论文部分内容阅读
摘要：文章结合钱塘江干堤富春江库区建德市梅城段(梅城大坝)加固工程的具体施工状况和施工内容分析，阐述了高压摆喷灌浆的施工工艺及常见问题处理措施。说明高压摆喷灌浆防渗技术具有防渗效果良好、施工条件要求低、工程造价合理等优点,可广泛应用于防渗工程。
关键词：高压摆喷灌浆；施工工艺及流程；防渗效果
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
钱塘江干堤富春江库区建德市梅城段(梅城大坝)加固工程位于浙江省建德市梅城镇，工程由原堤防加固、原城门洞打通及东、西湖排涝泵站拆除重建等组成。堤防加固工程在已建堤防上进行加固改造。原有堤防均为斜坡式，本次加固设计断面采用直立式断面，拆除原有迎水面干砌块石护坡及部分粘土斜墙等，设置C15砼灌砌块石挡墙，墙高6.5m，迎水侧设40cm厚C25砼贴坡，墙顶设60cm厚C20砼压顶，迎水侧边坡1∶0.2，背水侧边坡1∶0.2，挡墙底板宽5.0m，厚1.0m，下设10cm厚C10混凝土垫层。挡墙上游侧设置4.65m长C20砼铺盖，厚度60cm，下设10cm厚C10混凝土垫层。挡墙底板与上游铺盖之间设置橡胶止水，为保护坡脚、防止冲刷及行船撞击，在护坡外侧采用抛石混合料填筑至24.00m高程设置镇压平台。
为截断基底砂砾卵石层的渗漏通道，在上游铺盖底部设置高压摆喷灌浆一道，有效厚度10cm，灌浆底高程4.70m～10.50m。
2地质条件
梅城大坝堤基为砂砾卵石、含泥砂砾石、卵砾石夹粉质粘土，总体上呈稍密～密实状，厚度0.6～9.2m，强度较高，与下伏基岩呈不整合接触，工程地质条件总体较好。堤防外侧原人工堆积的疏、密不匀的砖瓦、块石、粉质粘土或粘土的混杂体，由于厚度不均，性质变化大，工程地质条件较差。
3高压摆喷灌浆的工作原理
高压摆喷灌浆成墙技术原理是采用钻机造孔，然后把带有喷头的喷浆管下至地层预定的位置，用从喷嘴出口喷出的射流冲击和破坏地层。剥离的土颗粒的细小部分随着浆液冒出地面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与注入的浆液掺搅混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律地重新排列，在土体中随着喷头一面摆动一面提升，形成似哑铃或扇形柱体的凝结体,用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。
4施工工艺及流程
高压摆喷灌浆施工工艺流程为: 摆喷试验→测量定孔→造孔→制浆→试喷→下喷射管→喷浆→摆动提升→灌浆孔回填成墙。本工程高喷灌浆共一排，孔距1.5m，共604孔。
4.1施工工序及其质量控制
4.1.1摆喷试验
为了掌握高喷灌浆在本工程地质环境中的喷射范围、相互搭接情况、渗透系數及固结体强度等指标能否满足设计止水要求，从而确定正式施工时的高压喷射灌浆技术参数，在上游铺盖上取10 m做试喷试验。试验孔的孔距选择1.5, 1.6 m两种进行对比。试喷完7d后通过开挖检查相互搭接情况、水泥包裹砂砾石情况，并取心做固结体密度、强度、渗透性和耗用水泥等对比试验，发现孔距1.4 m既满足设计止水要求又经济合理，同时，可确定前述的各项技术指标。
4.1.2测量定孔
摆喷孔轴线根据设计要求放样,摆喷墙的端点留置坐标参数,突出的转折点留置特别编号并于现场留置特别标志。摆喷孔位用精钢尺施放,孔位在轴线上和垂直方面偏差不超过5cm。
4.1.3造孔
造孔是摆喷灌浆的先导工序,钻孔深度与孔斜的控制是保证摆喷墙有效搭接的关键。
造孔选用XY-100 型回转钻机,分两序进行,泥浆护壁钻进。将钻机移至孔位,使钻具中心对准孔位,开钻前用金属水平尺两个垂直方面正反测量校准,确保机台水平。钻孔深度要求入基岩0.50m ,这样要求基岩岩心采取率达60 % ,即岩心长度达30cm ,否则,适当增加孔深。根据经验,摆喷墙半径可达1.35m ,考虑邻孔相背倾斜的可能性,20m孔深偏离20cm ,还可保证摆喷墙搭接,因此,确定孔斜率不大于1 %。孔斜检测控制方法,即用金属水平尺两个垂直方面靠在主动钻杆上检测,偏差不超过5mm。
4.1.4制浆
本工程坝体及基础砂卵石层高压摆喷灌浆浆液为纯水泥浆,使用42.5普通硅酸盐水泥,水灰比为1.5∶1～0.6∶1,浆液比重1.5～1.7g/cm3。水泥浆采用二级搅拌,二级过滤。一级搅拌时间不少于90s,经过一级过滤后进入二级搅拌机,边搅拌边过滤边使用,水泥浆自制备至用完的时间不超过4h。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。
4.1.5试喷
下管前先地面进行水、浆、气试喷,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。
4.1.6下喷射管
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。
4.1.7高压摆喷灌浆
本工序是成墙的主要工序,控制好摆喷的主要施工技术参数是确保成墙质量的关键,另外,造孔工序的某些缺陷和不足以及某些客观条件的影响都需要本工序作相应的调整以保证摆喷墙的质量。
灌浆孔分两序，施工中采用隔孔跳跃法施工，一序孔完成后做相邻二序孔的时间间隔不小于24小时。
注浆材料及配方：注浆材料为42.5R普通硅酸盐水泥，其相对密度为1.50～1.70，应添加2%速凝剂和20%膨润土。
高喷灌浆必须在底板砼强度达到50%的设计强度后方可施工，灌浆过程必须加强观测，防止砼体被抬动，开裂或漏浆。
造孔完成后,移动高喷台车就位,安装好喷射管和旋提摆,对中找平,将喷管下入孔中,检测孔斜,根据孔斜情况,喷管可稍作调整,若孔底沉渣较多,采取喷射结合利用旋提摆装置配合扫孔,直至喷管完全到达孔底,否则,将喷管拔出移至下孔,由造孔组重新造孔。喷管下到预计深度后,启动喷射系统,按气、水、浆液的顺序将其送到孔底,开始时, 只摆喷不提升, 待孔的回浆密度达到1.3g/cm3 以上开始提升,到设计墙顶高程后静喷数分钟后即可停喷提管。喷灌提升时应均匀连续不断,中途如排除故障或拆管,动作要快且重新开喷之前要将喷管向孔内插入30cm ,以确保墙体搭接。喷射时按试喷结果严格控制施工技术参数,同时要经常观测孔口回浆量(控制在20%以内)和回浆密度不小于1.3g/cm3 ,如不符合要求则应及时调整提升速度、浆量、浆液浓度等。
4.1.8灌浆孔回填成墙
喷射作业完成后进行回填灌浆,直至孔内的浆面不再下沉为止。对收缩严重的高喷孔进行多次回填,直至填满为止。
5施工中出现的特殊问题及对策
在高喷灌浆施工中,钻孔和灌浆过程经常会出现塌孔、漏浆、冒浆、串孔、裂缝等问题引起压力突然变化、孔口回浆密度或者回浆量异常等情况时,应查明原因,及时进行处理。
a.冒浆量降低或冒浆断续或者孔口不冒浆时,应分析原因,采取相应处理的措施。
在本工程灌浆过程中发现16#孔下段注浆量很大,尽管地表面和坝坡面未见漏浆,但推断分析有外漏或土体中有较大的空隙引起。采用停止喷杆提升,增大注浆量和加大浆液密度措施处理,等待孔口返浆正常以后再正常提升钻杆或者喷杆。
b.回浆量极少或不回浆
施工时,出现多处渗漏严重地段,这些地段卵石层非常松散,部分为管涌区,摆喷灌浆时回浆量很少或者不回浆。出现这种情况时,一般采取静喷方法,同时针对不同情况分别采取措施。对不回浆地段,多采取在浆液中掺加适量的速凝剂(水玻璃) ,同时增大浆液浓度;对回浆量很少的地段,则采用增大注浆量以及增大浆液浓度等措施,待回浆正常后再继续正常提升。
c. 回浆量过大
出现这种现象的原因或者是砂卵石太密实,或者是卵石颗粒太大,使有效喷射范围与注浆量不适应,注浆量大大超过摆喷固结所需的浆量所致。一般采取提高喷射压力、适当减小喷嘴孔径以及加快提升和旋转速度等措施来减少回浆量,确保摆喷墙连续完整。3) 发生串浆。先充填被串孔,灌浆孔高喷灌
浆结束后,应利用回浆或水泥浆及时回灌，直至孔口浆面不下降位置。再进行被串孔的扫孔灌浆或继续钻进。
d.喷射时严密监视各系统的运转情况,发现异常及时处理。
e.接、卸换管时要迅速防止坍孔和堵塞。
6 防渗效果检查
采用钻孔取芯检查法对防渗墙体进行质量检查,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连接处,自上而下分段钻孔、取心和进行静水头压水试验。该工程完工后经受了高水位的考验,未发现有漏水现象,达到了设计要求的防渗要求。
7 结束语
高压摆喷灌浆防渗在钱塘江干堤富春江库区建德市梅城段(梅城大坝)加固工程中取得成功,但是高喷灌浆属于隐蔽工程,施工时必须严格控制施工参数才能确保施工质量。高喷管的提升速度、水泥浆液的比重、灌浆的压力、回浆量等是施工控制的关键。该技术具有设备简单、工效高、技术可靠、防渗效果良好、工程造价合理、施工条件要求低等优点,可广泛应用于防渗工程中。
参考文献：
[1] 水电水利工程高压喷射灌浆技术规范(DL/T5200-2004)[S].
[2] 水利水电工程施工手册[M].中国电力出版社,2004.
关键词：高压摆喷灌浆；施工工艺及流程；防渗效果
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
钱塘江干堤富春江库区建德市梅城段(梅城大坝)加固工程位于浙江省建德市梅城镇，工程由原堤防加固、原城门洞打通及东、西湖排涝泵站拆除重建等组成。堤防加固工程在已建堤防上进行加固改造。原有堤防均为斜坡式，本次加固设计断面采用直立式断面，拆除原有迎水面干砌块石护坡及部分粘土斜墙等，设置C15砼灌砌块石挡墙，墙高6.5m，迎水侧设40cm厚C25砼贴坡，墙顶设60cm厚C20砼压顶，迎水侧边坡1∶0.2，背水侧边坡1∶0.2，挡墙底板宽5.0m，厚1.0m，下设10cm厚C10混凝土垫层。挡墙上游侧设置4.65m长C20砼铺盖，厚度60cm，下设10cm厚C10混凝土垫层。挡墙底板与上游铺盖之间设置橡胶止水，为保护坡脚、防止冲刷及行船撞击，在护坡外侧采用抛石混合料填筑至24.00m高程设置镇压平台。
为截断基底砂砾卵石层的渗漏通道，在上游铺盖底部设置高压摆喷灌浆一道，有效厚度10cm，灌浆底高程4.70m～10.50m。
2地质条件
梅城大坝堤基为砂砾卵石、含泥砂砾石、卵砾石夹粉质粘土，总体上呈稍密～密实状，厚度0.6～9.2m，强度较高，与下伏基岩呈不整合接触，工程地质条件总体较好。堤防外侧原人工堆积的疏、密不匀的砖瓦、块石、粉质粘土或粘土的混杂体，由于厚度不均，性质变化大，工程地质条件较差。
3高压摆喷灌浆的工作原理
高压摆喷灌浆成墙技术原理是采用钻机造孔，然后把带有喷头的喷浆管下至地层预定的位置，用从喷嘴出口喷出的射流冲击和破坏地层。剥离的土颗粒的细小部分随着浆液冒出地面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与注入的浆液掺搅混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律地重新排列，在土体中随着喷头一面摆动一面提升，形成似哑铃或扇形柱体的凝结体,用以提高地基防渗或承载能力的施工技术。
4施工工艺及流程
高压摆喷灌浆施工工艺流程为: 摆喷试验→测量定孔→造孔→制浆→试喷→下喷射管→喷浆→摆动提升→灌浆孔回填成墙。本工程高喷灌浆共一排，孔距1.5m，共604孔。
4.1施工工序及其质量控制
4.1.1摆喷试验
为了掌握高喷灌浆在本工程地质环境中的喷射范围、相互搭接情况、渗透系數及固结体强度等指标能否满足设计止水要求，从而确定正式施工时的高压喷射灌浆技术参数，在上游铺盖上取10 m做试喷试验。试验孔的孔距选择1.5, 1.6 m两种进行对比。试喷完7d后通过开挖检查相互搭接情况、水泥包裹砂砾石情况，并取心做固结体密度、强度、渗透性和耗用水泥等对比试验，发现孔距1.4 m既满足设计止水要求又经济合理，同时，可确定前述的各项技术指标。
4.1.2测量定孔
摆喷孔轴线根据设计要求放样,摆喷墙的端点留置坐标参数,突出的转折点留置特别编号并于现场留置特别标志。摆喷孔位用精钢尺施放,孔位在轴线上和垂直方面偏差不超过5cm。
4.1.3造孔
造孔是摆喷灌浆的先导工序,钻孔深度与孔斜的控制是保证摆喷墙有效搭接的关键。
造孔选用XY-100 型回转钻机,分两序进行,泥浆护壁钻进。将钻机移至孔位,使钻具中心对准孔位,开钻前用金属水平尺两个垂直方面正反测量校准,确保机台水平。钻孔深度要求入基岩0.50m ,这样要求基岩岩心采取率达60 % ,即岩心长度达30cm ,否则,适当增加孔深。根据经验,摆喷墙半径可达1.35m ,考虑邻孔相背倾斜的可能性,20m孔深偏离20cm ,还可保证摆喷墙搭接,因此,确定孔斜率不大于1 %。孔斜检测控制方法,即用金属水平尺两个垂直方面靠在主动钻杆上检测,偏差不超过5mm。
4.1.4制浆
本工程坝体及基础砂卵石层高压摆喷灌浆浆液为纯水泥浆,使用42.5普通硅酸盐水泥,水灰比为1.5∶1～0.6∶1,浆液比重1.5～1.7g/cm3。水泥浆采用二级搅拌,二级过滤。一级搅拌时间不少于90s,经过一级过滤后进入二级搅拌机,边搅拌边过滤边使用,水泥浆自制备至用完的时间不超过4h。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。
4.1.5试喷
下管前先地面进行水、浆、气试喷,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。
4.1.6下喷射管
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。
4.1.7高压摆喷灌浆
本工序是成墙的主要工序,控制好摆喷的主要施工技术参数是确保成墙质量的关键,另外,造孔工序的某些缺陷和不足以及某些客观条件的影响都需要本工序作相应的调整以保证摆喷墙的质量。
灌浆孔分两序，施工中采用隔孔跳跃法施工，一序孔完成后做相邻二序孔的时间间隔不小于24小时。
注浆材料及配方：注浆材料为42.5R普通硅酸盐水泥，其相对密度为1.50～1.70，应添加2%速凝剂和20%膨润土。
高喷灌浆必须在底板砼强度达到50%的设计强度后方可施工，灌浆过程必须加强观测，防止砼体被抬动，开裂或漏浆。
造孔完成后,移动高喷台车就位,安装好喷射管和旋提摆,对中找平,将喷管下入孔中,检测孔斜,根据孔斜情况,喷管可稍作调整,若孔底沉渣较多,采取喷射结合利用旋提摆装置配合扫孔,直至喷管完全到达孔底,否则,将喷管拔出移至下孔,由造孔组重新造孔。喷管下到预计深度后,启动喷射系统,按气、水、浆液的顺序将其送到孔底,开始时, 只摆喷不提升, 待孔的回浆密度达到1.3g/cm3 以上开始提升,到设计墙顶高程后静喷数分钟后即可停喷提管。喷灌提升时应均匀连续不断,中途如排除故障或拆管,动作要快且重新开喷之前要将喷管向孔内插入30cm ,以确保墙体搭接。喷射时按试喷结果严格控制施工技术参数,同时要经常观测孔口回浆量(控制在20%以内)和回浆密度不小于1.3g/cm3 ,如不符合要求则应及时调整提升速度、浆量、浆液浓度等。
4.1.8灌浆孔回填成墙
喷射作业完成后进行回填灌浆,直至孔内的浆面不再下沉为止。对收缩严重的高喷孔进行多次回填,直至填满为止。
5施工中出现的特殊问题及对策
在高喷灌浆施工中,钻孔和灌浆过程经常会出现塌孔、漏浆、冒浆、串孔、裂缝等问题引起压力突然变化、孔口回浆密度或者回浆量异常等情况时,应查明原因,及时进行处理。
a.冒浆量降低或冒浆断续或者孔口不冒浆时,应分析原因,采取相应处理的措施。
在本工程灌浆过程中发现16#孔下段注浆量很大,尽管地表面和坝坡面未见漏浆,但推断分析有外漏或土体中有较大的空隙引起。采用停止喷杆提升,增大注浆量和加大浆液密度措施处理,等待孔口返浆正常以后再正常提升钻杆或者喷杆。
b.回浆量极少或不回浆
施工时,出现多处渗漏严重地段,这些地段卵石层非常松散,部分为管涌区,摆喷灌浆时回浆量很少或者不回浆。出现这种情况时,一般采取静喷方法,同时针对不同情况分别采取措施。对不回浆地段,多采取在浆液中掺加适量的速凝剂(水玻璃) ,同时增大浆液浓度;对回浆量很少的地段,则采用增大注浆量以及增大浆液浓度等措施,待回浆正常后再继续正常提升。
c. 回浆量过大
出现这种现象的原因或者是砂卵石太密实,或者是卵石颗粒太大,使有效喷射范围与注浆量不适应,注浆量大大超过摆喷固结所需的浆量所致。一般采取提高喷射压力、适当减小喷嘴孔径以及加快提升和旋转速度等措施来减少回浆量,确保摆喷墙连续完整。3) 发生串浆。先充填被串孔,灌浆孔高喷灌
浆结束后,应利用回浆或水泥浆及时回灌，直至孔口浆面不下降位置。再进行被串孔的扫孔灌浆或继续钻进。
d.喷射时严密监视各系统的运转情况,发现异常及时处理。
e.接、卸换管时要迅速防止坍孔和堵塞。
6 防渗效果检查
采用钻孔取芯检查法对防渗墙体进行质量检查,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连接处,自上而下分段钻孔、取心和进行静水头压水试验。该工程完工后经受了高水位的考验,未发现有漏水现象,达到了设计要求的防渗要求。
7 结束语
高压摆喷灌浆防渗在钱塘江干堤富春江库区建德市梅城段(梅城大坝)加固工程中取得成功,但是高喷灌浆属于隐蔽工程,施工时必须严格控制施工参数才能确保施工质量。高喷管的提升速度、水泥浆液的比重、灌浆的压力、回浆量等是施工控制的关键。该技术具有设备简单、工效高、技术可靠、防渗效果良好、工程造价合理、施工条件要求低等优点,可广泛应用于防渗工程中。
参考文献：
[1] 水电水利工程高压喷射灌浆技术规范(DL/T5200-2004)[S].
[2] 水利水电工程施工手册[M].中国电力出版社,2004.