[摘 要] 首先介紹了高壓噴射灌漿技術(shù)作用的機(jī)理,由于地基土質(zhì)較差,承載力較低,滲透性較強(qiáng),對(duì)水工建筑物來(lái)說(shuō),影響建筑物的穩(wěn)定性。本文討論了高壓噴射灌漿的機(jī)理及在運(yùn)用中的工藝參數(shù)的確定及防滲效果。

[關(guān)鍵詞] 高壓噴射機(jī)理;防滲;效果

1、前言

多年來(lái)為解決江、河、湖、堤、壩等水工建筑物防滲問(wèn)題,尋求一種經(jīng)濟(jì)且技術(shù)先進(jìn)可靠的防滲方法。在水利工程施工當(dāng)中,基礎(chǔ)防滲處理是水利工程施工中尤為重要的環(huán)節(jié),當(dāng)基礎(chǔ)土質(zhì)較差,滲透性較強(qiáng)時(shí),在水流的作用下對(duì)基礎(chǔ)的危害很大,F(xiàn)結(jié)合這項(xiàng)技術(shù)在巴楚縣小海子水庫(kù)進(jìn)水口工程、小海子水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程、伽師縣布哈拉樞紐水毀加固工程、以及巴楚縣民生渠渠首水毀工程中的應(yīng)用,在應(yīng)用過(guò)程中,采用沈陽(yáng)建科儀器研究所研制的電子填土密實(shí)度檢測(cè)儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。明顯看出密實(shí)度和承載力均遠(yuǎn)大于原土體,從而提高和保證工程質(zhì)量。本文重點(diǎn)介紹高壓噴射灌漿機(jī)理及其施工工藝。

2、工藝原理

2.1沖切摻攪作用

高噴技術(shù)主要是借助于高壓射流,通過(guò)沖擊切割和強(qiáng)烈擾動(dòng),使?jié){液在射流作用范圍內(nèi)擴(kuò)散、充填周圍土層,并與土石粒摻混攪合,硬化后形成凝結(jié)體,從而改變?cè)貙咏Y(jié)構(gòu)和組成,借以達(dá)到防滲或提高承載力的目的。

高噴凝結(jié)體是多種因素綜合作用的結(jié)果,高壓射流對(duì)地層結(jié)構(gòu)的影響范圍,取決于比能值E的大小,其表達(dá)式為:

E=(PQ)/(100V)

E——每米旋噴柱耗用的能量MJ/m;

P——噴射灌漿壓力Map;

Q——射流漿量L/min;

V——提升速度cm/min

E值大,旋噴柱的直徑大,一般選用50~70cm直徑較好,但最終應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)高噴試驗(yàn)確定。

2.2升揚(yáng)、轉(zhuǎn)換作用

高噴施工時(shí),水、氣、漿由噴嘴中噴出,壓縮空氣除能對(duì)水或漿液構(gòu)成外包氣層,使水或漿液射流能透入地層較遠(yuǎn)距離并維持較大壓力破碎地層結(jié)構(gòu)外,還可產(chǎn)生升揚(yáng)作用,漿經(jīng)射流沖擊切削后的土石碎屑和地層中細(xì)粒,由孔壁和噴射桿的環(huán)狀間隙中升揚(yáng)帶出孔外,空余部位由漿液替代,同時(shí)也起到了轉(zhuǎn)換作用。

2.3擠壓、滲透作用

高噴射流強(qiáng)度隨射流距離的增加而較快地衰減至射流束末端,雖能再?zèng)_切地層,但對(duì)地層仍產(chǎn)生擠壓作用。同時(shí),噴射結(jié)束后,靜壓灌漿持續(xù)進(jìn)行,這對(duì)周圍土體產(chǎn)生滲透作用,這樣不僅可以促使凝結(jié)體與周圍土體結(jié)合更加密實(shí),還在凝結(jié)體外側(cè)產(chǎn)生明顯的滲透凝結(jié)層,具有較強(qiáng)的防滲性能。

高噴灌泵技術(shù)有單管法、雙管法、三管法。小海子水庫(kù)進(jìn)水口工程、小海子水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程和布哈拉樞紐水毀加固工程、巴楚縣民生渠渠首工程中都采用的是三管法施工。用水管、氣管、漿管同軸布設(shè)組成噴射桿,桿底部設(shè)置有噴嘴,氣、水噴嘴在上,漿液噴嘴在下,高噴時(shí),隨著噴射桿的旋轉(zhuǎn)和提升,先是高壓水和氣的射流沖擊擾動(dòng)地層土體,呈翻滾松散狀態(tài),隨后以低壓注入濃漿摻混攪拌,硬化后形成凝結(jié)體。工藝參數(shù)主要有:水壓38~40Mpa;氣壓0.6~0.8Mpa;漿壓0.3~0.5Mpa,施工設(shè)備價(jià)廉,易購(gòu),高噴質(zhì)量可滿足設(shè)計(jì)要求,工效高,造價(jià)低,能充分利用原地土體,就地取材,機(jī)械化程度高。

2.4位移握裹作用

地層中較小的塊石,由于噴射能量大,輔以升揚(yáng)、轉(zhuǎn)換作用,最終漿液可填滿塊石四周的空隙并將其握裹,遇到大的塊石或在塊石集中區(qū),應(yīng)降低提升速度,提高比能值。在強(qiáng)大的沖擊震動(dòng)力作用下,塊石將會(huì)產(chǎn)生位移、松動(dòng),漿液沿塊石四周空隙或塊石間孔隙滲入。在高壓噴射擠壓余壓滲透等綜合作用下,產(chǎn)生握裹凝結(jié)作用,形成連續(xù)密實(shí)的凝結(jié)體。

3、凝結(jié)體的性能

水工建筑物地基防滲采用高噴施工時(shí),則要求凝結(jié)體具有良好的防滲性和穩(wěn)定性,而對(duì)于其抗壓強(qiáng)度要求不高。凝結(jié)體的防滲性能主要取決于地層組成成分和顆粒級(jí)配、施工方法、施工工藝以及漿液材料等。高噴形成的凝結(jié)體并不很規(guī)則,但與地層結(jié)合緊密,由于高噴凝結(jié)體周圍除了漿皮層外,一般還存在滲透凝結(jié)層,有著良好的復(fù)合防滲作用,從而進(jìn)一步提高了凝體的防滲性能。

4、高噴凝結(jié)體的結(jié)構(gòu)布置形式

為保證高噴防滲墻的連續(xù)性,則必須要使各孔的凝結(jié)體在有效范圍內(nèi)牢固可靠連接上,為此如何選用結(jié)構(gòu)布置形式和孔與孔的距離則很重要。

高噴形成的凝結(jié)體的形狀與噴射的形式有關(guān),噴射形式一般有旋噴、擺噴和定噴三種。噴射時(shí)若邊提升邊旋轉(zhuǎn),則凝結(jié)體的形狀為圓柱體(又稱旋噴柱)若邊提升邊擺動(dòng),則形成的凝結(jié)體的形狀為啞鈴狀,若只提升和定向噴射則可形成板狀(又稱定噴板)。

我國(guó)常用的旋噴施工布置形式有幾種,近多年來(lái),在新疆的南疆地區(qū)常用的結(jié)構(gòu)布置形式有:

a、 定噴折線式:

b、 擺噴對(duì)接式:

c、 柱擺式:

在防滲工程中,孔距的選擇至關(guān)重要,它不僅關(guān)系到凝結(jié)體能否可靠地連接,而且也影響工程的進(jìn)度、造價(jià)。孔距應(yīng)根據(jù)地層的地質(zhì)條件,對(duì)防滲性能的要求、高噴灌漿的施工方法和工藝、結(jié)構(gòu)形式、孔深及其它因素綜合考慮而定。

5、高噴材料

高噴材料多采用水泥漿,水泥為42.5或52.5普通硅酸鹽水泥。三管法施工時(shí),多用純水泥漿,由于三管法施工,先是高壓氣、水噴射,而后是壓力灌漿,灌漿易被先噴入的水稀釋,所以使用的水灰比不應(yīng)大于1:1的濃漿。

6、機(jī)械設(shè)備的組成

6.1三管法所用主要設(shè)備:

7、三管法旋噴所用勞力組織

8、工藝和施工要點(diǎn)

8.1鉆孔

8.1.1泥漿固壁回轉(zhuǎn)(或沖擊)鉆進(jìn)。造孔過(guò)程中做好充填堵漏,使孔內(nèi)泥漿保持正常循環(huán),返出孔外,直至終孔。

8.1.2跟管鉆進(jìn)。邊鉆進(jìn)邊跟入套管,直至終孔。

鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)注意保證鉆機(jī)垂直,偏斜率宜≤1%。

8.2下入噴射桿

8.2.1泥漿固壁的鉆孔可以將噴射桿直接下入孔內(nèi),直至孔底。

8.2.2跟管鉆進(jìn)的鉆孔,有兩種情況:

a、拔管前在套管內(nèi)注入密度大的塑性泥漿,注滿后,起拔套管,邊起拔邊注入,使?jié){面長(zhǎng)期保持與孔口齊平,直至套管全部拔出,而后再將噴射桿下入孔內(nèi)直至孔底。

b、也可先在套管內(nèi)下入管壁勻均的PVC塑管,直到套管底部,起護(hù)壁作用,而后將套管全部拔出,再將噴射桿下入到管底部。

8.2.3高噴施工

施工中所用技術(shù)參數(shù)因使用高噴的方法不同而不同。所用的灌漿壓力不同,提升速度也有差異。對(duì)各類地層而言,若使用同一種施工方法則水壓、氣壓、漿壓的變化不大,唯有提升速度變化較大,是影響高噴質(zhì)量的主要因素。一般情況下,確定提升速度應(yīng)注意下列幾個(gè)問(wèn)題:

a、因地層而異,在砂層中提升速度可稍快,砂卵(礫)石層中應(yīng)放慢些,含有大粒徑(40cm以上)塊石或塊石比較集中的地層應(yīng)更慢。

b、因分序而異。先序孔提升速度可稍慢,后序孔相對(duì)來(lái)講可稍快。

c、高噴施工中發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)返漿量減少時(shí)宜放慢提升速度。

9、施工工藝

9.1墻體位置的確定

根據(jù)設(shè)計(jì)要求平整好場(chǎng)地,要求場(chǎng)地內(nèi)地下無(wú)障礙物,對(duì)某些作業(yè)地基軟,不平整,有可能引起整機(jī)翻倒引起的事故的地段,一定要采取防范措施,在平整場(chǎng)地上對(duì)墻體中心線進(jìn)行測(cè)量定位。

9.2噴墻管理

應(yīng)控制好掘進(jìn)速度和灌漿壓力、提升速度,送氣量的大小應(yīng)使?jié){液成沸騰狀為宜。灌漿階段漿液不能發(fā)生離析和不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象,保證墻體均勻,無(wú)夾心層,若發(fā)生管道堵塞或因故短暫停機(jī),應(yīng)迅速搶修。

質(zhì)量檢測(cè)方法:在小海子水庫(kù)進(jìn)水口工程和伽師布哈拉樞紐工程中采用挖深探坑數(shù)米,用電子填土密實(shí)度檢測(cè)儀對(duì)周圍土體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果土體密實(shí)度和承載力均大于原土體,施工過(guò)程中要有專人負(fù)責(zé)記錄,記錄要求詳實(shí)準(zhǔn)確。

10、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

在堤壩防滲工程中,與常規(guī)砼防滲墻相比,可不同程度地降低工程造價(jià),具有開(kāi)挖量小,施工方便,占地少,對(duì)臨近建筑物影響小等特點(diǎn)。

此項(xiàng)技術(shù)很大程度地提高了江、河、湖、庫(kù)、渠的堤壩防滲抗災(zāi)能力,減輕防洪壓力,對(duì)保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展將起到積極的作用,其社會(huì)效益是十分明顯的。

11、工程實(shí)例

11.1巴楚縣小海子水庫(kù)進(jìn)水口防沖隔墻

在巴楚縣小海子水庫(kù)進(jìn)水口防沖隔墻施工中,所采用的方噴灌方法為三管法定向噴射成墻施工。防沖隔墻長(zhǎng)為68m,該工程地層為細(xì)砂土,采用凝結(jié)體的結(jié)構(gòu)布置形式為柱擺式,成墻深度為13m,墻厚平均為:15cm?拙2m,噴射中心有直徑20-30cm的圓柱體。工藝參數(shù)為:

噴嘴直徑:2-2.3mm;(外¢5)

高壓水:10Mpa,流量40L/min;

氣 壓:0.7 Mpa,氣量6m3/min;

漿 壓:0.3 Mpa,流量80m3/min;

提升速度:15cm/min;

三重管回轉(zhuǎn)7轉(zhuǎn)/分;

經(jīng)檢測(cè)符合設(shè)計(jì)要求,現(xiàn)運(yùn)行情況良好。

11.2伽師縣布哈拉樞紐水毀工程

在伽師縣布哈拉樞紐水毀工程中,也是采用三管法施工。該工程消力池嚴(yán)重沖刷損壞,工程土質(zhì)為流砂,在消力池隔墻后采用雙孔沉井工藝,在沉井與沉井之間采用了定噴墻連接圍封,邊坡也采用高噴防沖墻,第二年就經(jīng)受了一場(chǎng)特大洪水,現(xiàn)運(yùn)行良好。

11.3民生渠渠首工程

民生渠渠首工程是一個(gè)多次被水沖毀的工程,工程土質(zhì)為砂性土。99年對(duì)該工程的消力池等部位采用了高噴施工,先澆灌砼灌注樁,柱中心距為2.2m,柱徑0.8m,在柱與柱之間采用定噴墻連接。此方法對(duì)建筑物的基礎(chǔ)在防沖、防滲及穩(wěn)固基礎(chǔ)起到了很好的效果。