劉斯奇

(吉安市水土保持站,江西 吉安 343000)

0 引 言

高壓噴射灌漿防滲施工技術(shù)主要通過鉆孔,將安裝有特制噴嘴的注漿管下至預(yù)定深度,借助高壓水泵使水和漿液從噴嘴噴射而出,沖切土體,并使土粒在噴射流沖擊力、重力及離心力等的作用下與漿液充分混合,從而按照一定漿土比呈規(guī)律性排列,待漿液固結(jié)后便會(huì)在土體內(nèi)形成樁柱或板狀防滲墻固結(jié)體,以提升基礎(chǔ)承載力和防滲性能。為保證高壓噴射灌漿施工質(zhì)量和效果,防止施工過程中出現(xiàn)卡鉆、孔斜、冒漿、漏漿、塌孔等問題,必須通過試驗(yàn)對(duì)施工參數(shù)取值進(jìn)行驗(yàn)證。文章依托江西省贛撫平原灌區(qū)柴埠口水閘除險(xiǎn)加固工程,對(duì)雙高壓三管法高噴灌漿施工過程展開試驗(yàn),分別對(duì)閘室高壓旋噴及左岸翼墻高壓擺噴關(guān)鍵施工參數(shù)取值進(jìn)行驗(yàn)證,以資借鑒。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過不同提升速度下高壓噴射灌漿試驗(yàn),確定出與設(shè)計(jì)目標(biāo)及工程實(shí)際相符的孔距、排距、灌漿壓力、搭接形式、提升速度等施工參數(shù),為施工過程的順利開展提供依據(jù)。根據(jù)《水工建筑水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》及設(shè)計(jì)要求,水閘閘室防滲體設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)≤9.0×10-6cm/s,防滲體抗壓強(qiáng)度應(yīng)位于0.8～5.0MPa之間,有效厚度應(yīng)達(dá)到600mm以上。左岸翼墻滲透系數(shù)應(yīng)≤1.0×10-5cm/s,防滲體抗壓強(qiáng)度應(yīng)位于0.5～5.0MPa之間。通過高壓噴射灌漿試驗(yàn),確定出施工質(zhì)量控制的參數(shù)和方法。

結(jié)合對(duì)柴埠口水閘工程地質(zhì)條件的調(diào)查與分析,閘址區(qū)地層結(jié)構(gòu)夾層較多,地質(zhì)條件復(fù)雜,且薄層和中厚層狀巖性地層為夾層狀或互層狀產(chǎn)出。為保證高噴灌漿試驗(yàn)結(jié)果的可靠性及與工程實(shí)際的吻合性,采用雙高壓三管法展開試驗(yàn)[1]。以14kW和17kW的XY-150型鉆機(jī)、90kW的GZB-40型高壓注漿泵、23kW的WB-250B/50型高噴臺(tái)車為主要試驗(yàn)設(shè)備。

2 試驗(yàn)過程及結(jié)果

2.1 試驗(yàn)過程

在柴埠口水閘閘室設(shè)置4個(gè)高壓旋噴灌漿試驗(yàn)區(qū),分別編號(hào)為試驗(yàn)1～4區(qū),其中試驗(yàn)2區(qū)主要進(jìn)行孔距為0.6m、0.8m及1.0m的高噴灌漿試驗(yàn),其余試驗(yàn)區(qū)則展開孔距0.6m和0.8m的試驗(yàn)。閘室高噴灌漿試驗(yàn)均分Ⅰ序孔和Ⅱ序孔展開,并依次施工。試驗(yàn)1、3、4區(qū)高噴灌漿布置情況,見圖1;試驗(yàn)2區(qū)高噴灌漿布置情況,見圖2。

圖2 試驗(yàn)2區(qū)高噴灌漿布置情況

左岸翼墻采用30°擺角的高壓擺噴防滲,在翼墻區(qū)設(shè)置5個(gè)試驗(yàn)區(qū),并按照1.4m、1.6m、1.8m孔距展開試驗(yàn),并在各序孔加密試驗(yàn)。高壓旋噴灌漿試驗(yàn)布置,見圖3。

圖3 高壓旋噴灌漿試驗(yàn)布置

按照現(xiàn)行規(guī)范及擬定的施工參數(shù)展開高壓噴射灌漿試驗(yàn),試驗(yàn)過程中先灌注Ⅰ序孔,再灌注Ⅱ序孔;先灌注兩邊,再灌注中間,逐序加密。具體而言,先平整場地、測量放樣,確定出Ⅰ序孔和Ⅱ序孔注漿孔孔位;待鉆機(jī)就位并較平穩(wěn)固后鉆孔,沖孔,測斜;將高噴臺(tái)車就位后展開試噴,并保證注漿泵、噴管、高噴機(jī)等設(shè)備良好運(yùn)行;試噴結(jié)束后將噴桿和噴頭下入注漿孔至防滲墻底部,靜噴后按照設(shè)計(jì)參數(shù)提升噴桿或噴頭,旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng),待提升至防滲墻頂后停噴,將噴桿和噴頭取出后沖洗管路,結(jié)束試驗(yàn)。

2.2 閘室基礎(chǔ)灌漿試驗(yàn)

柴埠口水閘閘室基礎(chǔ)高壓旋噴灌漿試驗(yàn)結(jié)束后,開挖試驗(yàn)部位并展開鉆芯取樣和注水試驗(yàn),檢查灌漿樁體旋噴效果、搭接程度、直徑等試驗(yàn)參數(shù)取值情況。根據(jù)對(duì)注水孔的檢查,當(dāng)鉆桿提升速度達(dá)到18cm/min、孔距為0.8m時(shí),滲透系數(shù)趨于穩(wěn)定,而當(dāng)鉆桿提升速度達(dá)到14cm/min、孔距為1.0m時(shí),滲透系數(shù)均降至1.0×10-5cm/s以下。因試驗(yàn)過程中采取基本一致的漿液注入率,故旋噴提升速度是影響耗灰量的主要因素[2],當(dāng)鉆桿提升速度從14 cm/min增大至18 cm/min時(shí),單位耗灰量將從489.87kg/m降低至398.10kg/m,具體結(jié)果見表1。根據(jù)現(xiàn)場高壓旋噴搭接情況,致密性黏土層中噴射直徑位于0.95～1.00m之間,當(dāng)孔距取0.8m,高壓旋噴噴桿提升速度為14cm/min時(shí),鄰孔間搭接厚度為0.30～0.35m;而當(dāng)孔距取0.6m,噴桿提升速度為16cm/min時(shí),鄰孔搭接厚度達(dá)到0.60～0.70m,符合規(guī)范,鉆桿提升速度下的單位耗灰量,見表1。

表1 鉆桿提升速度下的單位耗灰量

2.3 左岸翼墻灌漿試驗(yàn)

在完成柴埠口水閘左岸翼墻高壓擺噴灌漿試驗(yàn)后,開挖試驗(yàn)部位并展開圍井鉆孔注水試驗(yàn),檢查灌漿樁體擺噴效果、搭接程度、直徑等參數(shù)取值情況。根據(jù)對(duì)注水孔的檢查,隨著孔距增大及擺噴鉆桿提升速度的加快,圍井鉆孔滲透系數(shù)呈增大趨勢[3],擺噴試驗(yàn)結(jié)束后的檢查孔注水情況,見表2。

表2 擺噴試驗(yàn)結(jié)束后的檢查孔注水情況

柴埠口水閘左岸翼墻試驗(yàn)區(qū)漿液注入率基本一致,噴漿過程中耗灰量主要與擺噴鉆桿提升速度有關(guān),且當(dāng)鉆桿提升速度從8cm/min增大至16cm/min時(shí),單位耗灰量從789.36kg/m降低至421.28kg/m。左岸翼墻試驗(yàn)區(qū)擺噴試驗(yàn)結(jié)束后,在翼墻3試區(qū)孔距為1.4m、1.6m和1.8m擺噴搭接處鉆取芯樣,結(jié)果顯示,在卵礫石、砂礫土及砂土等土層中,孔距1.4cm、1.6m和1.8m、鉆桿提升速度為14cm/min,所形成的擺噴防滲墻搭接均較好。但是在致密黏性土層中,孔距為1.6m、鉆桿提升速度為12cm/min時(shí),擺噴防滲墻搭接情況差,且初擬設(shè)計(jì)孔距不符合試驗(yàn)孔距要求。

為保證擺噴防滲墻搭接效果及防滲效果,重新調(diào)整了孔距,并在致密黏性土層中增加了0.6m、0.8m、1.0m孔距,按照14 cm/min的鉆桿提升速度重新展開擺噴試驗(yàn)。在翼墻試驗(yàn)區(qū)開挖檢查,結(jié)果顯示,當(dāng)孔距為1.0m時(shí),可形成連續(xù)擺噴防滲墻,但搭接不緊密;而孔距為0.6m、0.8m時(shí),所形成的擺噴防滲墻連續(xù)且搭接完好。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果,在柴埠口水閘閘室及左岸翼墻高壓噴射灌漿施工過程中,漿液應(yīng)以純水泥漿為主,漿液比為1∶1,漿液密度1.5g/cm3;如果不返漿時(shí)間超出5min,則應(yīng)將漿液比調(diào)整為0.8～0.6∶1;如果出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿,則應(yīng)灌注水泥膨潤土漿或水泥黏土漿等混合漿液,質(zhì)量配比應(yīng)為水泥∶黏土∶膨潤土=1∶2∶3。水閘閘室高壓旋噴孔距應(yīng)為0.6m,鉆桿提升速度為16cm/min,而左岸翼墻應(yīng)采用0.8m的孔距和14cm/min的鉆桿提升速度展開高壓擺噴施工,以形成連續(xù)可靠的防滲墻墻體,并取得良好的套接效果。

3 施工效果驗(yàn)證

采用以上試驗(yàn)結(jié)果展開柴埠口水閘施工,完工后對(duì)實(shí)際防滲效果及試驗(yàn)方案的可靠性展開檢驗(yàn)。對(duì)齡期達(dá)到設(shè)計(jì)及施工規(guī)范的高噴防滲墻鉆孔取芯,由上至下分段實(shí)施靜水頭壓水試驗(yàn),并計(jì)算滲透系數(shù)。檢驗(yàn)結(jié)果顯示,閘室和左岸翼墻連續(xù)可靠的防滲墻體已經(jīng)形成,且滲透系數(shù)均在9.0×10-6cm/s以下,防滲墻體厚度均在600mm以上。對(duì)其余檢驗(yàn)進(jìn)行,水閘閘室高噴防滲施工效果檢驗(yàn)結(jié)果,見表3,由此匯總可知,閘室區(qū)采用高壓旋噴灌漿形成的防滲墻體結(jié)構(gòu)密實(shí),滲透系數(shù)取值與試驗(yàn)結(jié)果接近,且均滿足規(guī)范要求。

表3 水閘閘室高噴防滲施工效果檢驗(yàn)結(jié)果

采用圍井法展開柴埠口水閘左岸翼墻高壓擺噴防滲墻滲透系數(shù)檢驗(yàn)[4]。圍井注水試驗(yàn)位置由監(jiān)理方選定,為保證圍井可靠封閉,利用高壓旋噴樁將圍井三面圍封,并與既有灌注樁和擺噴樁共同形成封閉圍井。其中,高壓旋噴樁8根,樁頂及樁底高程分別為▽2.0m和-25.5m,圍井內(nèi)圍封面積為3.25m2;待圍井封閉后,在圍封區(qū)域內(nèi)按1.0m厚度布置9根旋噴樁封底,以形成有效圍井。圍井樁位布置情況,見圖4。

圖4 圍井樁位布置情況

在圍井內(nèi)設(shè)置固定水位,持續(xù)向圍井內(nèi)注水,以保持水位固定,根據(jù)所測得的穩(wěn)定注水量和《水利水電工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范》(DL/T5200-2019)展開滲透系數(shù)計(jì)算;并在圍井施工完成14d后開挖2.0m深度,檢查施工質(zhì)量。根據(jù)圍井試驗(yàn)現(xiàn)場檢查結(jié)果,柴埠口水閘左岸翼墻高壓擺噴防滲墻滲透系數(shù)位于1.68×10-6～8.69×10-7cm/s之間,取值符合規(guī)范要求,且擺噴防滲墻連續(xù)可靠。

4 結(jié) 論

綜上所述,文章通過試驗(yàn)所得出的柴埠口水閘工程閘室及左岸翼墻高壓噴射灌漿防滲施工方案切實(shí)可行,參數(shù)取值合理可靠。按照試驗(yàn)參數(shù)及工藝展開高壓旋噴和擺噴灌漿施工,完工后對(duì)閘室防滲墻進(jìn)行鉆孔取芯,對(duì)左岸翼墻防滲墻展開圍井檢查,防滲系數(shù)和墻體厚度均符合規(guī)范,且防滲墻體連續(xù)可靠?？傊?通過展開試驗(yàn),確定出可靠的施工參數(shù)值,據(jù)此展開施工,才能保證高壓噴射灌漿防滲技術(shù)所具有的高可灌性、高可控性優(yōu)勢順利發(fā)揮。該技術(shù)也因施工過程方便,施工質(zhì)量有保證,環(huán)境影響小,而在水利水電工程防滲處理中具有廣闊的應(yīng)用前景。