水利工程中高壓噴射灌漿技術(shù)的應(yīng)用

Word版本，下載可自由編輯水利工程中高壓噴射灌漿技術(shù)的應(yīng)用為解決水工建造物防滲問題，尋求一種經(jīng)濟(jì)且技術(shù)先進(jìn)牢靠的防滲辦法，在水利工程施工當(dāng)中，基礎(chǔ)防滲處理是水利工程施工中尤為重要的環(huán)節(jié)。當(dāng)基礎(chǔ)土質(zhì)較差，滲透性較強(qiáng)時(shí)，在水流的作用下對(duì)基礎(chǔ)的危害很大。結(jié)合高壓噴射灌漿技術(shù)在甘肅張掖大孤山水電站引水樞紐工程中的應(yīng)用，利用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，顯然看出密實(shí)度和承載力均遠(yuǎn)大于原土體，從而提升和保證了工程質(zhì)量。

工藝原理

沖切摻攪作用

高噴技術(shù)主要是借助于高壓射流，利用沖擊切割和劇烈擾動(dòng)，使?jié){液在射流作用范圍內(nèi)蔓延、充填周圍土層，并與土石粒摻混攪合，硬化后形成凝聚體，從而轉(zhuǎn)變?cè)貙咏Y(jié)構(gòu)和組成，達(dá)到防滲和提升承載力的目的。高噴凝聚體是多種因素綜合作用的結(jié)果，高壓射流對(duì)地層結(jié)構(gòu)的影響范圍，取決于比能值E的大小，其表述式為：

E=(PQ)/(100v)

式中：E——每米旋噴柱耗用的能量；

P——噴射灌漿壓力；

Q——射流漿量(L/min)；

v——提高速度(cm/min)。

E值大，旋噴柱的直徑大，普通選用50～70cm直徑較好，但終于應(yīng)利用現(xiàn)場(chǎng)高噴實(shí)驗(yàn)確定。

升揚(yáng)、轉(zhuǎn)換作用

高噴施工時(shí)，水、氣、漿由噴嘴中噴出，壓縮空氣，除能對(duì)水或漿液構(gòu)成外包氣層，使水或漿液射流能透入地層較遠(yuǎn)距離并維持較大壓力破裂地層結(jié)構(gòu)外，還可產(chǎn)生升揚(yáng)作用，將經(jīng)射流沖擊切削后的土石碎屑和地層中細(xì)粒，由孔壁和噴射桿的環(huán)狀間隙中升揚(yáng)帶出孔外，空余部位由漿液替代，同時(shí)也起到了轉(zhuǎn)換作用。

擠壓、滲透作用

高噴射流強(qiáng)度隨射流距離的增強(qiáng)而較快地衰減至射流束末端，雖不能再?zèng)_切地層，但對(duì)地層仍產(chǎn)生擠壓作用。同時(shí)，噴射結(jié)束后，靜壓灌漿持續(xù)舉行，對(duì)周圍土體產(chǎn)生滲透作用，不僅可以促使凝聚體與周圍土體結(jié)合越發(fā)密實(shí)，還在凝聚體外側(cè)產(chǎn)生顯然的滲透凝聚層，具有較強(qiáng)的防滲性能。

位移握裹作用

地層中較小的塊石，因?yàn)閲娚淠芰看?，輔以升揚(yáng)、轉(zhuǎn)換作用，終于漿液可填滿塊石四面的空隙并將其握裹，碰到大的塊石或在塊石集中區(qū)，應(yīng)降低提高速度，提升比能值。在強(qiáng)大的沖擊震驚力作用下，塊石將會(huì)產(chǎn)生位移、松動(dòng)，漿液沿塊石四面空隙或塊石間孔隙滲入。在高壓噴射擠壓、余壓、滲透等綜合作用下，產(chǎn)生握裹凝聚作用，形成延續(xù)密實(shí)的凝聚體。

凝聚體的性能

水工建造物地基防滲采納高噴施工時(shí)，要求凝聚體具有良好的防滲性和穩(wěn)定性，而對(duì)于其抗壓強(qiáng)度要求不高。凝聚體的防滲性能主要取決于地層組成成分和顆粒級(jí)配、施工辦法、施工工藝以及漿液材料等。高噴形成的凝聚體并不很規(guī)章，但與地層結(jié)合緊密，因?yàn)楦邍娔垠w周圍除了漿皮層外，普通還存在滲透凝聚層，有著良好的復(fù)合防滲作用，從而進(jìn)一步提升了凝體的防滲性能。

高噴凝聚體的結(jié)構(gòu)布置形式

為保證高噴防滲墻的延續(xù)性，必需要使各孔的凝聚體在有效范圍內(nèi)牢固牢靠銜接上，為此如何選用結(jié)構(gòu)布置形式和孔與孔的距離則很重要。高噴形成的凝聚體的外形與噴射的形式有關(guān)，噴射形式普通有旋噴、擺噴和定噴3種。噴射時(shí)若邊提高邊旋轉(zhuǎn)，則凝聚體的外形為圓柱體，若邊提高邊擺動(dòng)，則形成的凝聚體的外形為啞鈴狀，若只提高和定向噴射則可形成板狀。目前在青海及甘肅的西南部地區(qū)常用的結(jié)構(gòu)布置形式有：定噴折線式、擺噴對(duì)接式和柱擺式等。

高噴材料

三管法施工時(shí)，多用純水泥漿，水泥為42.5０或52.5０一般硅酸鹽水泥。因?yàn)槿芊ㄊ┕?，先是高壓氣、水噴射，而后是壓力灌漿，灌漿易被先噴入的水稀釋，所以使用的水灰比不應(yīng)大于1∶1的濃漿。

機(jī)械設(shè)備的組成

高噴灌漿技術(shù)有單管法、雙管法、三管法。在該工程中采納的是三管法，所用主要設(shè)備有XY-2型液壓地質(zhì)鉆機(jī)、GYP-50型高噴臺(tái)車、XPB90E型高壓泥漿泵。

工藝和施工要點(diǎn)

鉆孔

泥漿固壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。造孔過程中做好充填堵漏，使孔內(nèi)泥漿保持正常循環(huán)，返出孔外，直至終孔。跟管鉆進(jìn)，邊鉆進(jìn)邊跟入套管，直至終孔。鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)注重保證鉆機(jī)垂直，偏斜率應(yīng)≤1%。

下入噴射桿

泥漿固壁的鉆孔可以將噴射桿直接下入孔內(nèi)，直至孔底。跟管鉆進(jìn)的鉆孔，有２種狀況：一是拔管前在套管內(nèi)注入密度大的塑性泥漿，注滿后起拔套管，邊起拔邊注入，使?jié){面長久保持與孔口齊平，直至套管所有拔出，而后再將噴射桿下入孔內(nèi)直至孔底。二是也可先在套管內(nèi)下入管壁勻稱的PVC塑管，直到套管底部，起護(hù)壁作用，而后將套管所有拔出，再將噴射桿下入到管底部。

高噴施工

施工中所用技術(shù)參數(shù)因使用高噴的辦法不同而不同。所用的灌漿壓力不同，提高速度也有差異。對(duì)各類地層而言，若使用同一種施工辦法則水壓、氣壓、漿壓的變化不大，而提高速度變化，是影響高噴質(zhì)量的主要因素。普通狀況下，確定提高速度應(yīng)注重下列幾個(gè)問題：①因地層而異，在砂層中提高速度可稍快，砂卵石層中應(yīng)放慢些，含有大粒徑塊石或塊石比較集中的地層應(yīng)更慢。②因分序而異。先序孔提高速度可稍慢，后序孔相對(duì)來講可稍快。③高噴施工中發(fā)覺孔內(nèi)返漿量削減時(shí)宜放慢提高速度。

施工工藝

墻體位置確實(shí)定

按照設(shè)計(jì)要求平整好場(chǎng)地，要求場(chǎng)地內(nèi)地下無障礙物，對(duì)某些作業(yè)地基軟、不平整，有可能引起整機(jī)翻倒引起事故的地段，一定要實(shí)行防范措施，在平整場(chǎng)地上對(duì)墻體中心線舉行測(cè)量定位。

噴墻管理

應(yīng)控制好掘進(jìn)速度和灌漿壓力、提高速度，送氣量的大小應(yīng)使?jié){液成沸騰狀為宜。灌漿階段漿液不能發(fā)生離析和斷漿現(xiàn)象，保證墻體勻稱，無夾心層，若發(fā)生管道阻塞或因故短暫停機(jī)，應(yīng)快速搶修。

工程實(shí)例

在張掖大孤山水電站樞紐基礎(chǔ)防滲施工中，所采納的噴灌辦法為三管法定向噴射成墻施工。防沖隔墻長為68m，該工程地層為砂礫土，采納凝聚體的結(jié)構(gòu)布置形式為柱擺式，成墻深度為30m，墻厚平均為80cm?？拙?m，噴射中心有直徑20～30cm的圓柱體。首先用水管、氣管、漿管同軸布設(shè)組成噴射桿，桿底部設(shè)置有噴嘴，氣、水噴嘴在上，漿液噴嘴在下，高噴時(shí)，隨著噴射桿的旋轉(zhuǎn)和提高，采納高壓水和藹的射流沖擊擾動(dòng)地層土體，呈翻滾松散狀態(tài)，隨后以低壓注入濃漿摻混攪拌，硬化后形成凝聚體。此辦法高噴質(zhì)量可滿足設(shè)計(jì)要求，工效高、造價(jià)低，能充分通過原地土體，就地取材，機(jī)械化程度高，其工藝參數(shù)為：

①噴嘴直徑：2～2.3０mm；

②高壓水：10MPa，流量40L/min；

③氣壓：0.7０MPa，氣量6m3/min；

④漿壓：0.3０MPa，流量80m3/min；

⑤提高速度：15cm/min；

⑥三重管回轉(zhuǎn)：7r/min；

施工完成后采納挖深坑數(shù)米，用電子填土密實(shí)度檢測(cè)儀對(duì)周圍土體舉行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果為土體密實(shí)度和承載力均大于原土體，施工過程中有專人負(fù)責(zé)記錄，記錄詳實(shí)