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高压旋喷桩在水利枢纽工程中的应用
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1、前言
高压喷射注浆技术自20世纪70年代从日本引进我国已有三十多年的历史。当时该技术主要用于软土地基的加固,到了20 世纪80 年代以后开始用于堤坝防渗。目前,该技术已在全国进行了推广应用,并用于长江三峡等大型水利工程。它具有安全可靠、适用的土质广,施工压缩试验噪音小,桩身强度高,固结体形状可控制,料源广阔,价格低廉等特点,因此在建筑物地基加固、深基坑开挖支护与止水、边坡稳定、堤坝防渗、盾构隧道沿线加固以及山岳、隧道可能坍塌部位加固等方面应用很广。
2、 高压旋喷桩技术要点
2.1 技术原理。高压旋喷技术是采用三重管法,喷射介质为水、水泥浆液和压缩空气,使喷射管边旋转边提升,利用高压水形成高速喷射流束,冲击、切割、破碎地层土体,并以水泥浆液充填,形成圆形断面状的凝结体,以提高围堰防渗能力的施工技术。
2.2主要技术参数
2.3施工工序和设备。
高压旋喷施工工序为:钻孔、制浆、高压灌浆、静压回灌。2.3.1 钻孔。钻孔采用风动钻机套管跟进钻孔成孔,钻孔布置为单排,分二序施工,孔径146mm,孔位偏差≤10cm,孔斜≤1.0%,孔深不得小于设计孔深。钻至设计深度后,强风清孔,清孔验收合格下入特制PVC管护壁,液压拔管机起拔套管,孔口妥善保护。钻孔过程中对孔位、孔深、地层变化(表现为钻进速度骤变,返渣特性变化等现象)、特殊情况及处理措施等都作详细记录。
2.3.2制浆。高压旋喷浆液为水泥浆。使用水泥为32.5级普通硅酸盐水泥,水灰比为1.2:1~0.8:1,浆液密度为1.55g/cm3~1.7g/cm3。水泥浆采用二级搅拌,二级过滤。一级搅拌时间不少于90s,经过滤后进入二级搅拌机,边搅拌边过滤边使用,过滤筛网眼尺寸为2mm。 2.3.3高压灌浆。高压旋喷灌浆在钻孔施工完成并检验合格后进行,采用二序施工,先喷Ⅰ序孔,后喷Ⅱ序孔。注浆前先进行地面试喷,检查机械及管路情况,如水、气、浆是否畅通,各种参数是否满足设计要求,一切正常后,垂直下入喷管至设计深度,先送水泥浆液,后送水和气,按规定参数进行原位喷射,待孔口返出浆液密度达到1.2 g/cm3后再按设计的提升速度由下至上进行连续旋喷作业,如果中途因故中断后恢复施工时,应对中断孔段进行复喷,复喷搭接长度不小于0.5 m。灌浆施工的各种技术参数见上表。 2.3.4静压回灌。当高喷灌浆结束后,先停止水和气,再停水泥浆,由于孔内浆液会发生析水、沉淀和凝固收缩,高喷桩的顶部会产生凹穴,需用水泥浆及时进行静压回灌填补。静压回灌要间断进行,直至填筑到孔口,浆液不再下沉时为止。每孔完成高喷灌浆后,要对水泥浆管道系统进行冲洗,防止管道堵塞。
2.3.5主要施工设备有:风动油压钻机、高压旋喷台车、高速拌浆机、高压水泵、空压机等。
3、 施工记录
在高喷灌浆施工中必须每天做好施工记录,记录中按造孔和灌浆分别记录,记录主要内容一、造孔记录:造孔记录内容包括孔号、序号、桩号、钻孔时间(包括开钻时间和完成时间)、钻孔深度、基岩深度、地质分层描述以及钻孔过程中出现的问题等项内容;二、高喷灌浆记录:包括孔号、序号、桩号、灌浆时间、提升速度、旋转速度、摆动角度、水、气、浆的压力和流量、浆液密度、孔口返浆情况以及出现特殊情况的处理等内容。
4 、施工中特殊情况的处理 高喷灌浆施工中,在钻孔和灌浆过程会出现漏浆、冒浆、串孔等问题引起压力突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常等情况,此时,必须查明原因,及时进行处理。本工程在高压旋喷灌浆中,以上情况都有不同程度发生,经过及时恰当的处理,确保了施工进度和质量。 4.1漏浆。漏浆是由于地层中存在砂、砂砾石或通道,主要表现在钻孔或灌浆时孔口不返浆或返浆量降低。 解决方法:①降低喷射管提升速度或停止提升,②降低高压水(或浆)压力、流量,进行原地灌浆,③浆液中掺加速凝剂,④加大浆液浓度或灌注水泥砂浆、水泥粘土浆,⑤向孔内冲填砂、土等堵漏材料。
4.2冒浆。冒浆是指在灌浆过程中浆液在坝坡、地面或库区底部流出。解决方法:当冒浆量过大时,通过提高射流压力或适当缩小喷嘴孔径,或加快旋转和提升速度,减少冒浆量。
4.3串孔。串孔是指在某一孔口正常灌浆时,浆液从相临孔口返出,说明钻孔在地下有通道相通。
解决方法:应立即封堵被串孔,待串浆孔高喷灌浆结束后,尽快进行被串孔的扫孔、高喷灌浆或继续钻进。串浆量较大,应降低风压并加大进浆浆液密度或浆量。
5、 压旋喷桩质量检查
在高压旋喷灌浆施工过程中,应对水泥、浆液和各道工序的质量严格进行控制和检查,灌浆结束后,可采用大开挖检查法,钻孔取芯检查法等方法对旋喷桩体进行质量检查和综合质量评定。
5.1大开挖检查法。沿旋喷桩一侧进行开挖,挖深一般2~2.5m。用肉眼直观检查Ⅰ序、Ⅱ序孔喷射距离、衔接情况,在不同部位横向打孔取芯检查桩体厚度、强度等项指标。
5.2钻孔取芯检查法。高压旋喷桩完成14天后,可在桩体上布置钻孔取芯。检查孔孔位布置在桩体中心线上的相邻两孔的搭接处,自上而下分段钻孔、取芯。每个单元工程可布置1个检查孔。
6、 结束语
高压旋喷灌浆技术具有工程造价适中、防渗效果良好、施工条件要求低等优点,随着这项技术逐步成熟,必将在更多的防渗工程中推广和使用。
