高压摆喷灌浆技术

高压摆喷灌浆技术（通用7篇）

高压摆喷灌浆技术 篇1

摘要：结合穆棱市清河水库除险加固工程高压摆喷灌浆实例, 探讨高压摆喷灌浆技术应用和施工过程中可能遇到的情况及处理方法。

关键词：高压摆喷灌浆,施工工艺,水库,坝体防渗,问题处理

1 工程概况

清河水库位于穆棱市八面通镇清河村南1km处的清河流域中上游, 距八面通镇6km。总库容305.5万m3, 是一座以防洪、灌溉为主的小 (Ⅰ) 型水库, 设计标准为50年一遇洪水, 校核标准为500年一遇洪水, 灌溉设计保证率为75%。清河水库主体工程包括大坝、溢洪道和放水洞。大坝为混合土坝, 坝长310m, 溢洪道为开敞式侧堰, 堰长37m, 放水洞为坝下埋管式砼箱涵, 洞长42m。

清河水库始建于1958年大跃进期间, 由群众队伍进行施工, 工程质量相对较差, 虽然经过几次维修改造, 但仍存在坝体、坝基渗漏严重等诸多问题, 被鉴定为三类坝。清河水库除险加固工程于2008年3月1日开工建设, 对土坝渗漏采用高压摆喷灌浆技术进行处理, 通过试验检测, 土坝渗透指标由施工前的10-3cm/s提高到10-6cm/s, 防渗效果良好。

2 高压摆喷灌浆技术要点

2.1 技术原理。

高压摆喷灌浆技术是采用三管法, 喷射介质为水、水泥基质浆液和压缩空气, 使喷射管做一定角度的摆动和提升运动, 利用高压水形成高速喷射流束, 冲击、切割、破碎地层土体, 并以水泥基质浆液充填、掺混其中, 形成扇形断面板墙状的凝结体, 以提高坝体防渗能力的施工技术。

2.2 施工工序和设备。

高压摆喷灌浆施工工序为:布孔、钻孔、制浆、高压灌浆、静压回灌。主要施工设备有:钻机、高喷台车、制浆机、高压水泵、空压机、灌浆泵。

2.3 布孔与钻孔。

布孔分三个阶段。第一阶段布先导孔, 沿坝体灌浆轴线方向每30米左右布置一个先导孔, 利用先导孔采取芯样, 可摸清各坝段坝体土质类别、地层变化、漏浆程度、基岩深度等情况。第二阶段布试验孔, 根据工程地质报告和先导孔钻孔情况在大坝一端按设计孔距布置试验孔, 进行现场试验确定合适的孔距和灌浆参数。第三阶段布灌浆孔, 按现场试验确定的孔距沿防渗墙轴线布灌浆孔, 先导孔可作为灌浆孔之一。钻孔可采用任意一种钻进方式。

清河水库布置了9个先导孔, 9个试验孔, 共210个灌浆孔 (含先导孔和试验孔) , 采用回转钻进并泥浆护壁。钻孔孔距为1.5m, 孔径为130mm, 设计深度为进入基岩以下1m, 实际孔深超出设计深度0.3mm.。

2.4 制浆。

高压摆喷灌浆浆液为水泥浆。使用水泥为32.5级普通硅酸盐水泥, 水灰比为1.2:1~0.8:1, 浆液密度为1.55g/cm3~1.7g/cm3。水泥浆采用二级搅拌, 二级过滤。一级搅拌时间不少于90s, 经过滤后进入二级搅拌机, 边搅拌边过滤边使用, 过滤筛网眼尺寸为2mm。

2.5 高压灌浆。

高压摆喷灌浆在钻孔施工完成并检验合格后进行, 采用二序施工, 先喷Ⅰ序孔, 后喷Ⅱ序孔。注浆前先进行地面试喷, 检查机械及管路情况, 如水、气、浆是否畅通, 各种参数是否满足设计要求, 并调准喷射方向和摆动角度。一切正常后, 垂直下入喷管至设计深度, 先送水泥浆液, 后送水和气, 按规定参数进行原位喷射, 待孔口返出浆液密度达到1.2 g/cm3后再按设计的提升速度由下至上进行连续摆喷作业, 如果中途因故中断后恢复施工时, 应对中断孔段进行复喷, 复喷搭接长度不小于0.5 m。灌浆施工的各种技术参数见表1。

2.6 静压回灌。

当喷杆提升至距地面40cm高度时, 先停止水和气, 再停水泥浆, 由于孔内浆液会发生析水、沉淀和凝固收缩, 高喷墙体的顶部会产生凹穴, 需用水泥浆及时进行静压回灌填补。静压回灌要间断进行, 直至填筑到孔口, 浆液不再下沉时为止。每孔完成高喷灌浆后, 要对水泥浆管道系统进行冲洗, 防止管道堵塞。

3 施工记录

在高喷灌浆施工中必须每天做好施工记录, 记录中按造孔和灌浆分别记录, 记录主要内容如下:一、造孔记录:造孔记录内容包括孔号、序号、桩号、钻孔时间 (包括开钻时间和完成时间) 、钻孔深度、基岩深度、地质分层描述以及钻孔过程中出现的问题等项内容;二、高喷灌浆记录:包括孔号、序号、桩号、灌浆时间、提升速度、旋转速度、摆动角度、水、气、浆的压力和流量、浆液密度、孔口返浆情况以及出现特殊情况的处理等内容。

4 施工中特殊情况的处理

高喷灌浆施工中, 在钻孔和灌浆过程会出现塌孔、漏浆、冒浆、串孔等问题引起压力突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常等情况, 此时, 必须查明原因, 及时进行处理。清河水库在高压摆喷灌浆中, 以上情况都有不同程度发生, 经过及时恰当的处理, 确保了施工进度和质量。

4.1 塌孔。

塌孔是在成孔后, 由于在钻孔部位的地层中含砂或砾石较多时, 会出现坍塌、脱落, 导至灌浆时喷射管无法下到设计深度。

解决方法:可采取加大泥浆浓度或在泥浆中加入火碱、膨润土护壁, 必要时可采用套管护壁法钻进。

4.2 漏浆。

漏浆是由于地层中存在砂、砂砾石或通道, 主要表现在钻孔或灌浆时孔口不返浆或返浆量降低。

解决方法:钻孔时可采取加大泥浆浓度、泥浆中掺加细砂或向孔内填充水玻璃等堵漏材料。灌浆时发生漏浆可采取停止喷杆提升或降低提升速度、降低喷射压力和流量、在浆液中掺入速凝剂、加大浆液密度、灌注水泥砂浆或水泥黏土浆等措施。不论是在钻孔还是灌浆过程中, 必需待孔口返浆正常后才能正常提升钻杆或喷杆。

4.3 冒浆。

冒浆是指在灌浆过程中浆液在坝坡、地面或库区底部流出或喷出。

解决方法:可采取在冒浆点加覆盖、降低灌浆压力、间断灌浆等措施。

4.4 串孔。

串孔是指在某一孔口正常灌浆时, 浆液从相临孔口返出, 说明钻孔在地下有通道相通。

解决方法:可将串孔孔口开挖清理后封闭并压重、降低灌浆压力等措施。灌浆孔结束后, 应尽快对串浆孔进行复钻至设计高程。

5 高压摆喷墙质量检查

在高压摆喷灌浆施工过程中, 应对水泥、浆液和各道工序的质量严格进行控制和检查, 灌浆结束后, 可采用大开挖检查法、钻孔取芯检查法、围井试验检查法等方法对防渗墙体进行质量检查和综合质量评定。

5.1 大开挖检查法。

沿摆喷墙体两侧或一侧进行开挖, 挖深一般2~2.5m。用肉眼直观检查Ⅰ序、Ⅱ序孔喷射距离、衔接情况, 在不同部位横向打孔取芯检查墙体厚度、强度等项指标。清河水库共开挖了5段27 m对高压摆喷墙进行检查。

5.2 钻孔取芯检查法。

高压摆喷墙完成14天后, 可在墙体上布置钻孔取芯。检查孔孔位布置在墙体中心线上的相邻两孔高压摆喷墙体的搭接处, 自上而下分段钻孔、取芯和进行静水头压水试验。每个单元工程可布置1个检查孔。清河水库按单元工程划分共布置5个检查孔, 共取38个芯样。

5.3 围井试验检查法。

围井检查需在高压摆喷墙完成7天后进行, 围井宜布置在地层复杂、漏浆严重或可能存在质量缺陷等部位, 以高压摆喷墙为一侧井壁, 进行布孔和灌浆形成井型封闭式墙体, 并对井底进行封闭, 在围井内钻孔进行注水或抽水试验。围井各面墙体轴线围成的平面面积, 砂土、粉土层中不小于3m2, 砾石、卵石层中不小于4.5m2。清河水库共布置了2个围井, 检测结果高压摆喷墙体渗透系数k=1.48×10-6cm/s, 小于设计渗透系数值 (k) =i×10-5cm/s (i=1~9) , 质量满足设计要求。

6 结束语

高压摆喷灌浆技术在穆棱市清河水库除险加固工程中得到了很好的应用, 它具有工程造价适中、防渗效果良好、施工条件要求低等优点, 随着这项技术逐步成熟, 必将在更多的防渗工程中推广和使用。

参考文献

[1]《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》, DL/T5200-2004;

[2]《黑龙江省穆棱市清河水库除险加固工程初步设计》, 黑龙江省牡丹江市水利勘测设计研究院。

高压摆喷灌浆技术 篇2

1.1 概述

连川水库位于歙县桂林镇, 坐落在新安江流域练江水系扬之河支流上, 是一座以防洪、灌溉为主结合水产养殖等综合利用的小 (一) 型水利水电枢纽工程。工程等别IV等, 其永久性主要建筑物为4级。连川水库工程始建于1975年11月, 1976年5月水库建成。水库主要由大坝 (土坝) 、溢洪道、放水涵等组成。坝顶高程138.70m, 最大坝高10.7m, 最大坝长183m, 坝顶宽2m, 迎水坡1:2.25~3.5, 背水坡1:2。溢洪道堰顶高程135.5m, 溢流堰长度26m, 总库容167.2万m3。

本次加固对大坝防渗采用高压摆喷灌浆防渗墙进行处理。

1.2 工程水文地质

坝址区土层自上而下可分以下4层:

1) 砂壤土:本层紫红色砂壤土为泥质粉砂岩的风化物, 土质较均匀, 湿密度2.07g/m3~2.08g/m3, 含水量17.4%~21%, 孔隙比0.254~0.578。渗透系数1.40cm/s~1.48×10-3cm/s。

2) 重壤土:为库区内的耕作土, 含腐殖质和植物根系, 夹碎砾石, 碎砾石含量不均匀, 湿密度2.08g/m3~2.10g/m3, 含水量17%~21%, 孔隙比0.533~0.584。渗透系数1.6cm/s~2.0×10-4cm/s。

3) 砂壤土混砾石:冲积堆积砂壤土混砾石, 呈可塑状态。

4) 强风化泥质粉砂岩:岩石风化破碎严重, 根据钻孔压水试验q=100Lu。

2 施工技术参数

由于被喷射地层的地质条件不同, 对喷射凝结体的要求也不尽相同, 目前对设计也不能如实遵循, 因此, 在满足设计图纸和技术规范条款的要求下, 进行了摆喷灌浆工艺试验, 求出满足设计要求的各项摆喷施工参数:包括高压水的水压、气压、提升速度、转盘摆速、浆液比重等。

2.1 试验参数的确定

2.1.1 试验布置形式

试验场地选择为尽可能使试验场地地质与实际施工时的地质相一致, 根据现场条件, 拟选择有代表性的地段作为试验场地, 现场选定。

试验墙体布置形式由6孔组成一墙体, 5个孔距分别为1.2、1.3、1.4、1.5、1.6m组成一排试验墙体。

2.1.2 试验参数

经设计、业主、监理、施工单位最后确定参数为:1) 高压水, 压力32 MPa~36MPa, 流量, 70L/min;2) 压缩气压力0.6MPa~0.7MPa, 排量0.8m3/min~1.5m3/min;3) 水泥浆压力0.2MPa~0.5MPa, 流量80L/min~90 L/min;4) 送浆比重1.5g/cm3~1.7g/cm3;5) 冒浆比重1.2g/cm3~1.35g/cm3;6) 提升速度10cm/min~12 cm/min;7) 摆速, 5次/min~10次/min;8) 摆角60°;9) 孔距1.2m。

3 高压摆喷灌浆施工

3.1 布孔与造孔

按试验方案孔位布置图, 用经纬仪配合钢尺确定每高喷灌浆孔的孔位, 孔位偏差不大于5cm。使用XU-150型钻机配备Φ50mm钻杆钻孔, 钻机安装必须稳固, 钻机主轴保持铅直状态。扒杆中心、立轴中心、孔位中心应在同垂直线上。钻孔, 挖泥浆池、钻机就位校正, 钻孔孔径110mm, 使用泥浆固壁钻进工艺, 分两序钻孔, 钻孔进入基岩层不小于1.0m并取出岩心, 具体孔深视现场基岩埋深确定。

3.2 制浆

搅拌机采用WJG80-1型立式搅拌机, 灌浆泵采用HB80型, BW-150型泥浆泵用于回收浆液。水泥采用P.032.5普通硅酸盐水泥, 制浆采用两级搅拌, 一级搅拌12min后经过滤放入二级搅拌机, 边搅拌边灌浆。制浆时严格控制水灰比 (0.8~1) :1, 浆液比重为1.5g/cm3~1.7g/cm3, 经常用比重计法检测浆液浓度, 保证浆液浓度、无颗粒、均匀稳定、流动性好。

3.3 高喷灌浆

高喷灌浆前, 先在地面进行1min左右试喷试验, 调整好喷射方向, 检查水气嘴是否畅通, 压力能否满足设计要求, 否则须重新调试设备或更换水、气嘴, 直到压力满足设计要求, 然后, 可将喷杆缓慢下到孔底。灌浆准备工作完成后, 进行正常喷射。先按规定参数送浆、水、气进行静喷, 静喷3min待浆液返出孔口、情况稳定后, 进行高喷灌浆。喷射时采用间歇提升法, 每提升30cm, 停5min。在供浆正常情况下, 孔口回浆浓度变小且不能满足设计要求时, 应加大进浆浓度或进浆量。如在高喷灌浆过程中出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度或回浆量异常等情况时, 查明原因, 进行处理。对于孔内严重漏浆, 采用降低喷射管提升速度或停止提升、进行原地灌浆, 加大浆液浓度。高喷灌浆因故中断后恢复施工时, 应继续复喷, 其长度不小于0.5m。灌浆施工中如实记录高喷灌浆的各项参数、浆液材料用量、异常现象及处理情况等。

3.4 回填封孔及清洗管路

高喷灌浆至设计顶部高程后, 喷头提出孔口, 继续向孔内注入水泥浆, 保证孔内浆面高度, 保持孔内浆注压力, 随沉随补, 直到孔口浆液不再下沉为止。采用沿灌浆孔孔口两侧修一条深度100cm~150cm的沟槽, 利用灌浆时的回浆补填周围已喷孔孔口, 保证灌浆孔回填及时。每孔喷灌完毕后或因停电等原因停工时, 都要及时清洗管路, 特别是对浆液系统的清洗, 保证无残留的水泥浆堵塞管路。

4 质量检查

施工完毕后应进行防渗效果检查, 可以采取开挖检查。检验部位在:1) 防渗中心线摆喷孔部位;2) 施工中出现异常情况部位;3) 地质情况复杂可能对高喷施工产生影响部位。

5 高喷效果

高压摆喷灌浆技术 篇3

高压摆喷灌浆技术是利用高压射流作用切割掺搅地层, 改变地层的结构和组成, 同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体, 借以达到加固地基和防渗的目的。具有设备简单、操作方便、质量可靠、速度快、成本低以及应用广泛等优点。主要适用于砂类土、粘土、人工填土、淤泥等软基加固。本文以新立城水库除险加固工程施工为例, 对高压摆喷灌浆在砂砾层中的使用进行分析及研究, 阐述了该工艺的设计、施工及效果分析, 证实了设计方案和施工方法的可行性。

1 工程概况

新立城水库位于伊通河中上游, 距长春市区16Km, 为伊通河流域控制性水利枢纽工程, 水库库容5.506×108m3, 控制流域面积1970Km2;工程是以长春市防洪, 供水为主, 结合天然渔业和旅游的大型水利枢纽工程;工程等别为Ⅱ等, 主要建筑物有土坝、溢洪道和输水洞, 建筑物级别为2级。新立城水库坝体为粘土均质土坝, 坝顶高程224.00m左右, 宽8.0m, 长2626m, 最大坝高18.15m。根据新立城水库除险加固工程设计报告勘察结论, 坝基存在渗透稳定和地基液化问题, 因此本次除险加固的重要内容之一是为解决坝基渗透稳定问题和地基液化问题对坝基进行高压喷射灌浆处理。

2 设计概况

2.1 新立城水库除险加固工程 (一标段) 设计大体上分为两个阶段

第一阶段:2004年11月, 设计单位编制了《吉林省新立城水库大坝安全评价报告》, 2007年11月, 水利部大坝安全管理中心以坝函[2007]2703号《关于新立城等十四座水库三类坝安全鉴定成果的核查意见》文件中将大坝安全类别综合评定Ⅲ类, 建议进行除险加固处理, 吉林省水利水电勘测设计研究院于2008年完成了《新立城水库进行除险加固工程设计报告》, 2009年2月水利部松辽水利委员会以 (松辽规计[2008]243号) 文件《关于吉林省新立城水库除险加固工程初步设计报告复核意见的函》对设计报告进行了批复。

第二阶段:2009年9月根据施工单位高压摆喷灌浆试验结果, 由设计单位提出, 经建设单位同意并报上级主管机关批准, 长春市水利局对《新立城水库进行除险加固工程设计变更申请报告》进行了批复, 同意了变更申请, 原设计及变更申请报告的主要内容有:

2.2 设计参数

高压摆喷灌浆钻孔为一排, 孔距1.3m, 分二序灌浆, 采用折线形布置, 摆角30度, 喷射轴线与防渗墙轴线夹角为25度。一序孔施工与二序孔施工的间隔时间不小于48小时, 灌浆全孔连续作业, 中途拆卸喷射管时, 搭接段进行复喷, 复喷长度不小于0.2m。

2.3 灌浆材料

灌浆所需的水泥、外加剂等材料均符合有关的材料质量标准, 并附有生产厂家的质量合格证明, 每批材料使用前均按规定进行了检查验收。

2.4 灌浆方法

高压灌浆采用三管法施工, 施工时水浆气同轴喷射。

2.5 封孔

封孔用直径1.5~2.5厘米的粘土泥球, 粘土泥球所用的粘土, 为坝体填筑所用粘土, 粘粒含量大于30%, 塑性指数大于17.0 (干容重不小于1.4g/cm3) 。对用泥浆固壁的钻孔, 采用自下而上分层填筑粘土球分层捣实逐步抬高封孔层面直至设计高程, 其具体方法见吉林省水利水电测设计研究院2009年6月《吉林省新立城水库除险加固工程坝基高压喷射灌浆施工技术要求》。

3 主要项目施工

新立城水库除险加固工程 (一标段) 按施工时间顺序分为高压摆喷灌浆试验和主体工程灌浆施工, 按工序可分为钻孔、高喷灌浆和封孔, 具体施工情况如下:

3.1 高压摆喷灌浆试验

具体施工情况参见吉林省新立城水库除险加固工程 (一标段) 高压摆喷灌浆试验报告。

3.2 主体工程高喷灌浆施工

3.2.1 钻孔

钻孔直径在Φ110mm~Φ130mm。施工时为了保护坝体的安全与稳定坝体部分采用无水干钻, 对坝基部分粘性土、淤泥质粘土、砾质粗砂和细砾可使用泥浆钻进。

钻孔过程中全孔采取岩心, 导孔岩心移交建设单位保留, 其它孔岩心保留至高喷灌浆完成并照相后弃掉。钻孔入岩深度为1.0m, 经监理批准建设单位同意岩石中钻进遇有花岗岩较硬岩体时可以提前终孔。终孔后进行钻孔测斜, 全部钻孔进行三次孔深、方位角、顶角测量;出现钻孔坍塌时进行扫孔和清孔, 保证高喷喷射装置顺利下入孔底。

3.2.2 高喷灌浆

高喷管下入孔底后应保证水、气、浆口通畅, 不堵塞。 (1) 施工初期由于钻孔完成后不能及时灌浆导致的钻孔坍塌不允许带水、带浆振动强行下管, 非上述原因导致的钻孔短时间坍塌经监理和建设单位同意可以降低水压、低流量振动下管。 (2) 严格按照设计参数进行高喷灌浆, 因事故、拆卸高喷管导致灌浆中断, 恢复灌浆时保证搭接长度在设计值允许值以内。 (3) 高喷灌浆过程中钻孔串浆时及时进行扫孔, 扫孔后进行复喷。 (4) 经常测试水泥浆液密度和回浆密度, 保证浆液密度在1.5g/cm3~1.7g/cm3, 回浆密度≥1.2g/cm3。灌浆完毕后及时进行回灌至208.0m高程。 (5) 桩号1+600.0m~1+800.0m区域因地质条件复杂深厚砾质粗砂 (2-3) 层、细砾 (2-4) 层 (最深厚度达到14.0m) 高喷灌浆采用以下工艺措施:

下高喷管遇到钻孔坍塌时, 即在钻孔坍塌位置开始自下而上高喷灌浆至208.0m高程;第二次扫孔至终孔深度如果再次遇到钻孔坍塌时即在坍塌位置开始高喷灌浆至第一次坍塌之上0.5m;重复以上过程直至整个钻孔处理完毕。遇到上述情况时在高压水中加入一定比例的水玻璃加速水泥浆液的凝固, 加入水玻璃的数量通过现场试验确定。

4 达到效果

高喷灌浆施工中使用的原材料 (水泥) 和速凝剂 (水玻璃) 经出厂、抽样检验合格;原始记录真实、准确、完整, 工序质量、单孔灌浆质量优良;围井检查结果表明单元工程质量优良;根据坝后减压井渗流量观测和高喷墙无损检测结果, 坝基高喷板墙渗透性较小, 搭接及连续性较好, 满足设计、合同文件及相关规程规范要求。

5 经验与建议

通观新立城水库除险加固工程 (一标段) 高压摆喷灌浆试验、主体工程施工全过程, 我们得出如下经验:

5.1准确把握地质条件是做好高喷灌浆设计和施工的前提和基础, 要尊重客观事实, 理论结合实际高喷灌浆质量才能够得到保证, 才会收到较好的防渗效果。

5.2 水库高水头运行在一定程度上增加了高喷灌浆施工难度。

5.3 采用化学高喷灌浆是我们今后进行生产试验研究的重点和努力的方向。

5.4 坝后减压井的渗流量与大气降雨量、汇水面积、减压井滤水管的埋藏深度、坝基含水层的渗透性等多种参数有关。

6 结语

高压摆喷灌浆施工在建设单位的领导和大力支持下, 在监理单位的监督指导下通过灌浆试验获取最优高喷灌浆参数, 施工中严格按照经设计单位调整后的高喷灌浆参数进行施工, 对各工序、各高喷灌浆孔、单元工程以及整个分部工程质量进行控制, 保证了整个高喷灌浆工程质量, 施工后所形成的高喷板墙防渗性能、整体性能和连续性能均满足设计要求和相关规程规范要求。

参考文献

[1]池毓笑.高压旋喷防渗墙施工工艺探究[J].内蒙古水利, 2012 (03) .

高压摆喷灌浆技术 篇4

黄湾水库位于河南省驻马店市西平县出山镇, 地处小洪河支流棠溪河上游, 控制流域面积16.0 km2, 总库容862.65万m3, 设计标准50年一遇, 校核标准500年一遇, 均质土坝, 最大坝高19.8 m, 是1座集防洪、养殖、灌溉为一体的小 (Ⅰ) 型水库, 工程等别为Ⅳ等, 主要建筑物级别为4级。

黄湾水库坝基防渗工程布置在大坝桩号0+000～0+150, 长150 m。根据地质及渗水情况, 采用坝基灌浆防渗, 坝基灌浆范围以透水层边线为基准向坝体填筑土深入1.5 m, 向中、重粉质壤土层深入2 m。坝基灌浆采用高压摆喷灌浆, 在坝轴线上游3 m处顺坝布一防渗墙, 墙体宽150 m、最深19.8 m, 灌浆孔间距1.3 m, 单排布孔, 深度进入底部粘土层2 m。

2高压摆喷灌浆

高压喷射灌浆是一种采用高压水或高压浆液形成高速喷射流束, 冲击、切割、破碎地层土体, 并以水泥基质浆液充填、掺混其中, 形成桩柱或板墙状的凝结体, 用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。

它的工作原理就是利用钻机钻孔, 把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后, 以高压设备使浆液成为20 MPa以上的高压射流, 从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。当喷射动压超过土体结构时, 土粒便从土体上剥落下来。部分细小的土料随着浆液冒出水面, 其余土粒在喷射流的冲击力, 离心力和重力等作用下, 与浆液搅拌混合, 并按一定的浆土比例有规律的析排列, 形成桩柱或扳墙状的凝结体, 用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。

3施工要求

3.1 施工工序

高压摆喷灌浆施工工序大体分为:定孔、钻孔、制浆、试喷、下注浆管、喷射、提升等。

3.2 施工设备

高压摆喷灌浆施工主要施工设备有:钻机、高喷台车、制浆机、高压水泵、空压机、灌浆泵等。

3.3 施工工艺及注意事项

高压摆喷灌浆单孔施工工艺流程如下:放线布孔→钻机就位整平牢固→造孔→终孔验收→高喷台车就位→试喷定向→下喷射管至孔底→提升喷射→至设计深度结果→验收合格移台车至下一孔口。

1) 定孔位。

黄湾水库坝基防渗高压摆喷灌浆施工在坝顶施工, 沿坝顶轴线布设单排孔, 孔距1.3 m, 灌浆范围以透水层边线为基准向坝体填筑土深入1.5 m, 向中、重粉质壤土层深入2 m。布孔按III序施工, 先施工I序孔, 再施工II序孔, 最后施工III序孔, 相邻两孔间隔不小于3天。

2) 钻孔。

采用回转法钻进, 孔径为ϕ130 mm。把钻机移至钻孔位置, 对准孔位用水平尺掌握机台水平, 立轴垂直, 垫牢机架, 经技术人员检测合格后方可开钻。在钻进过程中, 每钻进3～5 m, 用测斜仪量测一次, 如发现钻机倾斜, 则停机垫平平台再开钻, 保证两孔间所形成的防渗凝结体保证结合, 不留孔隙。

钻孔时钻机就位要水平、牢固、钻机立轴与水平垂直, 钻具、钻杆连接要铅直不许弯曲, 确保钻孔垂直度, 成孔倾斜率要求<0.8%;钻孔深度进入粘土层2 m后终孔;钻探采用金刚石或合金钻头钻进, 对于塌孔, 漏水段可投惰性材料堵漏或用低固相泥浆护壁;钻进过程中记录完整, 丈量准确, 对地层岩性, 孔深、塌孔掉块, 漏水及时间记录要求详细;孔深达到设计要求后, 捞清孔内残留, 冲洗钻孔减少孔内沉淀, 保证高喷下管直孔底;成孔后孔径、孔深、孔斜率等技术指标核验合格。

3) 制浆。

本工程坝基高压摆喷灌浆浆液为纯水泥浆, 使用PO42.5普通硅酸盐水泥, 水灰比为1∶1.1, 浆液比重1.6～1.7 g/cm3。水泥浆采用二级搅拌, 二级过滤。一级搅拌时间不少于90 s, 经过一级过滤后进入二级搅拌机, 边搅拌边过滤边使用, 过滤筛网眼尺寸为2 mm。水泥浆自制备至用完的时间不超过4 h, 否则作为废浆处理。如制浆过程中遇见故障, 应立即通知喷射人员停喷, 处理好后再进行施工。制浆过程中应定时测量浆液相对密度, 每孔高压喷射灌浆结束后要统计该孔的材料用量。

4) 试喷。

注浆前先进行地面试喷, 检查机械及管路情况, 如水、气、浆是否畅通, 并准确确定喷射方向和摆动角度, 确保凝结体的有效连接;检查各项高压喷射灌浆参数符合设计要求, 将喷嘴对准喷射方向不准偏斜是关键。

5) 下注浆管。

检查各项工艺参数符合设计要求后将喷射管下到设计深度, 可根据孔深量取喷射管长度, 入孔后测量余尺, 确认已下入孔底。

6) 高压喷射灌浆。

当喷射管下到设计深度并经现场技术人员检查认可后, 送入合乎要求的水、气、浆, 喷射1～3 min, 待孔口返出浆液密度达到1.2 g/cm3后再按设计的提升速度由下至上进行持续摆喷作业, 直到设计高度。

喷射灌浆过程中, 值班技术人员要随时检查各环节的运行情况, 特别是水压、浆压, 浆量和进出浆容重, 进浆容重控制在1.6 g/cm3以上, 回浆容重控制在1.2～1.3 g/cm3以上, 以及摆动、提升速度等参数是否符合设计要求, 并且随时做好记录。整个高压喷射灌浆过程监理工程师进行旁站监理, 遇有不返浆、喷射参数不正常等情况均记录在案, 经调整仍达不到要求者需进行二次处理, 处理意见由监理工程师填于高压喷射灌浆通知单上。

7) 清洗。

当喷射完毕后, 立即拔出注浆管, 彻底清洗注浆管路, 以防堵塞。

8) 充填。

为解决凝结体顶部因浆液析水而出现的凹陷现象, 每当喷射结束后, 随即在喷射孔内进行静压充填灌浆, 直至孔口液面不再下沉为止。

参考文献

高压摆喷灌浆技术 篇5

张滩闸坝枢纽重建工程位于乐昌峡大坝下游武江河上, 根据施工导流安排, 分两期进行施工导流, 坝址处地层自上至下分别为:坡积土、冲积土、残积土及基岩。

坡积土为灰黄色粘土, 湿, 可塑, 粘性一般或较差, 含较多肉红色砂岩碎块、砂粒, 层厚3.50m, 地表高程21.83m, 层底高程18.33m。

残积土为灰黄色粘土、粉质砂土、砂质粘性土, 湿~稍湿, 软塑一般, 上部含较多砂砾, 下部含砂量较少, 层顶高程4.95~14.19m。

地下水以潜水为主, 地下水埋深3.7~5.3m, 地下水位20.01~30.84m。本工程高喷防渗墙 (摆喷) 布置范围为:左岸从下游围堰到闸室段, 总长250m, 采用多喷头水泥高喷防渗墙摆喷搭接, 高喷防渗墙 (摆喷) 喷射注浆孔的孔距为1.5m。 施工过程分两序进行。

2.完成施工情况

高喷防渗墙 (摆喷) 主要完成的工程量包括:高喷防渗墙 (摆喷) 孔总进尺2804.3m, 灌入水泥干料量1202867.50kg。

3.主要施工技术参数

高喷防渗墙 (摆喷) 围堰壤土孔距1.5m, 中细砂地层孔距2.5m, 根椐地层情况施实调整孔距。喷嘴直径1.8~2.0mm, 防渗墙中心线与高喷防渗墙 (摆喷) 轴线夹角为25°。气压、摆动角度、高压水泥浆压力、提升速度、水泥浆比重等施工参数, 根据土层性质结合以往施工经验, 选用值范围表1 高喷防渗墙 (摆喷) 。

4.高喷防渗墙 (摆喷) 施工工艺

(1) 准备工作:清理场地, 按照施工图纸的要求挖除原河堤的块石等杂物, 同时回填适合施工的工作面。根椐轴线按地层情况, 通过现场试验确定, 布置孔距, 放出高喷防渗墙 (摆喷) 孔位, 做好标记并加以保护。孔位定出后将钻机、高喷防渗墙 (摆喷) 台车等设备就位, 接通水电并进行机械设备调试, 如图一。

(2) 泥浆制备:泥浆的好坏是成孔的关键, 本工程因残积土层较厚, 拟采用清水钻进, 若产生孔壁不稳定的情况, 可制备优质泥浆补充, 泥浆材料以膨润土为主, 少量粘土为辅, 泥浆的性能指标为:比重1.21.3, 粘度1720s, 胶体率90%, 含砂量4%, 采用42.5R普通硅酸盐水泥。

(3) 钻孔采用XY-1 型钻机, 泥浆护壁, 合金钻头回旋钻进, 钻孔孔径为130~150mm。开孔前, 钻机安装在机座上, 机座应垫平稳, 防止钻机在钻进过程中下陷, 影响钻孔垂直度, 确保孔斜≤1%, 开孔偏差不大于5cm, 。钻孔分两序进行, 钻进过程中, 应认真记录地层分层及深度情况, 为高喷防渗墙 (摆喷) 灌浆施工参数选取提供可靠依据。

(4) 安放喷射管:下喷射管前应检查浆、气嘴的畅通情况, 浆、气嘴要密封, 以防堵塞, 喷管应按要求下至设计深度, 如喷管未能下到要求孔深, 应拔管移机重新清孔, 直至喷射管的安放深度达到设计要求。

(5) 高喷防渗墙 (摆喷) 灌浆:高喷防渗墙 (摆喷) 灌浆采用三管高喷防渗墙喷射, 高喷防渗墙灌浆分两序进行, Ⅰ序孔喷完24 小时后才能喷Ⅱ序孔, 以免喷Ⅱ序孔时将Ⅰ序孔喷过的水泥浆带走而影响Ⅰ序防渗墙质量, 确保高喷防渗墙摆喷连续完整。喷管下至设计深度后, 待气压、浆压等各项施工参数达到要求、孔口有水泥浆冒出后, 方可提升喷管。施工过程应经常检查施工的各项参数, 一旦不符合要求, 应立即停止提升喷管, 将喷管往下放1.0~1.5m, 调整施工参数, 待施工参数正常后, 再正常提升喷射管, 以免高喷防渗墙上、下连接不完整。

(6) 回灌:高喷摆喷孔施工完毕后, 及时在喷孔内2~3m处, 回灌浓水泥浆, 比重1.7~1.8, 压力0.2~0.3MPa, 每隔2~3 小时回灌一次, 直至孔口浆面不再下沉为止, 以保证防渗墙高度。

5.主要施工机械设备

6.施工中特殊情况的处理

高喷防渗墙 (摆喷) 灌浆施工中, 在钻孔和灌浆过程会出现塌孔、漏浆、冒浆、串孔等问题引起压力突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常等情况, 此时, 必须查明原因, 及时进行处理。围堰在高喷 (摆喷) 灌浆中, 以上情况都有不同程度发生, 经过及时恰当的处理, 确保了施工质量。

(1) 塌孔。塌孔是在成孔后, 由于在钻孔部位的地层中含砂或砾石较多时, 会出现坍塌、脱落, 导至灌浆时喷射管无法下到设计深度。

解决方法:采取加大泥浆浓度或在泥浆中加入火碱、膨润土护壁, 必要时可采用套管护壁法钻进。

(2) 漏浆。漏浆是由于地层中存在砂、砂砾石或通道, 主要表现在钻孔或灌浆时孔口不返浆或返浆量降低。

解决方法:钻孔时可采取加大泥浆浓度、泥浆中掺加细砂或向孔内填充水玻璃等堵漏材料。灌浆时发生漏浆可采取停止喷杆提升或降低提升速度、降低喷射压力和流量、在浆液中掺入速凝剂、加大浆液密度、灌注水泥砂浆或水泥黏土浆等措施。不论是在钻孔还是灌浆过程中, 必需待孔口返浆正常后才能正常提升钻杆或喷杆。

(3) 冒浆。冒浆是指在灌浆过程中浆液在围堰、地面或库区底部流出或喷出。

解决方法:可采取在冒浆点加覆盖、降低灌浆压力、间断灌浆等措施。

(4) 串孔。串孔是指在某一孔口正常灌浆时, 浆液从相临孔口返出, 说明钻孔在地下有通道相通。

解决方法:可将串孔孔口开挖清理后封闭并压重、降低灌浆压力等措施。灌浆孔结束后, 应尽快对串浆孔进行复钻至设计高程。

7.高喷防渗墙 (摆喷) 质量检查

在高喷防渗墙 (摆喷) 喷灌浆施工过程中, 应对水泥、浆液和各道工序的质量严格进行控制和检查, 灌浆结束后, 可采用大开挖检查法、钻孔取芯检查法、围井试验检查法等方法对防渗墙体进行质量检查和综合质量评定。

8.结束语

高压摆喷灌浆技术 篇6

多年来为解决江、河、湖、堤、坝等水工建筑物防渗问题, 寻求一种经济且技术先进可靠的防渗方法。在水利工程施工当中, 基础防渗处理是水利工程施工中尤为重要的环节, 当基础土质较差, 渗透性较强时, 在水流的作用下对基础的危害很大。

东至县白茆水库除险加固工程由安徽水利开发股份有限公司承建, 于2008年10月动工建设, 在截渗槽开挖到荦38m高程时, 地下水透水严重, 无法按图施工, 经过设计变更由以前的固结灌浆变更为高压旋喷灌浆。在高压旋喷灌浆施工完成后, 经过现场实验, 明显看出密实度和承载力均远大于原土体, 从而提高和保证工程质量。重点介绍高压旋喷灌浆机理及其施工工艺。

2 高压旋喷灌浆技术的工艺原理

2.1 冲切掺搅作用

高旋喷技术主要是借助于高压射流, 通过冲击切割和强烈扰动, 使浆液在射流作用范围内扩散、充填周围土层, 并与土石粒掺混搅合, 硬化后形成凝结体, 从而改变原地层结构和组成, 借以达到防渗或提高承载力的目的。高旋喷凝结体是多种因素综合作用的结果, 高压射流对地层结构的影响范围, 取决于比能值E的大小, 其表达式为:E=PQ/100V

E——每米旋喷柱耗用的能量MJ/m;

P——喷射灌浆压力MPa;

Q——射流浆量L/min;

V——提升速度cm/min。

E值大, 旋喷柱的直径大, 一般选用50~70cm直径较好, 但最终应通过现场高旋喷试验确定。

2.2 升扬、转换作用

高旋喷施工时, 水、气、浆由喷嘴中喷出, 压缩空气除能对水或浆液构成外包气层, 使水或浆液射流能透入地层较远距离并维持较大压力破碎地层结构外, 还可产生升扬作用, 浆经射流冲击切削后的土石碎屑和地层中细粒, 由孔壁和喷射杆的环状间隙中升扬带出孔外, 空余部位由浆液替代, 同时也起到了转换作用。

2.3 挤压、渗透作用

高旋喷射流强度随射流距离的增加而较快地衰减至射流束末端, 虽能再冲切地层, 但对地层仍产生挤压作用。同时, 喷射结束后, 静压灌浆持续进行, 这对周围土体产生渗透作用, 这样不仅可以促使凝结体与周围土体结合更加密实, 还在凝结体外侧产生明显的渗透凝结层, 具有较强的防渗性能。

2.4 位移握裹作用

地层中较小的块石, 由于喷射能量大, 辅以升扬、转换作用, 最终浆液可填满块石四周的空隙并将其握裹, 遇到大的块石或在块石集中区, 应降低提升速度, 提高比能值。在强大的冲击震动力作用下, 块石将会产生位移、松动, 浆液沿块石四周空隙或块石间孔隙渗入。在高压喷射挤压余压渗透等综合作用下, 产生握裹凝结作用, 形成连续密实的凝结体。

3 高压旋喷灌浆技术在本工程中的应用

3.1 本工程在对水库坝基防渗处理时就充分利用了这些原理

本工程采用的是三管法施工。用水管、气管、浆管同轴布设组成喷射杆, 杆底部设置有喷嘴, 气、水喷嘴在上, 浆液喷嘴在下, 高喷时, 随着喷射杆的旋转和提升, 先是高压水和气的射流冲击扰动地层土体, 呈翻滚松散状态, 随后以低压注入浓浆掺混搅拌, 硬化后形成凝结体。由于采用高旋喷施工, 凝结体具有良好的防渗性和稳定性。凝结体的防渗性能主要取决于地层组成成分和颗粒级配、施工方法、施工工艺以及浆液材料等。高旋喷形成的凝结体并不很规则, 但与地层结合紧密, 由于高喷凝结体周围除了浆皮层外, 一般还存在渗透凝结层, 有着良好的复合防渗作用, 从而进一步提高了凝体的防渗性能。为保证高旋喷防渗墙的连续性, 则必须要使各孔的凝结体在有效范围内牢固可靠连接上, 为此如何选用结构布置形式和孔与孔的距离则很重要。高旋喷喷射时边提升边旋转, 凝结体的形状为圆柱体 (又称旋喷柱) , 结构形式为旋喷套接。在施工时, 孔距的选择至关重要, 它不仅关系到凝结体能否可靠地连接, 而且也影响工程的进度、造价。孔距应根据地层的地质条件, 对防渗性能的设计要求、高喷灌浆的施工方法和工艺、结构形式、孔深及其它因素综合考虑, 经过试验后确定。只有确定了孔距, 才能保证旋喷套接时的封闭良好, 对封闭原则应注意以下几点:

(1) 左右封闭原则:考虑钻孔倾斜状态下, 柱与柱能正常交结, 不开叉为原则, 确定孔距。一般能保证有0.2m有效交叉即可。

(2) 上下封闭原则:以封闭底部为原则, 深入基岩或相对不透水层0.5~2m, 界线清楚情况下按小的执行, 地质复杂时按大的执行。如果上部是旋喷灌浆, 下部是帷幕灌浆, 两者间的交接, 在保证封闭的情况下尽量用小值, 避免旋喷桩受到破坏。一般情况下采用先帷幕后高旋喷方式, 对高喷墙起保护作用。工艺参数主要有:水压35~40MPa;气压0.6~0.8MPa;浆压0.3~0.5MPa, 本工程的高喷质量可满足设计要求, 工效高, 造价低, 机械化程度高。

3.2 本工程采用的高旋喷灌浆主要设备

高喷台车、空压机、高压水泵、高速搅拌机、泥浆泵及钻机等。高喷材料采用水泥浆, 水泥为42.5普通硅酸盐水泥。三管法施工时, 用纯水泥浆, 由于三管法施工, 先是高压气、水喷射, 而后是压力灌浆, 灌浆易被先喷入的水稀释, 所以使用的水灰比为0.9:1的浓浆。

3.3 本工程在高旋喷灌浆过程中的施工要点

(1) 先导孔。应选定部分一序孔作为先导孔, 先导孔很重要, 它能及时核实地层情况, 复核灌浆深度, 必要时修改设计, 对先导孔采取芯样, 划分层位, 核对补充勘探资料, 一般勘探资料很粗糙, 与实际情况相差很大, 先导孔能进一步确定高喷墙底部位置。当地层复杂、层位变化较大时, 先导孔间距可小一些, 反之则宜大一些, 一般20~30m, 先导孔的深度应比其他高喷孔稍深。在造孔过程中做好充填堵漏, 使孔内泥浆保持正常循环, 返出孔外, 直至终孔。钻进时应注意保证钻机垂直, 偏斜率宜≤1%。

(2) 技术参数。高旋喷施工中所用技术参数很多, 主要的参数有浆密度、水压力、气压力、提升速度、转速。应根据试验确定, 选定合适的参数。本工程通过试验确定的一些参数:

高压水:35MPa, 流量80L/min;

气压:0.7MPa, 气量1.2m3/min;

浆压:0.5MPa, 流量70m3/min;

提升速度:12cm/min;

三重管回转11转/分;0.8~1.0V。

经检测符合设计要求, 现运行情况良好。对各类地层而言, 若使用同一种施工方法则水压、气压、浆压的变化不大, 唯有提升速度变化较大, 是影响高喷质量的主要因素。一般情况下, 确定提升速度应注意下列几个问题:a.因地层而异, 在砂层中提升速度可稍快, 砂卵 (砾) 石层中应放慢些, 含有大粒径 (40cm以上) 块石或块石比较集中的地层应更慢。b.因分序而异。先序孔提升速度可稍慢, 后序孔相对来讲可稍快。c.高喷施工中发现孔内返浆量减少时宜放慢提升速度。

(3) 质量检测与控制。质量检测:高喷墙质量检查和验收, 应综合考虑, 应点面结合, 以面为主, 综合分析, 不宜片面。在本工程中采用围井法对周围土体进行现场测试。检测结果土体密实度和承载力均大于原土体, 能够满足设计要求。

质量控制:在施工前应确定技术参数, 对施工人员进行技术交底, 在施工过程中严格按规程规范操作, 按设计要求施工, 施工记录及时、准确、标准, 详细记录有利于对资料的分析, 特别是发生质量问题时, 有利于分析原因及处理。在施工结束后, 应注意保护, 防止重型设备在施工区域碾压, 破坏未硬化的凝结体。

结束语

高压摆喷灌浆技术 篇7

关键词：水库,渗漏,高喷灌浆

1 工程概况

南岩水库位于上林县唐红乡龙详村, 是一座以灌溉为主, 兼顾防洪、发电等综合利用的中型水库工程, 总库容1 952万m3, 有效库容1 555万m3, 设计灌溉面积2.47万亩。水库有主坝1座, 副坝7座, 溢洪道1座, 拦洪、排涝闸各1座, 坝后电站1座。

主、副坝均为均质土坝, 基岩除南岩副坝右坝和长帅副坝为泥质灰岩外, 其余均为粉沙质泥岩, 大坝渗漏主要有坝体、接触面和基岩强风化渗漏。本工程设计对坝体和接触面进行高压旋喷灌浆, 基岩进行帷幕灌浆, 基岩灌浆深度至q≤5Lu线以下5米。

2 灌浆设计

本工程沿坝轴线布一排灌浆孔, 喷灌孔距为2米, 基岩帷幕灌浆孔距为1米, 基岩灌浆深度至q<5Ln线。高喷采用三管法, 分二个次序施工;基岩分三个次序施工。

灌浆材料水泥使用32.5强度以上普通硅酸盐水泥。

灌浆质量要求:灌浆施工结束后, 坝体帷幕连续, 搭接紧密, 渗透系数小于k<1×10-5cm/s。坝基单位吸水率q≤5Lu。

3 高压旋喷灌浆试验

3.1 试验目的及内容

按《上林县南岩水库除险加固工程帷幕灌浆及高压旋喷灌浆试验施工大纲》的要求, 工程在全面灌浆施工前要进行灌浆试验, 通过现场帷幕灌浆、高压旋喷灌浆 (三管法) 试验, 选定恰当的灌浆技术参数, 寻求一种适合于本工程的灌浆工艺和方法, 以此推广到全面施工中。重点解决以下技术参数:

(1) 高压旋喷灌浆的提升速度。

(2) 高压旋喷灌浆浆液的配合比、进浆密度。

(3) 高压旋喷灌浆的水、气、浆的压力和流量。

(4) 高压旋喷灌浆的喷嘴直径。

(5) 帷幕灌浆的浆液配比。

(6) 帷幕灌浆的压力。

3.2 试验依据

按设计图纸和参考《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62-94、《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》DL/T5200-2004进行试验。

3.3 高压旋喷灌浆试验过程及结果

3.3.1 灌浆试验孔的布置

在南岩副坝选择具有代表性的坝段进行, 共布置了4个试验孔, 试验孔之间距离按设计要求喷灌2m, 帷幕灌浆1m。

3.3.2 造孔

造孔采用液压式岩心钻机回转钻进, 钻孔孔径为110mm, 满足《规范》DL/T5200-2004大于喷射管外径20mm以上的要求;钻孔深度按设计要求进入坝基岩, 钻孔垂直度为90°角, 钻孔偏斜率不超过1%。造孔达到设计孔深后先进行坝基帷幕灌浆, 再进行高压旋喷灌浆, 没有条件进行旋喷的, 用套管壁, 防止塌孔。

3.3.3 提升速度

高压旋喷灌浆采用三管法自下而上进行旋喷, 经过反复比较, 较为适合本工程土坝坝体高压旋喷灌浆的提升速度为13~18cm/min。

3.3.4 喷射参数

经过多次试验, 适合本工程土坝坝体高压旋喷灌浆的喷射参数, 水、气、浆的压力分别为35~38MPa、0.6~0.8MPa、0.2~0.8MPa, 流量分别为70~80L/min、0.8~1.2m3/min、70~80L/min。

3.3.5 浆液配合比

本次高压旋喷灌浆试验的浆液配合比:水泥浆液采用集中式配制, 所用的水灰比为1∶1、0.8∶1、0.6∶1三个比级;保证进浆密度1.5~1.7g/cm3, 返浆密度≥1.2g/cm3;并经常对进、返浆液密度的检测。

3.3.6 喷嘴直径

经过反复试验, 高压旋喷灌浆水、浆的喷嘴直径分别为1.8~1.9mm、8~10mm, 气的环状间隙为1.0~1.5mm。

3.3.7 搭接长度

在高压旋喷灌浆试验施工中, 途中拆卸喷射管时, 搭接段都进行复喷, 复喷长度均不小于20cm;因故中断时间超过30min, 对中断段复喷长度均不小于50cm。

3.3.8 每个高压旋喷灌浆试验孔结束后, 利用回浆或水泥浆及时回灌, 直到孔口浆面不下降为止。

当回浆无法利用时, 采取排放措施, 防止受到污染。

3.4 特殊情况的处理

高压旋喷灌浆过程中, 出现压力突然下降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常等情况时, 要查明原因, 及时处理。

高压旋喷灌浆中孔口不返浆时, 必须立即停止提升;孔口返浆少量时, 要降低提升速度。

3.5 施工记录

钻高压旋喷灌浆孔都认真做好每一回次钻进记录, 正确描述孔内地质情况, 尽量提高岩心获得率, 必要时进行岩心摄像;高压旋喷灌浆过程中要认真做好技术参数以及参数变化和大坝出现劈裂等情况的记录。

3.6 试验检测数据

灌浆试验结束后, 于2008年12月13日进行灌浆试验, 共布置1个检查孔, 布在G1-80和K1-81中间高旋凝结体的搭接处, 孔深28.3m, 坝体15.0m, 自上而下分三段做注水试验, 各段注水结果:0~5.0m段, 渗透系数K=5.6×10-6cm/s;5.0~10.0m段, 渗透系数K=4.6×10-6cm/s;10.0~15.0m段, 渗透系数K=8.6×10-6cm/s;注水试验结果满足设计要求K<1×10-5cm/s。坝基13.3m, 自上而下分三段做压水试验, 各段压水结果:15.0~19.0m段, 透水率q=3.5Lu, 19.0~23.5 m段, 透水率q=2.7Lu, 23.5~28.3m段, 透水率q=2.3Lu, 压水试验结果满足设计要求q≤5.0Lu。

通过帷幕灌浆和高压旋喷灌浆试验, 其结果达到设计要求, 所确定的技术参数符合《上林县南岩水库除险加固工程帷幕灌浆及高压旋喷灌浆试验施工大纲》的要求, 满足了《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62-94和《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》DL/T5200—2004的技术标准。

4 高压旋喷灌浆施工工艺及方法

4.1 高喷灌浆施工工艺流程

4.2 高压旋喷灌浆施工设备

主要施工设备有:钻机、高喷台车、制浆机、高压水泵、空压机、灌浆泵。

4.3 高压旋喷灌浆施工技术措施

本工程防渗设施分大坝高喷帷幕和基础防渗帷幕两部分, 施工时先进行基础帷幕灌浆, 后进行高喷灌浆。高喷灌浆设计孔距2m, 基础帷幕灌浆设计孔距1 m。高喷灌浆分两个次序施工, 先施工Ⅰ次序, 后施工Ⅱ次序;基础帷幕灌浆分三个次序施工, 先施工Ⅰ次序, 次施工Ⅱ次序, 后施工Ⅲ次序。基础帷幕灌浆施工技术按《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62-94执行, 下面不做详细论述。

4.3.1 钻孔定位

根据设计图纸用测量仪器在灌浆轴线上进行测量定位, 将孔位一一标出, 用木桩标定, 并按设计要求进行统一编号。孔位偏差不得超出±5 cm。

4.3.2 钻孔

造孔采用液压式岩心钻机回转钻进, 钻孔孔径为110mm, 满足《规范》DL/T5200-2004大于喷射管外径20mm以上的要求;钻到基岩后改用孔径为90mm的钻至终孔。钻孔深度按设计要求进入坝基岩, 钻孔垂直度为90°角, 钻孔偏斜率不超过1%。钻孔达到设计孔深后先进行坝基帷幕灌浆, 再进行高压旋喷灌浆, 由于进度原因没能及时旋喷的, 用套管壁, 防止塌孔。钻孔质量控制如下:

(1) 钻机安装要平稳, 开机前技术人员要用水平仪对钻机进行校平, 对钻轴进行校直。对孔位进行校准。符合要求后方可开钻。

(2) 开钻后要轻压慢钻, 钻到5米左右改用长钻具钻进。

(3) 钻进过程中, 要及时检查钻孔的垂直度, 发现偏斜应及时纠偏。

(4) 由于进度原因没有及时旋喷的, 用套管壁, 防止塌孔。

4.3.3 台车就位

施工按照逐渐加密的原则分二序进行, 先灌Ⅰ序孔, 再灌Ⅱ序孔。所以台车就位先从Ⅰ序孔开始。台车就位对顺利下喷射管影响很大, 为此台车就位时, 首先要保证高喷台车的孔口装置和钻孔同一轴心, 而且必须经水平仪找平, 这样才能保证喷射管下放顺利。台车就位后, 检查浆、气管路并试喷, 各项指标正常后, 开始下喷射管。

4.3.4 下喷射管

在下管过程中, 为防止泥砂堵塞喷嘴, 下管时边通水通气边下管, 浆压力一般不超过1MPa, 如压力过高, 则易将孔壁射塌。

4.3.5 高压旋喷灌浆

高压旋喷灌浆在钻孔施工完成并检验合格后进行, 采用二序施工, 先灌Ⅰ序孔, 再灌Ⅱ序孔。注浆前先进行地面试喷, 检查机械及管路情况, 如水、气、浆是否畅通, 各种参数是否满足设计要求, 并调准喷射方向和摆动角度。一切正常后, 垂直下入喷管至设计深度, 先送水泥浆液, 后送水和气, 按规定参数进行原位喷射, 待孔口返出浆液密度达到1.2g/cm3后再按试验确定的提升速度由下至上进行连续旋喷作业, 如果中途因故中断后恢复施工时, 应对中断孔段进行复喷, 复喷搭接长度不小于0.5m。在施工过程中, 严格按监理批准的控制参数 (经试验确定的) 进行施工操作, 未经监理批准同意, 不得变更施工控制参数。

当喷射管的喷嘴下至设计要求的高压旋喷灌浆底线后, 经监理工程师签字开始静喷 (各施工参数均达到设计要求, 且不提升喷射管) 。当冒浆比重大于设计要求的比重时, 开始按规定提速提升喷射管, 自下而上直至高压旋喷灌浆顶线后, 方停止气、水、浆的供应, 然后拆管移机。

4.3.6 回浆静压补灌

由于孔内浆液会发生析水、沉淀和凝固收缩, 高喷墙体的顶部会产生凹穴, 需用水泥浆及时进行静压回灌填补。回灌结束标准为直到浆液液面稳定为止。

5 高压旋喷灌浆施工质量控制

(1) 各灌浆孔钻孔前, 按设计孔位进行测量放线, 并标注每一孔的灌浆顺序, 钻孔结束后对钻孔进行检查并经监理认可。

(2) 在高喷过程中有专门的技术人员对各个仪表进行观察, 监视各个仪表读数, 有专人控制水泥的投入量和投入速度, 严格控制进浆量, 并每隔5分钟记录一次读数和测一次浆液比重, 确保各参数符合设计要求。

(3) 用于灌浆的任何材料必须满足“技术规范”要求的各项性能, 并有质量检验合格证书。

(4) 组织所有施工人员进行上岗前专业培训, 认真学习高喷技术并持证上岗。技术、质量人员跟班作业, 检查指导施工, 发现问题及时处理, 并把高喷灌浆技术要求和机械设备操作规程的标牌立于现场的醒目位置。

(5) 安全员跟班作业, 对施工过程进行安全监控, 确保施工过程安全。

6 施工记录

在施工中, 施工纪录必须与施工过程同时完成, 记录中按造孔和灌浆分别记录, 记录的主要内容如下:1) 造孔记录:造孔记录内容包括孔号、序号、桩号、钻孔时间 (包括开钻时间和完成时间) 、钻孔深度、基岩深度、地质分层描述以及钻孔过程中出现的问题等项内容;2) 高喷灌浆记录:包括孔号、序号、桩号、灌浆时间、提升速度、旋转速度、摆动角度、水、气、浆的压力和流量、浆液密度、孔口返浆情况以及出现特殊情况的处理等内容。

7 施工中特殊情况的处理

高喷灌浆施工中, 在钻孔和灌浆过程会出现塌孔、漏浆、冒浆、串孔等问题引起压力突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常等情况, 此时, 必须查明原因, 及时进行处理。

7.1 塌孔

塌孔是在成孔后, 由于在钻孔部位的地层中含砂或砾石较多时, 会出现坍塌、脱落, 导至灌浆时喷射管无法下到设计深度。

解决方法:可采取加大泥浆浓度或在泥浆中加入火碱、膨润土护壁, 必要时可采用套管护壁法钻进。

7.2 漏浆

漏浆是由于地层中存在砂、砂砾石或通道, 主要表现在钻孔或灌浆时孔口不返浆或返浆量降低。

解决方法:钻孔时可采取加大泥浆浓度、泥浆中掺加细砂或向孔内填充水玻璃等堵漏材料。灌浆时发生漏浆可采取停止喷杆提升或降低提升速度、降低喷射压力和流量、在浆液中掺入速凝剂、加大浆液密度、灌注水泥砂浆或水泥黏土浆等措施。不论是在钻孔还是灌浆过程中, 必需待孔口返浆正常后才能正常提升钻杆或喷杆。

7.3 冒浆

冒浆是指在灌浆过程中浆液在坝坡、地面或库区底部流出或喷出。

解决方法:可采取在冒浆点加覆盖、降低灌浆压力、间断灌浆、在浆液中掺入速凝剂等措施。

7.4 串孔

串孔是指在某一孔口正常灌浆时, 浆液从相邻孔口返出, 说明钻孔在地下有通道相通。

解决方法:可将串孔孔口开挖清理后封闭并压重、降低灌浆压力等措施。灌浆孔结束后, 应尽快对串浆孔进行复钻至设计高程。

8 高压旋喷灌浆质量检查

在高压旋喷灌浆施工过程中, 应对水泥、浆液和各道工序的质量严格进行控制和检查, 灌浆结束后, 可采用大开挖检查法、钻孔取芯检查法、围井试验检查法等方法对防渗墙体进行质量检查和综合质量评定。

本工程采用围井试验检查法对高喷灌浆质量进行检查。围井检查需在高压旋喷墙完成7天后进行, 围井宜布置在地层复杂、漏浆严重或可能存在质量缺陷等部位, 以高压旋喷墙为一侧井壁, 进行布孔和灌浆形成井型封闭式墙体, 并对井底进行封闭, 在围井内钻孔进行注水试验。围井各面墙体轴线围成的平面面积, 砂土、粉土层中不小于3m2, 砾石、卵石层中不小于4.5m2。南岩水库每个坝布一个围井, 六个坝共布置了6个围井, 高压旋喷墙体渗透系数检测结果分别为:k1=1.25×10-6cm/s, k2=1.31×10-6cm/s, k3=1.39×10-6cm/s, k4=1.47×10-6cm/s, k5=2.56×10-6cm/s, k6=2.48×10-6cm/s, 小于设计渗透系数值k≤1×10-5cm/s, 质量满足设计要求。经过灌浆处理后, 坝后渗水点全部消失。

9 结论

针对高压灌浆工程施工的特点与常见的问题, 笔者认为, 做好高压灌浆工程, 要从以下几点抓起:

(1) 针对不同的地层, 施工中严格根据设计提供参数以及开工后的现场试验, 对各个参数进行具体调整, 以便使工程施工更加精密, 更加完善。

(2) 施工中严格注意各个关键部位, 做到早发现, 早处理, 早防治。

(3) 施工中加强对各个控制点的管理与控制, 做到有的放矢。

参考文献

[1]水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[Z].SL62-94.