高壓旋噴防滲墻在水電站船閘工程中的運(yùn)用探討

樊文超

【摘要】為優(yōu)化地基修筑、水利工程等建設(shè)效果，增強(qiáng)其防水功能，做出合理應(yīng)用高壓噴射技術(shù)的提議。文章選擇水電站主體工程作為研究對(duì)象，較為詳細(xì)的探討高壓旋噴防滲墻技術(shù)應(yīng)用情況，合理設(shè)計(jì)該項(xiàng)技術(shù)主要參數(shù)，全面掌握施工要求等，檢測(cè)并客觀評(píng)價(jià)了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用效果。希望能和同行分享技術(shù)方法與經(jīng)驗(yàn)，整體優(yōu)化水電站船閘建造效果，為我國(guó)水利行業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展保駕護(hù)航。

【關(guān)鍵詞】水電站;船閘工程;高壓旋噴;防滲墻技術(shù)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.12.055

1、工程概況

五里河旺莊閘處于五里河K2+400，河道地層從上到下分別是素填土、黏土、砂質(zhì)黏土、中砂。

施工現(xiàn)場(chǎng)已完成“三通已平”，施工運(yùn)輸車(chē)輛可直接入進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)地大致平整?；揪邆涫┕l件。

2、現(xiàn)場(chǎng)高噴試驗(yàn)

既往大量的工程研究表明，水利工程特殊地質(zhì)形成的原因較復(fù)雜，既有的試驗(yàn)成果僅能做參考了，在正式防滲墻施工建設(shè)前，參建方要先開(kāi)展施工工藝試驗(yàn)?；谠囼?yàn)驗(yàn)證擬用工法技術(shù)層面上是否可行、成效是否可靠及經(jīng)濟(jì)投入是否合理等，在此基礎(chǔ)上確定最科學(xué)的施工工序，選擇應(yīng)用最適宜的施工工藝，提供主要的施工技術(shù)數(shù)據(jù)，比如水泥拌合量、水灰比、鉆具的掘進(jìn)與提升速度等，并認(rèn)真檢查各類(lèi)機(jī)械設(shè)備的使用性能，進(jìn)而為高噴防滲墻現(xiàn)場(chǎng)施工活動(dòng)提供更科學(xué)的指導(dǎo)。

2.1開(kāi)挖檢驗(yàn)

明確要求現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖深度、寬度均要≥2.0m，認(rèn)真觀察不同樁體之間的搭接狀態(tài)、混凝土攪拌的均勻度，局部裂縫、缺損等質(zhì)量缺陷的發(fā)生情況。

2.2取芯試驗(yàn)

通過(guò)開(kāi)挖或者鉆孔（墻體厚度>400mm時(shí)）的方式由防滲墻內(nèi)取得水泥土芯樣，在室內(nèi)持續(xù)養(yǎng)護(hù)到28天，將其制作成試（50mmx50mmx50mm）進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與滲透試驗(yàn)，獲得抗壓強(qiáng)度、壓縮模量等指標(biāo)。檢測(cè)驗(yàn)證所得試驗(yàn)參數(shù)是否符合工程設(shè)計(jì)要求。

試驗(yàn)中設(shè)定注漿孔距0.4m，孔深是打進(jìn)相對(duì)不透水層O.5m;漿液水灰比1.0，控制漿液比重1.5g/㎝3;控制水泥漿灌注壓力2.OMPa，流量100L/min，現(xiàn)場(chǎng)注漿提升速度0.2m/min[1]。

本次試驗(yàn)共計(jì)制造了3個(gè)圍井，通過(guò)圍井注水試驗(yàn)滲透系數(shù)分別是6.88×10-7㎝/s，1.62×10-7㎝/s與9.25×10-8㎝/s，都滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)要求的1×10-6㎝/s。

對(duì)于砂壤土、粉質(zhì)壤土、淤積質(zhì)粉質(zhì)壤土相間土層，高噴現(xiàn)場(chǎng)施工可以采用調(diào)整提升速度但是維持其他參數(shù)恒定的形式去達(dá)到。

3、工程設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，為減少周邊水流給施工過(guò)程帶來(lái)的干擾，需要組織施工隊(duì)在清除過(guò)的淤泥區(qū)域開(kāi)展施工活動(dòng)，建造出圍墻結(jié)構(gòu)。圍堰建造好以后，對(duì)其基地進(jìn)行防水處理。執(zhí)行該步驟施工過(guò)程時(shí)，一定要參照既有航道的實(shí)際情況完善設(shè)計(jì)內(nèi)容，防水墻主項(xiàng)數(shù)據(jù)如下：墻長(zhǎng)66m、總墻面積540㎡。其中樁基深度達(dá)到2m-13m，間隔1.1m，場(chǎng)地內(nèi)鉆孔總長(zhǎng)度達(dá)到540m。結(jié)合水利項(xiàng)目的真實(shí)狀況，完善高壓旋噴工藝設(shè)計(jì)（表1）[2]。

4、施工

施工流程（見(jiàn)圖1）。

本工程旋噴樁采用三重管符合噴射高壓水流和壓縮空氣、水泥漿液的工藝，其施工工藝流程如下：

測(cè)方孔位→沖洗器具→回灌漿液→移機(jī)至下一孔位。

4.1確定樁位

測(cè)放孔位：按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，在確定孔位時(shí)，應(yīng)由甲乙雙方技術(shù)人員共同參與確定，為保證孔位的準(zhǔn)確性，樁位必須打入木樁做標(biāo)記。

4.2配制漿液

嚴(yán)格按照1：1的水灰比確定實(shí)際加水高度以及加灰量，并在攪拌機(jī)設(shè)備局部做好相應(yīng)標(biāo)記信息，見(jiàn)表2[3]。

具體實(shí)踐中，嚴(yán)格按照前期標(biāo)注好的加水高度及加灰量進(jìn)行管理控制，漿液水灰比1.0，漿液比重1.5g/㎝3。充分?jǐn)嚢枰院蟛捎帽戎赜?jì)測(cè)量控制漿液密度。要做到每罐一測(cè)，并指派專(zhuān)人準(zhǔn)確記錄相關(guān)信息，包括加水量、加灰量以及漿液密度等。將一道過(guò)濾網(wǎng)布置在灰漿攪拌機(jī)和集料斗之間，利用其過(guò)濾漿液。本工程要求制備好的漿液不可以存在離析情況，如果環(huán)境氣溫在10℃以上并超過(guò)3h，或者在10℃之下超過(guò)5h，都要按照廢漿處理。

4.3鉆機(jī)引孔

先使鉆機(jī)安置在標(biāo)定的孔位上，使鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)孔中心，樁位偏差部應(yīng)大于±5cm;調(diào)整鉆機(jī)水平度及鉆桿垂直度，施工時(shí)保證鉆孔的垂直偏差部超過(guò)1%;成孔直徑為110mm，深度進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖1.00m;終孔后較量鉆具，孔深精度控制在±10cm以?xún)?nèi);以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求方可終孔。

4.4三重管法高壓旋噴樁

高噴灌漿注漿料選用42.5R普通硅酸鹽水泥，水灰比設(shè)計(jì)1.0～1.2，明確要求水泥用量≥550Kg/m（11包/m），可以工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求在水泥漿液中添入外加劑，包括摻和料和速凝劑、減水劑等，加強(qiáng)水泥漿攪拌時(shí)間的控制，配合使用高速、普通攪拌機(jī)的攪拌時(shí)間要分別在30s、90s以上，水泥漿從制備至到完的時(shí)間應(yīng)該被控制在4h以?xún)?nèi)。

高壓注漿泵自身的使用性能要和工程現(xiàn)場(chǎng)所用注漿液的品類(lèi)、密度相互適應(yīng)，指派專(zhuān)人定時(shí)檢查各種壓力表的使用情況。

高噴灌漿要按照從上到下的方向持續(xù)進(jìn)行，控制噴射注漿管提升速度≤10cm/min，中途進(jìn)行接、卸噴射管等操作時(shí)，要對(duì)搭接段進(jìn)行復(fù)噴，復(fù)噴長(zhǎng)度要≥0.2m。高噴灌漿因其他情況中斷后恢復(fù)作業(yè)時(shí)要復(fù)噴中斷孔，要確保搭接長(zhǎng)度≥0.5m。

高噴灌漿施作時(shí)，若出現(xiàn)壓力急劇降低或者土壤增高的情況，則一定要盡早探查具體成因，及時(shí)解決。如果鉆孔中出現(xiàn)了十分嚴(yán)重的漏漿情況時(shí)，可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用如下方法處置：一是適度降低噴射壓力、流量，開(kāi)展原位灌漿活動(dòng);二是把適量速凝劑添加至漿液內(nèi);三是增加漿液密度或者持續(xù)灌注水泥砂漿，水泥粘土漿等物料;四是朝向鉆孔中灌注砂、土等堵漏類(lèi)建材。

當(dāng)觀察到孔口不出現(xiàn)返漿現(xiàn)象時(shí)，工人就要立即停止提升，孔口存在少許返漿時(shí)，應(yīng)適度降低提升速度，在進(jìn)口漿正常的工況下，如果檢測(cè)到孔口回漿密度減小，實(shí)際回漿量增加，則可以降低氣壓并且適度增加進(jìn)漿漿液密度或進(jìn)漿量。

如果高噴灌漿現(xiàn)場(chǎng)施工中出現(xiàn)串漿這一不良狀況時(shí)，則要盡早填堵串漿孔，在灌漿孔高噴灌漿施工康過(guò)程結(jié)束后，要盡早對(duì)串漿孔進(jìn)行掃孔操作，隨后就可以進(jìn)入到高噴灌漿工序內(nèi)，當(dāng)然參建工人結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況還可以持續(xù)鉆進(jìn)。

本工程施工時(shí)，把高壓旋噴施工作為重要工藝內(nèi)容：

（1）高噴臺(tái)車(chē)就位，先對(duì)施工機(jī)具進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)或稱(chēng)試噴，位置機(jī)具試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的高壓水泵泵壓（20±2）MPa，空壓機(jī)風(fēng)壓0.7MPa為宜，泥漿泵泵壓1.OMPa，一定要做到同軸噴射。通過(guò)試噴過(guò)程檢測(cè)檢查噴咀、噴管及全部設(shè)備能正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，下放φ89mm高噴管（三重管）到設(shè)計(jì)深度，在噴射管下放的環(huán)節(jié)中，要配合應(yīng)用膠帶用于保護(hù)噴嘴，減少或規(guī)避局部堵塞的不良情況。

（2）噴漿：在確認(rèn)噴頭抵達(dá)設(shè)計(jì)深度時(shí)，工人要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)送漿，水、氣執(zhí)行靜噴過(guò)程，當(dāng)觀察到漿液返出孔口、一切正常以后就開(kāi)始提升噴管，一定要確保現(xiàn)場(chǎng)噴射過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，控制漿液用量70L/min～80L/min。中途如果拆卸噴射管，那么工人隨后應(yīng)把噴射管下放到原位0.2m之下執(zhí)行復(fù)噴操作，現(xiàn)場(chǎng)噴射活動(dòng)中要定時(shí)檢查車(chē)輛原漿、返漿比重以及水泥漿用量等指標(biāo)，加強(qiáng)風(fēng)壓、水壓的管理控制。如果測(cè)量發(fā)現(xiàn)返漿密度<1.2g/cm3時(shí)，則要即刻暫停提升操作，直到回漿≥1.2g/cm3時(shí)，拆允許恢復(fù)正常噴漿作業(yè)過(guò)程。本工程現(xiàn)場(chǎng)高噴作業(yè)被細(xì)化成三道工序進(jìn)行，明確規(guī)定相鄰I、II序孔的作業(yè)間隔時(shí)間≥24h。

（3）高噴灌注施工中，如果能確定冒漿量超過(guò)注漿量20%時(shí)或徹底不冒漿時(shí)，可以嘗試運(yùn)用如下方法處理：一是如果地層之內(nèi)有較大空隙導(dǎo)致不冒漿時(shí)，可以指導(dǎo)工人在空隙地段增加注漿量，確認(rèn)空隙被填滿(mǎn)以后在進(jìn)行后續(xù)噴射活動(dòng);二是如果現(xiàn)場(chǎng)冒漿量過(guò)大時(shí)，可以采用增加噴射壓力或者適度減縮噴嘴孔徑，或者加速旋轉(zhuǎn)與提高速度等方式，降低場(chǎng)區(qū)內(nèi)的冒漿量;三是加強(qiáng)“冒漿”關(guān)卡的控制，發(fā)現(xiàn)冒漿異?；蛘卟幻皾{時(shí)不可進(jìn)行提升操作。

嚴(yán)格按照工程設(shè)計(jì)要求及監(jiān)理人員做出的指示，利用標(biāo)準(zhǔn)試模收集冒漿試樣去檢查現(xiàn)場(chǎng)高噴注漿情況。高噴灌漿在工程現(xiàn)場(chǎng)要做到全孔自下向上連續(xù)作業(yè)，如果發(fā)生中斷，則要把噴漿管沉到停噴點(diǎn)之下0.5m，在其恢復(fù)正常以后再進(jìn)行噴漿提升。如果停機(jī)時(shí)間>3h，則要逐一清洗泵體和輸漿管路?，F(xiàn)場(chǎng)施工嚴(yán)格控制壓力與提升速度兩大指標(biāo)，確?？字袧{液上返過(guò)程暢通，規(guī)避發(fā)生局部地層劈裂、地面抬動(dòng)等不良情況。高噴灌漿作業(yè)整體結(jié)束后，采用回漿或者水泥漿及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)灌，直到孔口漿面不出現(xiàn)下降現(xiàn)象為止。

（4）加強(qiáng)注漿材料以及注漿量的控制。本工程選擇42.5普通硅酸鹽水泥作為注漿材料，現(xiàn)場(chǎng)注漿量一定要和設(shè)計(jì)要求吻合，利用公式測(cè)算出具體的噴漿液用量。結(jié)合旋噴漿液用量、漿液水灰比能夠求出樁體每1.0m實(shí)際所需的水泥用量。實(shí)際平均水泥用量是0.92t/m。

按照工藝參數(shù)要求計(jì)算，公式：

Q=（H/v）q（1+B）

Q表示的是漿液現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際用量（m3）;q是注漿泵的排漿量（L/min）;H是樁體長(zhǎng)度（n）;v代表的是注漿管的提升速率（m/min）;B是損失系數(shù)，范圍0.1～0.3。

4.5注意事項(xiàng)

（1）在鉆孔施工環(huán)節(jié)中一定要確?，F(xiàn)場(chǎng)

打孔方位符合設(shè)計(jì)要求，建議將其實(shí)際測(cè)量誤差控制在1㎝之內(nèi)。在正式應(yīng)用鉆機(jī)設(shè)備之前，一定要確保其組合狀態(tài)安全且和設(shè)計(jì)要求相吻合，方位精準(zhǔn)度高，這樣打孔操作以后就能規(guī)避發(fā)生偏移情況，確保鉆心與空心處于一個(gè)水平點(diǎn)上，借此方式提升偏差度的控制效果。

（2）高壓噴漿時(shí)，一定要確保鉆孔設(shè)備被安置在提前設(shè)定好的位置，隨后指派專(zhuān)人調(diào)試高壓設(shè)備，確保其和符合相應(yīng)的使用標(biāo)準(zhǔn)要求.試壓完成后，按照設(shè)計(jì)要求配制泥漿，隨后將其裝進(jìn)噴射設(shè)備中，嚴(yán)格按照有關(guān)要求執(zhí)行澆筑工序，使噴漿工序的合理性、科學(xué)性得到最大保障。如果現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)發(fā)現(xiàn)鋪筑的管道長(zhǎng)度不夠時(shí)，則要對(duì)管道進(jìn)行對(duì)接處理，一定要確保對(duì)接過(guò)程額度安全性、可靠性。當(dāng)有暫停設(shè)備運(yùn)行的要求時(shí)，要及時(shí)更換新品，并且要認(rèn)真清洗各類(lèi)鉆具。

（3）對(duì)于噴射施工完的建筑墻面，施工方要結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，有針對(duì)性的調(diào)整局部。這主要是因?yàn)閴w發(fā)生凝固時(shí)，會(huì)發(fā)生整個(gè)建筑高度降低的狀況，為確保其符合設(shè)計(jì)要求的高度范圍，則要組織工人進(jìn)行再澆筑，確保施工整體水平滿(mǎn)足項(xiàng)目要求。

（4）運(yùn)用高壓設(shè)備執(zhí)行噴射施工過(guò)程時(shí)，要密切關(guān)注設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，切邊其內(nèi)部壓強(qiáng)和施工設(shè)計(jì)要求相契合，若出現(xiàn)隱患因素或者故障問(wèn)題時(shí)，則要關(guān)閉設(shè)備啟用電源，做停工處理，對(duì)其開(kāi)展全面的檢查、維修工作，科學(xué)調(diào)整后確保各項(xiàng)參數(shù)均符合工程要求，只有這樣才能繼續(xù)施工運(yùn)行。

（5）針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工中引起坍塌、漏漿等不良狀況，施工方要綜合多方面因素分析其成因，編制應(yīng)急處理方案，這樣遇到突發(fā)情況時(shí)能取得良好的治理效果。如果以上情況十分嚴(yán)重，則要在添加封堵劑等以后，再進(jìn)行噴射，在確認(rèn)其符合設(shè)計(jì)要求以后，才可以執(zhí)行后續(xù)施作項(xiàng)目。

5、質(zhì)量檢查以及防滲效果

針對(duì)墻體施工質(zhì)量的檢查，可以結(jié)合應(yīng)用開(kāi)挖、圍井注水以及室內(nèi)試驗(yàn)等方法。

開(kāi)挖主要用于檢查防滲墻的連續(xù)性與實(shí)際有效長(zhǎng)度。高噴防滲墻樁要和樁體搭接良好，各處混凝土攪拌均勻，未見(jiàn)裂縫及缺損等現(xiàn)象。

注水試驗(yàn)檢查。即應(yīng)用全孔一次注水開(kāi)展試驗(yàn)，利用下式計(jì)算滲透系數(shù)（K）：

K=QL/（FH）

Q代表的是滲水流量（㎝3/s）;L即為滲徑長(zhǎng)度，實(shí)質(zhì)上就是板墻平均厚度（㎝）;F是滲水面積（㎝2）;H表示的是水頭（㎝）。

本工程被檢查的防滲墻K取值范圍是6.87×10-7～9.25

×10-7㎝/s范圍，符合設(shè)計(jì)要求。

結(jié)語(yǔ)：

近些年中，高壓噴漿技術(shù)在國(guó)內(nèi)水利項(xiàng)目建設(shè)領(lǐng)域內(nèi)有廣泛應(yīng)用，其能較好的滿(mǎn)足工程防水施工的技術(shù)含量高、施工水平嚴(yán)格等要求，有益于提升現(xiàn)場(chǎng)施工的標(biāo)準(zhǔn)化水平，優(yōu)化工程建設(shè)質(zhì)量，確保項(xiàng)目?jī)?nèi)的建筑主體長(zhǎng)期使用后不被水侵蝕，有益于延長(zhǎng)水利工程的使用壽命，創(chuàng)造出更理想的效益。

參考文獻(xiàn)：

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