高噴灌漿技術(shù)在圍堰防滲工程中的應(yīng)用

　摘要: 高壓噴射灌漿技術(shù)在水工建筑物圍堰防滲工程中已得到廣泛應(yīng)用。以北易水倒虹吸工程為例，介紹高壓噴射灌漿在南水北調(diào)中線北易水倒虹吸工程圍堰防滲墻工程中的應(yīng)用，著重?cái)⑹鰪?fù)雜地質(zhì)條件下高壓擺噴的施工工藝、施工方法及檢測(cè)防滲效果的圍井壓水試驗(yàn)法，對(duì)同類(lèi)工程提供一些建議和參考。

　　關(guān)鍵詞: 高噴灌漿;圍堰;防滲墻;北易水渠道倒虹吸工程

　　高噴防滲墻施工技術(shù)簡(jiǎn)單、進(jìn)度快、防滲加固性好且造價(jià)較混凝土防滲墻低，但對(duì)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(duì)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(shí)，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(shí)，對(duì)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(shí)間內(nèi)完成了近17000m的高噴防滲墻，通過(guò)對(duì)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(kāi)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(duì)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(jí)為Ⅰ等，主要建筑物的級(jí)別為1級(jí)。

　　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(diǎn)和重點(diǎn)，目標(biāo)是及時(shí)為管身段混凝土澆筑提供工作面。

　　主要設(shè)計(jì)工程量為:一期圍堰（縱向圍堰軸線樁號(hào)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(hào)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(jì)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(zhǎng)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(yè)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(shí)際施工中，經(jīng)基坑開(kāi)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(gè)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(kāi)挖地質(zhì)巖石和抽水情況來(lái)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(shí)為檢查擺噴灌漿工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性、成墻的可靠性，在現(xiàn)場(chǎng)采用二重管和三重管法高壓旋噴樁施工開(kāi)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(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)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(yàn)區(qū)布置在一期縱向圍堰與上游圍堰交界處，試驗(yàn)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(duì)圍井進(jìn)行壓水試驗(yàn)，測(cè)出圍井的滲透系數(shù)，并對(duì)圍井周邊及井內(nèi)的土層進(jìn)行開(kāi)挖，觀察圍井成墻情況。根據(jù)對(duì)試驗(yàn)成果的分析，防滲效果和成墻厚度均滿足設(shè)計(jì)要求。高壓擺噴按圍井試驗(yàn)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)

　?。?）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%。

　?。?）漿液采用水泥漿，水灰比為0.8∶1（重量比）。 [Page]

　　（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?？諝鈮毫?.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°。

　?。?）滲透系數(shù)滿足n×10-4 ～n×10-5 cm/s數(shù)量級(jí)，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。

　?。?）主要施工機(jī)械設(shè)備:高噴臺(tái)車(chē)（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

　?。?）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(dòng)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(duì)遇到地下有砂性土或壤土層，出現(xiàn)坍孔時(shí)，加大泥漿回填，填滿后繼續(xù)造孔。在造孔過(guò)程中，作好造孔記錄，特別是對(duì)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(jì)深度還未進(jìn)入相對(duì)隔水層，需加深鉆孔，深入相對(duì)隔水層1.0m。成孔后經(jīng)過(guò)驗(yàn)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(jí)攪拌，一級(jí)攪拌12min后經(jīng)過(guò)濾放入二級(jí)攪拌機(jī)，邊攪拌邊灌漿。制漿時(shí)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(jì)法檢測(cè)漿液濃度，保證漿液濃度、無(wú)顆粒、均勻穩(wěn)定、流動(dòng)性好。

　?。?）高噴灌漿。高噴灌漿前，先在地面進(jìn)行1min左右試噴試驗(yàn)，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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)要求時(shí)，應(yīng)加大進(jìn)漿濃度或進(jìn)漿量。如在高噴灌漿過(guò)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(shí)，查明原因，進(jìn)行處理。對(duì)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(duì)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(shí)，應(yīng)繼續(xù)復(fù)噴，其長(zhǎng)度不小于0.5m。灌漿施工中如實(shí)記錄高噴灌漿的各項(xiàng)參數(shù)、漿液材料用量、異?，F(xiàn)象及處理情況等。

　?。?）回填封孔及清洗管路。高噴灌漿至設(shè)計(jì)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(shí)的回漿補(bǔ)填周?chē)褔娍卓卓冢ＷC灌漿孔回填及時(shí)。每孔噴灌完畢后或因停電等原因停工時(shí)，都要及時(shí)清洗管路，特別是對(duì)漿液系統(tǒng)的清洗，保證無(wú)殘留的水泥漿堵塞管路。

　　4.3 施工記錄 [Page]

　　（1）造孔記錄內(nèi)容:孔號(hào)、鉆孔深度、地質(zhì)地層情況、入巖深度、施工時(shí)間及鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)的特殊情況等，尤其是對(duì)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(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理。
　?。?）高噴灌漿記錄內(nèi)容:高噴時(shí)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(shí)應(yīng)將施工時(shí)各種設(shè)備參數(shù)認(rèn)真記錄，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)挖同步提前進(jìn)行，分層開(kāi)挖，每層3～5m，在每層開(kāi)挖前先在縱向圍堰（186+144）內(nèi)側(cè)上、下游部位各挖一個(gè)集水坑，用水泵集中抽水，并通過(guò)縱向圍堰外的導(dǎo)流明渠排入下游河床。隨著基坑開(kāi)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(guò)增加水泵加強(qiáng)排水，保證基坑干地作業(yè)?；娱_(kāi)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(kāi)挖到建基面（高程41.9m）后，大量滲水即從底部幾個(gè)大的溶洞處溢出。后經(jīng)7臺(tái)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(kāi)挖3～5m深度的混凝土縱向圍堰等幾處高噴防滲墻來(lái)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?chē)?，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(gè)三角形圍井，并旋噴封頂、封底，壓水試驗(yàn)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(jì)要求。

　　在圍井試驗(yàn)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(zhǎng)度多在10～25cm之間，泥質(zhì)灰?guī)r段，最長(zhǎng)芯樣為50cm，最短為6cm。水泥樁自上而下比較完整，無(wú)斷樁現(xiàn)象。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　北易水倒虹吸圍堰防滲墻工程軸線長(zhǎng)，地層復(fù)雜、前期無(wú)詳細(xì)地質(zhì)資料，施工時(shí)針對(duì)地質(zhì)情況及時(shí)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(kāi)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(yàn)。

　　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(guò)試驗(yàn)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(duì)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(diǎn)建議:

　?。?）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(gè)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。

　?。?）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(shí)，加強(qiáng)孔口回轉(zhuǎn)灌漿，確保防滲墻上部質(zhì)量。

　?。?）對(duì)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(chǎng)試驗(yàn)而確定。 　 原作者： 曹宏新  
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