某水庫副壩高壓旋噴樁試驗施工質量控制分析

趙青山 陳懷均

1 工程概況

山西大同孤山水庫位于御河中上游,壩址距大同市區18 km。設計正常蓄水位高程為1 119.50,水庫總庫容為546.74萬m3,水庫回水長度為4.5 km。設計攔河壩壩型為混凝土閘壩,壩頂高程1 123 m,最大壩高23 m。壩頂長157 m。水庫右岸右京包(大包)鐵路經過,副壩主要為防護右岸大包鐵路,與主壩相接順延鐵路路基邊坡腳向上游延伸1 km左右。孤山水庫基礎處理工程為副壩29a～40a,高壓旋噴樁施工軸線長180 m,寬度13.2 m～13.7 m。施工設計樁長分別為8 m,10 m,11 m。高程1 109.00～1 105.00。樁徑1.0 m。試驗孔布置定在32a壩段。副壩壩基覆蓋層主要為全新統沖洪積物,巖性表層為淡黃色低液限粉土,結構松散,其下為級配不良礫夾級配不良砂,局部為卵石混合土透鏡體,結構松散,局部架空,分選差。礫卵石主要成分是變質巖,細粒為中粗砂,主要礦物成分是石英、長石、云母及一些巖屑。

2 高壓旋噴樁施工處理技術

2.1 高壓旋噴樁工作原理

高壓旋噴樁是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進土層的預定位置后,利用高壓設備將漿液或水以20 MPa～40 MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出,沖擊破壞土體,同時鉆桿以一定的速度漸漸向上提升,將漿液與土粒強制攪拌混合,漿液凝固后,在土中形成一個固結體,即旋噴樁,它具有增大地基強度,提高地基承載力、止水防滲,減少支擋結構物壓力,防止砂土液化和降低土的含水量等多種功能。高壓旋噴注漿種類主要有單管法、二重管法、三重管法、多重管法和多孔管法,可進行旋噴、定噴和擺噴施工,也可進行超深等地層的防滲處理。

2.2 施工各項參數的選定

2.2.1 孔位參數

通過參考類似的經驗,試驗孔間距250 cm。鉆孔孔位偏差與設計孔位偏差不大于5 cm。造孔孔斜不應超過1%。高噴灌漿宜全孔自下而上連續作業。需要中途拆卸噴射管時,搭接段應進行復噴,復噴長度不得小于0.2 m;高噴灌漿因故中斷后復噴施工時,應對中斷孔段進行復噴,搭接長度不得小于0.5 m。

2.2.2 高噴灌漿施工參數

老三管法采用的高噴灌漿施工參數見表1,二管法采用的高噴灌漿施工參數見表2。

3 高壓旋噴樁試驗現場施工配備

3.1 高壓旋噴樁試驗施工設備配置

高壓旋噴樁試驗施工設備配置見表3。

3.2 高壓旋噴樁試驗施工人員配置

高壓旋噴樁試驗施工人員配置見表4。

表1 老三管法采用的高噴灌漿施工參數

表2 二管法采用的高噴灌漿施工參數

4 高壓旋噴樁試驗施工現場質量控制

4.1 鉆孔施工

為保證開孔垂直精度,首先對控制樁孔位進行測量放點,開鉆前保證鉆機垂直,取保孔斜滿足要求。

表3 高壓旋噴樁試驗施工設備配置

表4 高壓旋噴樁試驗施工人員配置

4.2 高壓噴射施工

1)地面試噴。振孔高噴臺車就位并對準孔口后,為了直觀檢查高噴噴射系統的完好性以及是否能夠使用要求,首先應進行地面試噴。

2)開噴。噴管鉆(下)至指定深度后,拌制水泥漿液,老三管法要求攪拌水泥漿液的密度為1.6 g/cm3,即可供漿、供風開噴,待各壓力參數和流量參數均達到要求,且孔口已返出漿液,漿液密度達到1.3 g/cm3時,即可按既定的提升速度進行噴射灌漿,二管法要求攪拌水泥漿液的密度為1.4 g/cm3～1.5 g/cm3,即可供漿、供風開噴,待各壓力參數和流量參數均達到要求,且孔口已返出漿液,漿液密度達到1.3 g/cm3時,即可按既定的提升速度進行噴射灌漿。

3)高壓噴射施工質量控制。高壓噴射施工在裝、卸噴射管時,采取措施密封、加快裝卸動作以防噴嘴堵塞。在高噴灌漿過程中,出現壓力突降或突增、孔口回漿濃度和回漿量異常,甚至不返漿等情況時,查明原因后及時處理。當孔內出現嚴重漏漿,孔口不返漿時,及時處理。定期測試水泥漿液密度,當施工中漿液密度超出設定指標時,立即停止提噴,并調整至正常范圍后,再繼續噴射。高噴灌漿發生串漿時,則首先填堵被串孔的高噴灌漿;待其結束后,盡快進行被串孔的掃孔、噴射或繼續鉆進。噴管或噴頭有故障時要停止提升,立即處理,或提出孔口處理,提出孔口后重新下入時,開噴深度要下放0.5 m。

5 高壓旋噴樁試驗施工現場質量檢查

5.1 老三管法取芯和樁頂開挖檢查

試驗結束7 d后,對三個試驗樁的樁頂進行了開挖,開挖試驗樁為F33-4-21樁與F33-5-21號樁,開挖后樁頂高程為1 108.4 m,樁頂直徑經過現場測量F33-5-21號樁直徑為1.5 m,F33-4-21直徑為1.2 m。然后對兩個樁的樁頂中心和距樁中心50 cm的位置進行現場鉆孔取芯檢查,為更直接形象的觀察高噴效果,于6月13日對F33-4-21樁與F33-5-21號樁進行開挖檢查。

檢測過程中可以看出F33-4-21樁中水泥與周圍介質的膠結物,也可看出此樁被水泥填充的結構。為更好的選擇高噴的施工工藝,確保施工質量更加優良,在6月15日開始進行高噴的二管法工藝生產性試驗。

5.2 二管法高噴樁開挖檢查

在6月15日施工了F32-4-16樁,并于第二天施工了F32-4-18樁,其中第二根樁施工時考慮到地下水比較豐富及存在地下動水因素影響,在噴完純水泥漿時又下入噴管到底,噴射水玻璃使之與周圍的水泥漿液混合。經檢查該樁的樁體完整性與連續性很好,本次開挖到高程1 104 m左右,此樁顯露出部位長度為4.0 m左右,樁頂直徑經過現場測量為1.1 m。

通過開挖檢查,本次施工中選用的二管法施工工藝比老三管法更適合于此類有豐富地下水且存在動水的地層。在施工中選用二管法施工工藝。

6 結語

通過對高壓旋噴樁試驗施工取得了較好的經濟效益和社會效益,證明是成功的。所以對于不同的地質情況一定要進行合理的參數設置,并且加強各項工作的管理,提高操作者的素質,施工中調動各種因素參與管理,是工程成功的保證條件,而技術參數的設置和嚴格的工序管理,是保證樁基質量的關鍵。

高壓旋噴工程適用范圍較廣,既可用于工程新建之前,又可用于竣工后的托換工程,具有施工簡單,可機動控制固結體形狀,噴射方向機動可調,耐久性較好等優點。但要注意利用高壓流噴射成樁,受地層土質影響較大,若參數設置、控制措施不當,勢必影響到樁徑及承載力。

高壓旋噴主要適用于處理淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石等地基。但地下水流速過大,漿液無法在注漿管周圍凝固的情況,無填充物的巖溶地段,永凍土以及對水泥有嚴重腐蝕的地基,均不宜采用高壓旋噴。

[1] DL/T 5200-2004,水電水利工程高壓噴射灌漿技術規范[S].

[2] GB 175-85,硅酸鹽水泥和混合水泥的技術規范[S].

[3] 《建筑施工手冊》編寫組.建筑施工手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2004.

[4] 中華人民共和國冶金工業部.高壓旋噴注漿技術規程[M].西安:西安交通大學出版社,2006.

[5] SL 288-2003,水利工程建設項目施工監理規范[S].

[6] 蔣炳亮.淺談高壓旋噴樁注漿法地基處理的施工[J].山西建筑,2008,34(7):132-133.