍井試驗完成28d后，在其旁邊選擇兩處鉆孔取芯，從芯樣表面看，比較光滑，水泥含量大，且分布均勻，芯樣長度多在10～25cm之間，泥質(zhì)灰?guī)r段，最長芯樣為50cm，最短為6cm.水泥樁自上而下比較完整，無斷樁現(xiàn)象。

　　6 結(jié)語

　　北易水倒虹吸圍堰防滲墻工程軸線長，地層復(fù)雜、前期無詳細(xì)地質(zhì)資料，施工時針對地質(zhì)情況及時調(diào)整施工參數(shù)，采用高壓擺噴技術(shù)順利完成了一期圍堰防滲墻施工，保證了基坑開挖和混凝土施工干地作業(yè)，且為二期圍堰施工提供了可靠的參數(shù)，積累了經(jīng)驗。

　　在卵石層、含有大塊漂石砂卵石層施工難度大，且不易成孔。通過試驗確定適當(dāng)參數(shù)，控制好孔距和施工工藝，嚴(yán)格要求不返漿不提升，提升速度也調(diào)整到適當(dāng)值，基本上能保證施工質(zhì)量、達(dá)到防滲效果。

　　對在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行高噴防滲墻施工提出以下幾點建議：

　　(1)在設(shè)備選型方面，必須采用大功率空壓機(jī)。因壓縮空氣除起到升揚(yáng)置換作用外，還起著一個很關(guān)鍵的作用，保證高壓水流壓力、方向。

　　(2)加大進(jìn)漿流量，提高漿液濃度，采用二次制漿法，確保漿液濃度的均勻性。

　　(3)在地層較復(fù)雜，特別是砂卵石層(含漂石、孤石較多的地層)灌漿宜采用間歇提升法，即每提升30cm，停5min.同時，加強(qiáng)孔口回轉(zhuǎn)灌漿，確保防滲墻上部質(zhì)量。

　　(4)對于特殊地層，特別是砂卵石、孤石、溶洞地層，提升速度、進(jìn)漿量及比重等主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗而確定。

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