高壓噴射灌漿技術在防滲工程中的應用

吳建平

【摘 要】本文以水庫壩基防滲墻的設計及灌漿方法為例,重點介紹了三管法高壓噴射灌漿技術以及施工中的質量控制方法,經試驗檢測得出防滲墻質量良好的結論。

【關鍵詞】防滲墻,高壓噴射灌漿技術,質量控制,質量檢查

【中圖分類號】TV5【文獻標識碼】A

1、前言

高壓噴射法就是利用工程鉆機鉆孔至設計處理的深度后,用高壓泥漿泵,通過安裝在鉆桿的桿端置于孔底的特殊噴嘴,向周圍土體高壓噴射固化漿液,同時鉆桿以一定的速度邊旋轉邊提升,高壓射流使一定范圍內的土體結構破壞,并強制與固化漿液混合,凝固后便在土體中形成具有一定性能和形狀的固結體。

固結體的形狀和噴射流的移動方向有關。一般分為旋轉噴射(簡稱旋噴),定向噴射(簡稱定噴)和擺動噴射(簡稱擺噴)。旋噴樁主要用于加固地基,提高地基的抗剪強度,改善地基土的變形性能,使其在上部結構荷載作用下,不至破壞或產生過大的變形。定噴固結體呈壁狀,擺噴形成厚度較大的扇狀固結體。定噴和擺噴通常用于地基防滲,改善地基土的水力條件及邊坡穩定等工程。高壓噴射灌漿技術具有諸多優勢:可灌性好;可控性好;連接可靠;機動靈活;適應地層廣、深度較大;對施工場地要求不高。

2、工程概況

某水庫樞紐建筑物有攔河壩、順河壩、泄洪閘、北干渠首閘和南干渠首閘。其中,順河壩東起泄洪閘,沿沙河右岸一級階地大致呈東西走向,全長16.2km,為均質土壩。順河壩壩基上部為重粉質壤土和粉質黏土,厚度不等,一般為4m-10m;中部為礫質粗砂和砂卵石層,屬強透水層,厚達17m-22m;下部為第三紀黏土巖或石英砂巖。由于中部的強透水性,造成庫水沿此強透水層向外滲漏,與壩基階地天然地下水匯合,形成了壩基承壓水。近年來由于人為活動影響和工程老化,原有降壓井的效果已不理想,順河壩個別壩段承壓水位明顯高于地面。為此,對問題比較嚴重的壩段,選用高壓噴射灌漿技術在壩基下建防滲墻,截斷滲流,以解決該壩段突出的滲漏和安全問題。

3、技術方案

為了取得合理的設計參數和施工方案,特在順河壩壩段后選擇工程地質條件有代表性的場地進行高壓擺噴圍井試驗。在完成壩后河床內高噴現場試驗的基礎上,確定具體設計及工藝技術參數如下。

3.1 工程特性

由于104m-90m高程為重中粉質壤土(壩體填筑和覆蓋層土),防滲墻從重中粉質壤土頂板上1.5m開始灌漿至基巖以下1m,形成一個上接重中粉質壤土,底部插入基巖的封閉式防滲墻體。要求墻體厚度達到20cm以上,造孔的孔斜率要求小于0.8%。

3.2 施工工藝參數

灌漿材料選用水泥黏土漿,即強度等級為32.5的普通硅酸鹽水泥占70%,黏性土(膨潤土)占30%,水、干料比為1∶11.1。灌漿參數:水壓力:38MPa-42MPa;水量:70L/min;氣壓力:0.7MPa;氣量:1m³/min;漿壓力:0.5MPa;漿量:80L/min;進漿密度:1.53g/cm³;回漿密度:1.20g/cm³;擺動速度:6°/s。擺動角度:30°;噴射角度(擺噴凝結體軸線與防滲墻軸線夾角):30°;提升速度:土層8cm/min-10cm/min,砂層10cm/min-13cm/min,卵石層7cm/min-10cm/min。

4、質量控制

4.1 造孔

采用地質鉆機造孔,泥漿固壁。孔深達到設計深度時,提取巖芯,經檢驗認可后方可終孔。終孔后要測斜驗收,合格后搬遷孔位。

4.2 制漿

制漿時,指派專人定時檢查并登記水泥耗量,每隔一定的天數清查核對水泥出入庫和庫存量。定時測量漿液比重,保證漿液濃度符合設計值。自制備至用完時間不應超過4h,否則,作為廢漿處理。

4.3 灌漿

提升速度。土層中提升速度可稍快,砂卵(礫)石層中應放慢,含有較大塊石或塊石比較集中的地層應更慢。先序孔提升速度可稍慢,后序孔可相對快些。施工中,當發現返漿量減少時應放慢提升速度。

進漿量控制。除在制漿過程中嚴格控制水泥用量、保證漿液濃度外,對進水量同樣要嚴格控制,方可保證進漿量。事故停噴。高噴灌漿應連續作業,不間斷施工,一次成型。噴射過程中因發生事故停噴超過1h-2h,即作為事故,要做特殊處理方可繼續噴灌,恢復噴射時要求從停噴深度以下0.5m開始提升噴射。

終孔回灌。回灌不及時,孔口土體塌落將使已成樁體中出現漿體包裹的空洞。一般應在終孔1h后進行回灌,可采用置換出的棄漿,以節約水泥用量。

5、質量檢測

防滲墻的滲透性。灌漿施工結束待防滲墻體凝固30d后,將550m的灌漿壩段分為4個檢查段,在這4處設置防滲檢查試驗圍井,用注水試驗測定封閉圍井的滲透性來判斷防滲墻質量。從試驗結果看,防滲墻質量均達到優或良。防滲墻的連續性及厚度。施工結束30d后,采用地質雷達技術對防滲墻的連續性和厚度進行檢測。設計要求防滲墻體平均厚度20cm,地質雷達檢測表明,高噴防滲體形態為東西雙向齒形,平均厚度37cm,最大厚度74cm,最小厚度16cm,防滲墻體東西方向上連續性好,垂向深度上較連續。防滲墻體結合體的強度。分別在檢查段之間防滲墻交叉接觸位置布置檢查孔,在檢查孔的中部取樣品做物理力學試驗。試驗表明,防滲墻的抗壓強度符合設計要求。

6、噴射時應注意以下事項

灌漿深度大時,易造成上粗下細的固結體,影響固結體的承載能力或抗滲作用,因而需采用增大壓力和流量或降低旋轉和提升速度等措施補救:當發現噴漿量不足而影響工程質量時,可采用復噴技術;當冒漿量大于灌漿量的20%時,可采用提高噴射壓力、縮小噴嘴直徑、加快提升速度和旋轉速度等措施,對冒出的漿液,可回收利用。

根據工程需要調節噴射壓力和灌漿量,改變噴嘴移動方向和速度,控制噴射固結體的形狀,即圓盤狀、圓柱狀、大底狀、糖糊蘆狀、大帽狀和墻壁狀。噴灌后的漿液有析水現象,可造成固結體頂部出現凹穴,對地基加固及防滲不利。為此,可采用靜壓灌漿或漿液中添加膨脹材料等措施預防。高壓泵是高壓噴射灌漿中的關鍵設備,要求壓力和流量能在一定的范圍內調節。額定流量為85～150L/min;額定壓力為20～50MPa。

7、結語

高壓噴射灌漿防滲墻屬于地下隱蔽工程,設計要求高,施工控制嚴,其施工質量優劣的關鍵在于施工參數的選擇是否合理。因此,施工前應針對不同的地層情況做好施工前的試驗性施工,根據試驗結果選擇合理的施工參數。由于高噴灌漿工藝復雜,技術要求高,因此,選擇一支施工經驗豐富,質量過硬,信譽度高的施工隊伍是保證高壓噴射灌漿防滲墻施工質量的前提。高壓噴射灌漿凝結體系在地層中直接形成,不能直接觀察到凝結體的質量,選用既科學又切合實際的方法來檢測其防滲質量、效果,具有十分重要的工程意義。

參考文獻

【1】陳敬學,高噴技術在壩基防滲工程中的應用研究,人民長江,2002-09

【2】朱日軍,高壓噴射灌漿技術在水利防滲工程中的應用,廣西水利水電,2005-09

【3】徐有前,高壓噴射灌漿技術在大壩防滲加固中的應用,合肥工業大學學報(自然科學版),2003-06