二期围堰高压喷射灌浆生产性试验
摘要:通过高压喷射高喷灌浆生产试验,为将高喷作为二期围堰防渗的辅助手段提供可靠依据,同时将高压喷射灌浆技术提高到了一个新水平。
关键词:二期围堰 高压喷射 生产性试验
1 概况
1.1 前言
?高喷灌浆作为一种新型技术在一期土石围堰块球体处理及下游引航道防渗工程中发挥过重要作用,是一种工效很高的防渗工艺。二期围堰是三峡工程关键项目之一,其特点在于防渗工程难度大、工期短、施工强度高。高喷灌浆防渗主要技术难点有水下抛填风化砂和平抛垫底造孔孔壁稳定问题;残积块球体和强风化岩层中的团块造孔难度大,工效低,造孔精度和喷射成墙问题;深槽陡坡段成墙工艺等。为探索在这样的地层解决高压旋喷灌浆难点的措施,保证旋喷成墙工艺作为一种辅助手段在二期围堰防渗工程中顺利进行,同时,通过二期围堰高压旋喷生产性试验。引进较为先进的造孔与喷射工艺,将高压喷射灌浆技术提高到一个新水平。在二期围堰防渗施工前,选择左上接头进行二管法和新三管法高压旋喷生产性试验。本次试验根据不同的试验目的,先后进行了高喷柔性浆材试验、单桩试验、双排旋喷试验、三排旋喷试验、双排旋喷围井试验、三排旋喷围井试验、岩面结合试验、700陡坡模拟试验及仪器配套试验等。本次试验历时3个多月,完成钻孔8960.1m,喷射8215.5m。本文主要就生产性试验进行一些总结。
1.2 地质条件
?高压喷射灌浆试验安排在二期上游围堰左岸坡部位,主要由风化砂回填层、覆盖层(上部为厚度不等的粉细砂层,下部为冲击砂卵石层,局部含棕色漂石层、块球体等)和基岩组成。基岩强风化层呈两端厚,中间薄的分布状态。左右端最大厚度分别为13.0m和10.0m,其中部分区域存在风化团块、石蛋等。
1.3 施工布置
??试验区自0+78.58~0+150.08共72.5m,根据孔排距的组合及工法的不同分为10个区,依次为 V、IV、Ⅲ、II、I、A、B、C、D、E,另外在轴线下游侧还布置有 M、N、X、Y四个围井,其布置见平面布置图,其中 V、IV、III、II、区及N、X围井为新三管法试验,其余为二管法试验。
2 旋喷试验工艺
??试验同时采用了两管法和新三管法两种工法进行。
2.1 新三管法
?新三管法是以水、气、浆为介质喷射的工法,是在老三管法的基础上改低压注浆为高压射浆,形成双介质高压喷射的施工方法。新三管法的工艺特点是首先用高压水切割冲击原始地层,然后再用高压浆对地层进行二次切割。同时由于浆、水嘴间距较大,水对浆的稀释作用大大减小。新三管法与原三管法相比,不仅增大了喷射半径,也提高了凝结体的结石率及强度。
2.2 两管法
?这里介绍的两管法,是在原两管法的基础上发展起来的,与目前国内流行的以加固软基为主的两管法不同,该工法具有超高压力和大流量、以防渗加固为主,应用领域更为广泛的一种工法,其射浆压力可达50MPa。其工艺特点是直接用浆气喷射原始地层,采用高性能的高喷设备,使射浆有足够的射流强度和比能对地层进行切割、搅拌。由于浆液粘度较大,对地层中小颗粒的升扬置换压密作用明显,因此无需采用高压水切割地层,喷出的浆液不易被稀释,形成的墙体水泥含量大、强度高,对于处理大孔隙地层具有独特优点,是适应较广的工艺方法。
3?单桩试验
3.1 单桩试验目的
?对不同密实度的地层分别进行不同高喷参数组合的喷射试验,探求其相应层位的旋喷桩形态,通过开挖观测其有效桩径、胶结情况及结石强度,寻求不同地层中孔、排距的最佳参数组合,为旋喷生产提供参数及工艺措施。
3.2 单桩试验布置及实施
?两管法布设在高喷轴线下游侧 5~9m范围内,呈梅花状三排布置,孔排距均为2.0m。根据地层标贯度N63.5值的差异,分6组做不同提速和浆液配比的试验。
3.3?单桩试验开挖及数值分析
??二管法喷射在正常情况下可得出以下结论,开挖出的桩径比较均匀完整。规律性较强。
?(1)在提速相同,N值差异大的情况下,保持喷射参数P与流量Q不变,慢速(10~15cm/min)提升最小半径Dmin>1.6m;中速(20~25cm/min)提升Dmin>1.4m;快速(30cm/min)提升Dmin>1.35m。说明在喷射能量达到一定值时.提升速度及N值与最小桩径成反比。
(2)N值相同,提升速度从中速到快速,最小桩径分别为1.4m与1.35m,进一步证实喷射能量达到定程度后,提升速度对最小桩径的影响呈缓慢递减的趋势。
(3)N值在中等范围内不同提速下的最小桩径:中速提升Dmin>1.43m、快速提升Dmin>1.4m。
?(4)通过剖切旋喷桩内部直观检查:二管法在能量达到定程度后。成桩直径较大,对喷射有效范围内地层的搅拌及半置换作用比较明显,密实性好。
?新三管法单桩开挖后得出最大直径1.80m,最小1.00m,一般1.40m左右;显着特点是大小不均,呈层状有规律地同时扩大或缩小,分析其原因有以下两点:单桩试验区紧靠路边。在填筑过程中大型汽车往来碾压,使得本区地层密实程度较高;回填风化砂分层碾压,层面处与层下密实度差别较大,桩径变化明显。不同类型风化砂桩径也有很大变化,在含粘土量多的风化砂中桩径较小,反之则大。单桩开挖共挖深5.0m,揭露出7层风化砂填筑层,为了摸清每层风化砂的密实度,根据其深度逐层进行了标贯试验,以便对应桩径分析各种变化规律。通过对新三管法单桩数值分析初步得出以下结论:
?(1)回填细颗粒含粘土类风化砂标贯度13~20之间,当N=15,喷射有效直径1.3m,需要喷射比能约40MJ/m;密实度每增减一击,相应需要增减约10MJ/m的比能才能保证桩径1.3m左右。
(2)回填粗粒风化砂标贯度在15~26之间,当N=15,喷射有效直径1.3m,喷射比能不低于55MJ/m;
?(3)强风化岩上部标贯度70~120,与粗粒风化砂层相比,要达到同样的喷射效果,喷射比能要增加3~4倍。
4 高喷墙生产性试验
4.1 高喷墙主要性能设计指标
?高喷墙主要性能指标应与二期围堰塑性混凝土防渗墙的性能指标相匹配,具体要求如下:
?抗压强度:R28=4~5MPa
?抗折强度:T28>1.5MPa
渗透系数:K20=i×10-5~10-6cm/s
?初始切线模量:EO=500~700MPa
? 渗透比降:J>80
4.2?试验参数的确定
??根据单桩试验结果及生产性试验高喷墙设计性能指标,确定高喷参数见表1,表2。
表1三管法高喷参数
--------------------------------------------------------------------------------
喷射参数
回填及
含块球体强
弱风化层
覆盖层
风化层
--------------------------------------------------------------------------------
浆压/MPa
40
浆量/L·min-1
80~100
水压/MPa
40
水量/L·min-1
75
气压/MPa
1.0
气量/m3·min-1
1.5
孔距
转速/r/min
10
8
10
0.8m
提速/cm·min-1
10~12
8~10
10~12
孔距
转速/r·min-1
10
8
10
1.0m
提速cm·min-1
10~12
8~10
10~12
孔距
转速r·min-1
8
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