高壓擺噴防滲墻圍井試驗分析

石 梅

一、工程概況

蚌埠閘擴建船閘建設(shè)工程區(qū)的地下水主要為第四系孔隙水，受大氣降水和淮河的補給，并主要分布于第四系土層的粘性土和砂性土中，其中砂層中的孔隙水具承壓性，該層承壓水與淮河水有較強的水力聯(lián)系。工程地質(zhì)狀況從上至下分為：粉質(zhì)壤土層、細砂層和粉質(zhì)粘土層。

基坑開挖設(shè)計采用高壓擺噴墻進行基礎(chǔ)截滲處理、下游結(jié)合永久裹頭在迎水側(cè)灌注樁后加一排高壓懸噴樁以提高二期基坑防滲效果。

高壓擺噴截滲墻共647孔6794m（其中一期517孔5429m，二期130孔1365m），高壓懸噴樁61根約710m。截滲墻施工：開挖基坑一期土方至16m高程左右，建立截滲墻施工平臺，設(shè)計截滲墻墻頂高程10.5m，截滲墻深入相對不透水層約1m，平均墻深約10m。

開工即組織工藝性圍井試驗，選擇合理的施工參數(shù)（如孔距、提升速度、擺動速度、影響半徑以及灌漿壓力、氣壓、水壓、漿液密度等），并開挖檢查成墻質(zhì)量。

二、試驗?zāi)康?/h2>

一是選定鉆機有效的鉆進方法，以保證有效成孔，孔斜率控制在0.5%以內(nèi)。

二是按照高壓擺噴防滲墻技術(shù)指標，選定孔位間距。

三是確定高壓擺噴防滲墻采用的施工工藝及相關(guān)參數(shù)，制定相應(yīng)操作規(guī)程。

四是檢驗高壓擺噴防滲墻試驗墻內(nèi)的截滲效果。

三、圍井結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)設(shè)計要求，布置圍井一口，圍井中心（抽水井）位置設(shè)于高壓擺噴防滲墻拐角處，經(jīng)過鉆孔顯示，該部位地質(zhì)情況與鉆探地質(zhì)情況基本吻合。利用設(shè)計的高壓擺噴防滲墻墻位的高壓擺噴孔 2 個（1#、2#），在外圍另加高壓擺噴孔 4 個（3#、4#、5#、6#），高壓擺噴防滲墻墻頂設(shè)在19.5m高程形成圍井，進行抽水試驗，檢查抗?jié)B效果。孔深按設(shè)計要求墻底高程按-1.0m進行，井孔距選用1.3m，圍井布置見圖1。

四、主要工藝參數(shù)

高壓擺噴灌漿采用三重管法，先施工Ⅰ序孔（1#、3#、5#），再施工Ⅱ序孔（2#、4#、6#），采用的主要工藝參數(shù)見表1。

五、施工工藝

1.主要施工環(huán)節(jié)

（1）測量定孔

圍井布置放線定孔位，每孔誤差不大于2cm，用木樁固定，標上孔號，并妥善保護，鉆灌孔統(tǒng)一編號。

（2）鉆機造孔

造孔采用XY-2型地質(zhì)鉆機，合金鉆頭泥漿護壁回轉(zhuǎn)鉆進。

鉆孔前校對孔位，確定孔位無誤后將鉆機移至鉆孔位置，對準孔位，然后用水平尺調(diào)整機身水平，立軸垂直，墊平，墊牢機座，測試無誤后方可開鉆，以控制成孔斜度。

開鉆時輕壓慢鉆，鉆進中經(jīng)常用水平尺檢查鉆機立軸的垂直度。鉆進過程中隨時注意鉆機的工作情況，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并糾正。鉆進中詳細記錄地層情況，直至鉆至設(shè)計深度。對漏漿、掉鉆等特殊情況要詳盡記錄。

鉆孔施工時，嚴格控制成孔斜度。按設(shè)計要求測量孔斜，應(yīng)使孔斜率降至最低，要求孔底偏斜率不大于0.5%，以確保防滲墻的搭接可靠。

鉆孔測斜是檢驗成孔質(zhì)量的重要手段，必須有正確的使用方法和高精度的測斜儀器。采用JJX—3A型井斜儀，精度高，可以直接測量孔斜頂角，經(jīng)計算后得到鉆孔斜度。

圖1 圍井布置圖

表1 高壓擺噴灌漿主要工藝參數(shù)表

圖2 公式代號示意圖

鉆進暫停或終孔待噴時，在孔口加蓋保護，并應(yīng)防止孔內(nèi)塌孔。

（3）下噴射管

將高壓擺噴臺車移至孔口處，先進行地面試噴并調(diào)準噴射方向。噴射管要求下到設(shè)計深度，誤差不大于10cm，同時將井口擺動裝置調(diào)整好方向，并與其他工序相互配合，做好灌漿前的準備工作。

（4）制漿

嚴格按配合比與程序制漿。采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，水直接從淮河中抽取經(jīng)過濾沉淀后使用。采用重量稱量法，稱量誤差應(yīng)小于5%；漿液必須攪拌均勻并測定漿液密度。施工中隨時對現(xiàn)場水泥進行計量。

采用普通攪拌機，水泥漿的攪拌時間不少于90s。漿液自制備至用完時間少于4h。漿液控制過程中應(yīng)保持均勻上料，使?jié){液比重保持在要求范圍內(nèi)。

制漿站嚴格按配比配置漿液，并及時泵送，制漿站每30min測定漿液比重一次，并對制漿量及比重作詳細記錄，如漿料發(fā)生變化，應(yīng)隨時加測。

（5）噴射灌漿

鉆孔經(jīng)檢驗合格后，即可進行高壓擺噴臺車就位、下管。

噴漿作業(yè)時，先在地面試噴并調(diào)整噴射方向，壓力達到規(guī)定值時，檢查高壓射流壓力、噴嘴形狀和直徑、高壓管路和高壓泵系統(tǒng)工作是否正常。通過試噴檢查供氣、水和供漿系統(tǒng)及管路是否暢通。

圖3 公式代號示意圖

試噴結(jié)束后將噴射管移至孔位，將噴射管下放到孔中的設(shè)計深度。下噴射管時，用膠布包裹水嘴，防止下管時噴嘴堵塞。

噴射管下到設(shè)計深度，調(diào)整好噴射方向，先按規(guī)定參數(shù)送漿、氣、水進行靜噴，待漿液返回孔口、情況正常后方可按規(guī)定速度提升。

噴射灌漿應(yīng)連續(xù)作業(yè)，如終止后重新進行高壓擺噴作業(yè)時，應(yīng)進行復(fù)噴，復(fù)噴搭接長度一般不小于0.5m。

中斷供漿、水、氣時，將噴頭下沉至停噴點以下0.5m，待恢復(fù)供應(yīng)時再噴射提升，因故停機超過3h，應(yīng)對泵體和輸漿管進行清洗。

高壓擺噴過程中應(yīng)經(jīng)常檢查高壓水泵、低壓泥漿泵、風(fēng)壓力以及漿液流量、風(fēng)流量、水量、提升速度等。

（6）回漿利用

從孔口冒出的部分漿液，除被切割的地層顆粒外，大部分為水泥漿，將冒漿導(dǎo)入沉淀池，使地層顆粒沉淀，并盡快將無沉淀的水泥漿泵送到攪拌機回收利用，這樣既可以節(jié)約成本又能保護環(huán)境。

（7）回灌封孔

噴射結(jié)束后，應(yīng)連續(xù)將冒漿回灌至孔內(nèi)，直至孔內(nèi)液面不下降為止。

（8）棄漿排放

舍棄的漿液沿排漿溝排放到指定地點。

六、質(zhì)量要求

固結(jié)體抗壓強度：R28=10MPa；墻體滲透系數(shù)：K≤1×10-6cm/s；高壓噴射注漿試驗施工結(jié)束后，開挖檢查防滲墻的墻體垂直度、連續(xù)性、均勻性和搭接程度。

七、試驗成果及分析意見

1.第一次抽水試驗

按潛水完整井、岸邊單孔抽水井選擇計算公式求滲透系數(shù)。計算公式如下：

公式中代號詳見圖2。

其中：K——滲透系數(shù)（cm/s）；

Q——穩(wěn)定出水量（m3/d）；

H——抽水前井內(nèi)水深（m）；

S——井內(nèi)水位穩(wěn)定降深（m）；

b——抽水井中心至庫內(nèi)水邊的距離（m）；

r——抽水井半徑（0.15m）；

平均滲透系數(shù)Kcp=5.72×10-3cm/s。

2.第二次抽水試驗

采用改進達西定律公式計算滲透系數(shù)，計算公式如下：

公式中代號詳見圖3。

其中：K——滲透系數(shù)（cm/s）；

Q——穩(wěn)定出水量（m3/d）；

L——圍井中心線處周長（m）；

t——高壓擺噴板墻厚度（m）；

H——井內(nèi)水位至井底距離（m）；

S——井內(nèi)水位穩(wěn)定降深（m）；

平均滲透系數(shù)Kcp=5.16×10-7cm/s。

此次抽水試驗嚴格按抽水試驗規(guī)程進行，測得的滲透系數(shù)能真實反映成井后地層滲透性，符合設(shè)計規(guī)定的要求，完全能夠達到預(yù)計的防滲加固效果。

八、結(jié)論

在蚌埠閘特定的地理條件下，必須通過圍井試驗，并對圍井試驗結(jié)果進行質(zhì)量檢查，以驗證施工設(shè)計的合理性和施工的可靠性。在用高壓噴射灌漿進行除險加固工程時，施工中的工藝參數(shù)成為現(xiàn)場施工的重要指標，為正確施工奠定了科學(xué)的基礎(chǔ)