高压旋喷及静压灌浆联合施工技术在深覆盖层砂卵石河床中的运用

　　摘要：本文详细论述了高压旋喷及静压灌浆联合施工技术在深覆盖层砂卵石河床中的运用，为类似工程的施工提供参考和借鉴。
　　关键词：高压旋喷，静压灌浆，施工技术
　　引言
　　近年来，随着防渗技术的不断进步及工程设计中的实际需要，高压旋喷技术为越来越多的工程所采用，但对于地质复杂的深覆盖层砂卵石河床使用单纯的高压旋喷技术不能完全满足坝基防渗的要求。笔者结合丹达河水电站围堰基础处理的成功经验，对深覆盖层砂卵石河床采用高压旋喷及静压灌浆联合防渗施工技术进行了初步研究和探讨。
　　1、概述
　　丹达河水电站上游围堰河床为粉细砂、砂砾石加块石、漂石覆盖，厚度达26m左右，透水性中等，有两层粉细砂层分布，存在渗透破坏可能，需进行坝基防渗处理。
　　由于河床砂卵石覆盖层较厚，为保证基坑有良好的施工条件，上游围堰河床部位基础防渗采用双排高喷灌浆和单排静压灌浆联合防渗施工方案，防渗墙嵌入基岩下0.5m。
　　2、高压旋喷灌浆施工技术
　　2.1施工方法与施工程序
　　旋喷灌浆施工采用三管法高压旋喷灌浆方法，排内分二序进行，先施工先导孔和Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，相邻孔施工间隔时间不少于24小时。高喷灌浆工程施工程序见下图：
　　
　　2.2高喷施工方法与喷射参数
　　2.2.1高喷方法
　　采用三重管旋转喷射灌浆的施工方法。高压水嘴为直线双喷嘴（180°夹角）。
　　2.2.2高压喷射参数
　　本方案采用双排高喷灌浆，孔距为100cm。
　　其它施工技术参数见下表：
　　高喷灌浆施工参数
　　项目 三管法
　　水 压力（MPa） 35～40
　　 流量（L/min） 70～80
　　 喷嘴数量（个） 2
　　 喷嘴直径（mm） 1.7～1.9
　　气 压力（MPa） 0.6～1.2
　　 流量（L/min） 0.8～1.5
　　 气嘴数量（个） 2
　　 环状间隙（mm） 1.0～1.5
　　浆 压力（MPa） 0.2～1.0
　　 流量（L/min） 60～80
　　 密度（g/cm2） 1.6～1.7
　　 浆嘴数量（个） 2
　　 浆嘴直径（mm） 6～10
　　 回浆密度（g/cm2） ≥1.2
　　提升速度（cm/min） 粉土层 10～15
　　 砂土层 10～20
　　 砾石层 8～15
　　 卵（碎）石层 5～10
　　旋喷 转速（r/min） 5～10
　　2.2.3墙体连接
　　孔距为100cm，双排孔布置。
　　2.2.4旋喷施工工艺、主要工序及技术措施
　　⑴地面试喷、定向：高喷台车就位并对准孔口后，为了直观检查高压喷射系统的完好性以及是否能够满足使用要求，首先应进行地面试喷。
　　⑵开喷：喷管钻(下)至指定深度后，拌制水泥浆液，即可供浆、供风、供水开喷。待各压力参数和流量参数均达到要求，且孔口已返出浆液时，即可按既定的提升速度进行喷射灌浆。
　　⑶高喷灌浆保持全孔连续一次作业。作业中因拆卸喷射管而停顿后，重复高喷灌浆长度不小于0.2m。
　　⑷装、卸喷射管时，采取措施密封、加快装卸动作以防止喷嘴堵塞。
　　⑸在高喷灌浆过程中，出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度和回浆量异常，甚至不返浆等情况时，查明原因后及时处理。
　　⑹当孔内出现严重漏浆，拟采取以下措施进行处理：
　　停止提升喷射管；降低喷水压力、流量进行原地灌浆；喷射浆液中掺加速凝剂；加大浆液密度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆；向孔内冲填砂土等堵漏材料。
　　⑺供浆正常情况下，孔口回浆密度变小、不能满足设计要求时，拟采取加大进浆密度或进浆量的措施予以处理。
　　⑻如高喷灌浆发生串浆，则首先填堵被串孔，继续串浆孔的高喷灌浆；待其结束后，尽快进行被串孔的扫孔、喷射或继续钻进。
　　⑼高喷灌浆因故中断后恢复施工时，重复高喷灌浆长度不少于0.2ｍ。
　　⑽高喷灌浆结束后，充分利用孔口回浆或水泥浆液对已完成孔进行及时回灌，直至浆液面不下降为止。
　　2.3高压喷射灌浆施工技术要点
　　2.3.1围堰填筑的高度和宽度，填筑材料的级配和压实度均应认真规划，以满足灌浆施工的客观要求。
　　2.3.2管路、旋转活接头和喷嘴等必须拧紧，达到安全密封；水泥浆液、高压水和压缩空气各管路系统均应不堵不漏不串。设备系统安装后，必须经过运行试验，试验压力要达到工作压力的1.5～2.0倍。
　　2.3.3钻机安放应保持水平，旋喷管的允许斜度不得大于1.5%。
　　2.3.4喷管进入预定深度后应先进行试喷，待达到预定压力、流量后，再提升旋喷。中途发生故障，应立即停止提升和旋喷，以防止桩体中断。同时进行检查，排除故障。若发现浆液喷射不足，影响桩体质量时，要进行复喷,施工中应做好详细记录。复喷时,将喷杆下入中断处以下50cm,如喷杆下不到位,采取扫孔再喷射的措施。
　　2.3.5旋喷水泥浆液必须严格过滤，防止水泥结块和杂物堵塞喷嘴及管路。
　　2.3.6旋喷结束后要进行压力注浆，以补填桩柱凝结收缩后产生顶部空穴。每次施工完毕后，必须立即用清水冲洗旋喷机具和管路，检查磨损情况，如有损坏零部件应及时更换。
　　2.3.7高压喷射作业过程中，应经常测试水泥浆液的进浆和回浆比重。当浆液比重与设计比重值超过10%时，立即停止喷灌，重新调整浆液水灰比，且经现场监理工程师批准后实施。
　　2.3.8喷射过程中，要按设计文件要求或监理工程师指示经常检查、调整高压泥浆泵或低压混浆泵的压力，浆液流量、空压机风压和风量，钻机旋转和提升速度以及实际的浆液耗用量。当冒浆量超过20%或完全不冒浆时，则在浆液中加入速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定地层范围内凝固，同时增大注浆量，减慢提升速度或进行静喷，直至正常为止。
　　2.3.9若冒浆过大，采取提高喷射压力，加快提升速度，但应经现场监理工程师批准，同时对冒出地面的浆液进行过滤，沉淀去杂质，再回收利用。
　　2.4施工特殊情况及处理方法
　　2.4.1喷射灌浆应由下而上连续进行。接、卸换管时，动作要迅速，防止坍孔和堵塞喷嘴；接、卸换管及事故处理后，下管位置应比原停喷高度下落20～50cm，进行复喷搭接，以使墙（桩）的上下连贯。
　　2.4.2在插入旋喷管前先检查高压水与空气喷射情况，各部位密封圈是否封闭完好，插入后先作高压水射水试验，合格后方可喷射浆液。如因塌孔插入困难时，可用低压（0.1～2MPa）水冲孔下管。
　　2.4.3喷射过程中发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩体或板墙中断，同时立即进行检查，排除故障；如发现有浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复喷。
　　2.4.4大量漏浆和冒浆处理。在旋喷过程中，往往有一定数量的土粒，随着一部分浆液沿着喷射管管壁冒出地面。通过对冒浆的观察，可以及时了解土层状况、旋喷的大致效果和旋喷参数的合理性等。根据经验，冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量20%者为正常现象，超过20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施：
　　⑴地层中有较大空隙引起不返浆或严重漏浆。如在钻孔中发生漏浆，则应当加大固壁泥浆的浓度，在泥浆中掺加砂子，或向孔内填入其他堵漏材料，使其恢复孔口正常返浆。在喷射时漏浆，则可在浆液中掺加适量的速凝剂，缩短固结时间，使浆液在一定土层范围内凝固。另外，还可在空隙地段增大注浆量，填满空隙后再继续正常旋喷。
　　⑵冒浆量过大的主要原因，一般是有效喷射范围与注浆量不相适应，注浆量超过旋喷体凝结所需的浆量所致。
　　减少冒浆量的措施有三种：
　　①提高喷射压力；②适当缩小喷嘴孔径或减少注浆量；③加快提升和旋转速度。
　　对于冒出地面的浆液，如能迅速地进行过滤、沉淀除去杂质和调整浓度达到要求后，可予以回收利用。但回收处理后的浆液中难免会有砂粒，故只有三重管旋喷注浆法可以利用冒浆再注浆。
　　3、静压灌浆施工技术
　　3.3.1施工顺序：
　　按单元进行施工，单元内分两序进行施工，先施工Ⅰ序孔、后施工Ⅱ序孔。
　　3.3.2施工方法：
　　(1)现场生产性施工试验：按照设计施工参数在具备静压灌浆施工条件时，进行现场生产性施工试验，以选定孔距和其它主要技术参数。试验结束后，根据监理工程师的指示，进行静水头压水试验，并将试验结果提交监理工程师。
　　(2)单孔钻灌施工程序：
　　测量放控制点→确定孔位（按I序孔和II序孔）→钻机就位、钻孔→验收（主要是孔深、孔距等）→灌浆管安装→静压灌浆→检查孔检查。
　　(3)造孔、灌浆
　　造孔采用地质钻机钻孔，泥浆固壁，孔径照设计图纸执行，拟定75mm，孔深、孔斜以满足设计要求入岩1m为准。当钻孔验收合格、安装灌浆管路，灌浆泵就位进行静压灌浆。灌浆采取分序加密的原则分段分序进行施工。静压灌浆孔距1m（具体尺寸按照设计图纸执行）。先施工Ⅰ序孔、再施工Ⅱ序孔。
　　(4)浆液材料及制浆
　　水泥：采用普通硅酸盐水泥，水泥标号为P.O42.5。
　　水：用水水质满足JGJ63-2006第3.1条的规程规定，拌浆用水的温度不得高于40℃。
　　掺合料：经监理人批准，可掺入掺合料。各种掺合料质量应符合DL／T5100—1999的有关规定，其掺入量应通过试验确定，试验成果应报送监理人。
　　外加剂：如需要时，外加剂及其种类以及掺入量通过室内试验和现场试验确定，其质量符合DL/T5100-1999的有关规定。
　　浆液配比：浆液浓度初步采用5个级别，即3:1，2:1，1:1，0.8:1，0.5:1，最终使用级别个数根据现场灌浆试验缩减。
　　制浆：制浆材料称量采用重量法，其误差小于规定值。使用高速搅拌机拌制水泥浆，拌制时间一般不小于30S。浆液存放时间：从制成到用完不超过4h，当浆液存放时间超过有效时间，按废浆处理。浆液要过筛后使用，并定时检测密度。浆液温度控制在5～40℃之间。孔口回浆经处理后方可利用。
　　浆液变换：开始灌注最稀一级的浆液，如在浆液自重压力下注入率20L/min>q>15L/min时或同一级浓度浆液已灌入300L时要求变浓一级浆液，当注入率大于20L/min时采取越级变换。
　　结束标准及封孔：上游围堰静压注浆结束标准为在自流压力下吸浆量小于0.2~0.4L/min，延续30min结束；下游围堰采用控制水泥耗量作为I序孔灌浆结束标准，设计耗灰量为400kg/m，II序孔灌浆结束标准为在自流压力下吸浆量小于0.2~0.4L/min，延续30min结束。全孔灌浆结束后采用0.5:1的水泥浆进行机械压浆封孔。
　　4、高压旋喷及静压灌浆联合防渗效果评述
　　丹达河水电站围堰基础采用高压旋喷及静压灌浆联合防渗技术处理后，经注水试验表明，渗透系数K值满足设计要求。在基坑开挖后，经渗水量判断，高压旋喷及静压灌浆联合防渗效果良好，完全达到了预期目的。
　　参考文献:
　　无

《高压旋喷及静压灌浆联合施工技术在深覆盖层砂卵石河床中的运用》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 高压旋喷及静压灌浆联合施工技术在深覆盖层砂卵石河床中的运用

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-15294