高壓噴射灌漿防滲施工關鍵參數取值的試驗研究

劉斯奇

(吉安市水土保持站,江西 吉安 343000)

0 引 言

高壓噴射灌漿防滲施工技術主要通過鉆孔,將安裝有特制噴嘴的注漿管下至預定深度,借助高壓水泵使水和漿液從噴嘴噴射而出,沖切土體,并使土粒在噴射流沖擊力、重力及離心力等的作用下與漿液充分混合,從而按照一定漿土比呈規律性排列,待漿液固結后便會在土體內形成樁柱或板狀防滲墻固結體,以提升基礎承載力和防滲性能。為保證高壓噴射灌漿施工質量和效果,防止施工過程中出現卡鉆、孔斜、冒漿、漏漿、塌孔等問題,必須通過試驗對施工參數取值進行驗證。文章依托江西省贛撫平原灌區柴埠口水閘除險加固工程,對雙高壓三管法高噴灌漿施工過程展開試驗,分別對閘室高壓旋噴及左岸翼墻高壓擺噴關鍵施工參數取值進行驗證,以資借鑒。

1 試驗設計

通過不同提升速度下高壓噴射灌漿試驗,確定出與設計目標及工程實際相符的孔距、排距、灌漿壓力、搭接形式、提升速度等施工參數,為施工過程的順利開展提供依據。根據《水工建筑水泥灌漿施工技術規范》及設計要求,水閘閘室防滲體設計防滲標準應≤9.0×10-6cm/s,防滲體抗壓強度應位于0.8～5.0MPa之間,有效厚度應達到600mm以上。左岸翼墻滲透系數應≤1.0×10-5cm/s,防滲體抗壓強度應位于0.5～5.0MPa之間。通過高壓噴射灌漿試驗,確定出施工質量控制的參數和方法。

結合對柴埠口水閘工程地質條件的調查與分析,閘址區地層結構夾層較多,地質條件復雜,且薄層和中厚層狀巖性地層為夾層狀或互層狀產出。為保證高噴灌漿試驗結果的可靠性及與工程實際的吻合性,采用雙高壓三管法展開試驗[1]。以14kW和17kW的XY-150型鉆機、90kW的GZB-40型高壓注漿泵、23kW的WB-250B/50型高噴臺車為主要試驗設備。

2 試驗過程及結果

2.1 試驗過程

在柴埠口水閘閘室設置4個高壓旋噴灌漿試驗區,分別編號為試驗1～4區,其中試驗2區主要進行孔距為0.6m、0.8m及1.0m的高噴灌漿試驗,其余試驗區則展開孔距0.6m和0.8m的試驗。閘室高噴灌漿試驗均分Ⅰ序孔和Ⅱ序孔展開,并依次施工。試驗1、3、4區高噴灌漿布置情況,見圖1;試驗2區高噴灌漿布置情況,見圖2。

圖2 試驗2區高噴灌漿布置情況

左岸翼墻采用30°擺角的高壓擺噴防滲,在翼墻區設置5個試驗區,并按照1.4m、1.6m、1.8m孔距展開試驗,并在各序孔加密試驗。高壓旋噴灌漿試驗布置,見圖3。

圖3 高壓旋噴灌漿試驗布置

按照現行規范及擬定的施工參數展開高壓噴射灌漿試驗,試驗過程中先灌注Ⅰ序孔,再灌注Ⅱ序孔;先灌注兩邊,再灌注中間,逐序加密。具體而言,先平整場地、測量放樣,確定出Ⅰ序孔和Ⅱ序孔注漿孔孔位;待鉆機就位并較平穩固后鉆孔,沖孔,測斜;將高噴臺車就位后展開試噴,并保證注漿泵、噴管、高噴機等設備良好運行;試噴結束后將噴桿和噴頭下入注漿孔至防滲墻底部,靜噴后按照設計參數提升噴桿或噴頭,旋轉或擺動,待提升至防滲墻頂后停噴,將噴桿和噴頭取出后沖洗管路,結束試驗。

2.2 閘室基礎灌漿試驗

柴埠口水閘閘室基礎高壓旋噴灌漿試驗結束后,開挖試驗部位并展開鉆芯取樣和注水試驗,檢查灌漿樁體旋噴效果、搭接程度、直徑等試驗參數取值情況。根據對注水孔的檢查,當鉆桿提升速度達到18cm/min、孔距為0.8m時,滲透系數趨于穩定,而當鉆桿提升速度達到14cm/min、孔距為1.0m時,滲透系數均降至1.0×10-5cm/s以下。因試驗過程中采取基本一致的漿液注入率,故旋噴提升速度是影響耗灰量的主要因素[2],當鉆桿提升速度從14 cm/min增大至18 cm/min時,單位耗灰量將從489.87kg/m降低至398.10kg/m,具體結果見表1。根據現場高壓旋噴搭接情況,致密性黏土層中噴射直徑位于0.95～1.00m之間,當孔距取0.8m,高壓旋噴噴桿提升速度為14cm/min時,鄰孔間搭接厚度為0.30～0.35m;而當孔距取0.6m,噴桿提升速度為16cm/min時,鄰孔搭接厚度達到0.60～0.70m,符合規范,鉆桿提升速度下的單位耗灰量,見表1。

表1 鉆桿提升速度下的單位耗灰量

2.3 左岸翼墻灌漿試驗

在完成柴埠口水閘左岸翼墻高壓擺噴灌漿試驗后,開挖試驗部位并展開圍井鉆孔注水試驗,檢查灌漿樁體擺噴效果、搭接程度、直徑等參數取值情況。根據對注水孔的檢查,隨著孔距增大及擺噴鉆桿提升速度的加快,圍井鉆孔滲透系數呈增大趨勢[3],擺噴試驗結束后的檢查孔注水情況,見表2。

表2 擺噴試驗結束后的檢查孔注水情況

柴埠口水閘左岸翼墻試驗區漿液注入率基本一致,噴漿過程中耗灰量主要與擺噴鉆桿提升速度有關,且當鉆桿提升速度從8cm/min增大至16cm/min時,單位耗灰量從789.36kg/m降低至421.28kg/m。左岸翼墻試驗區擺噴試驗結束后,在翼墻3試區孔距為1.4m、1.6m和1.8m擺噴搭接處鉆取芯樣,結果顯示,在卵礫石、砂礫土及砂土等土層中,孔距1.4cm、1.6m和1.8m、鉆桿提升速度為14cm/min,所形成的擺噴防滲墻搭接均較好。但是在致密黏性土層中,孔距為1.6m、鉆桿提升速度為12cm/min時,擺噴防滲墻搭接情況差,且初擬設計孔距不符合試驗孔距要求。

為保證擺噴防滲墻搭接效果及防滲效果,重新調整了孔距,并在致密黏性土層中增加了0.6m、0.8m、1.0m孔距,按照14 cm/min的鉆桿提升速度重新展開擺噴試驗。在翼墻試驗區開挖檢查,結果顯示,當孔距為1.0m時,可形成連續擺噴防滲墻,但搭接不緊密;而孔距為0.6m、0.8m時,所形成的擺噴防滲墻連續且搭接完好。

2.4 試驗結果

根據以上試驗結果,在柴埠口水閘閘室及左岸翼墻高壓噴射灌漿施工過程中,漿液應以純水泥漿為主,漿液比為1∶1,漿液密度1.5g/cm3;如果不返漿時間超出5min,則應將漿液比調整為0.8～0.6∶1;如果出現嚴重漏漿,則應灌注水泥膨潤土漿或水泥黏土漿等混合漿液,質量配比應為水泥∶黏土∶膨潤土=1∶2∶3。水閘閘室高壓旋噴孔距應為0.6m,鉆桿提升速度為16cm/min,而左岸翼墻應采用0.8m的孔距和14cm/min的鉆桿提升速度展開高壓擺噴施工,以形成連續可靠的防滲墻墻體,并取得良好的套接效果。

3 施工效果驗證

采用以上試驗結果展開柴埠口水閘施工,完工后對實際防滲效果及試驗方案的可靠性展開檢驗。對齡期達到設計及施工規范的高噴防滲墻鉆孔取芯,由上至下分段實施靜水頭壓水試驗,并計算滲透系數。檢驗結果顯示,閘室和左岸翼墻連續可靠的防滲墻體已經形成,且滲透系數均在9.0×10-6cm/s以下,防滲墻體厚度均在600mm以上。對其余檢驗進行,水閘閘室高噴防滲施工效果檢驗結果,見表3,由此匯總可知,閘室區采用高壓旋噴灌漿形成的防滲墻體結構密實,滲透系數取值與試驗結果接近,且均滿足規范要求。

表3 水閘閘室高噴防滲施工效果檢驗結果

采用圍井法展開柴埠口水閘左岸翼墻高壓擺噴防滲墻滲透系數檢驗[4]。圍井注水試驗位置由監理方選定,為保證圍井可靠封閉,利用高壓旋噴樁將圍井三面圍封,并與既有灌注樁和擺噴樁共同形成封閉圍井。其中,高壓旋噴樁8根,樁頂及樁底高程分別為▽2.0m和-25.5m,圍井內圍封面積為3.25m2;待圍井封閉后,在圍封區域內按1.0m厚度布置9根旋噴樁封底,以形成有效圍井。圍井樁位布置情況,見圖4。

圖4 圍井樁位布置情況

在圍井內設置固定水位,持續向圍井內注水,以保持水位固定,根據所測得的穩定注水量和《水利水電工程高壓噴射灌漿技術規范》(DL/T5200-2019)展開滲透系數計算;并在圍井施工完成14d后開挖2.0m深度,檢查施工質量。根據圍井試驗現場檢查結果,柴埠口水閘左岸翼墻高壓擺噴防滲墻滲透系數位于1.68×10-6～8.69×10-7cm/s之間,取值符合規范要求,且擺噴防滲墻連續可靠。

4 結 論

綜上所述,文章通過試驗所得出的柴埠口水閘工程閘室及左岸翼墻高壓噴射灌漿防滲施工方案切實可行,參數取值合理可靠。按照試驗參數及工藝展開高壓旋噴和擺噴灌漿施工,完工后對閘室防滲墻進行鉆孔取芯,對左岸翼墻防滲墻展開圍井檢查,防滲系數和墻體厚度均符合規范,且防滲墻體連續可靠。總之,通過展開試驗,確定出可靠的施工參數值,據此展開施工,才能保證高壓噴射灌漿防滲技術所具有的高可灌性、高可控性優勢順利發揮。該技術也因施工過程方便,施工質量有保證,環境影響小,而在水利水電工程防滲處理中具有廣闊的應用前景。