高噴工藝在齊西堤防滲工程中的應(yīng)用

高噴工藝在齊西堤防滲工程中的應(yīng)用

1工程總結(jié)1.1堤后防浪墻+沖淤墻防滲段齊哈爾市位于岷江附近。該區(qū)域地勢(shì)開闊平坦，容易發(fā)生洪水。它是中國(guó)最重要的防洪城市之一。防洪堤由西堤、南堤、東堤和富拉爾基堤組成,堤線總長(zhǎng)103.27km。1998年洪水時(shí)西堤10+000~17+000堤段背水坡滲水嚴(yán)重,堤坡脫坡、坍塌,堤后滲水深度達(dá)0.5~1.0m深,堤后道路積水0.4m。此防滲段范圍為樁號(hào)13+500~15+500,防滲墻中線距防浪墻內(nèi)側(cè)距離為8m,防滲墻設(shè)計(jì)頂高程比設(shè)計(jì)水位高1.5m,為150.06~150.02m,設(shè)計(jì)底高程為126.06~126.02m。此防滲段堤高4.0~6.0m,原堤頂寬8m,迎水側(cè)堤肩設(shè)防浪墻,防浪墻高0.7m。堤外迎水坡已經(jīng)采用砼板護(hù)坡,邊坡比1:2.5,堤背水坡邊坡比1:3,堤頂高程151.06~151.02m。1998年特大洪水后,堤背水側(cè)已回填建筑殘土,堤頂寬度達(dá)到60~80m。建筑殘土成分復(fù)雜,結(jié)構(gòu)松散。堤基上部粘性土隔水層在堤外側(cè)分布不連續(xù),部分地段缺失,受客觀與人為因素影響,使下部砂、礫類透水地基出露,形成滲漏通道。堤段迎水側(cè)地面距堤腳10~15m,普遍有一沖溝,溝寬10~15m,深1.0~1.5m,溝底部粘性土層較薄,下部礫類土埋藏淺,形成滲漏通道。1.2充填地層細(xì)砂分級(jí)堤體組成巖性較復(fù)雜,主要由低液限粘土、含細(xì)粒土砂、粉土質(zhì)砂等組成。地層為第四紀(jì)風(fēng)積、沖積、湖積地層,自上而下分述如下:①褐黃色細(xì)粒土砂;②褐黃色、黃色低液限粘土;③黃色含細(xì)粒土砂、粉土質(zhì)砂;④灰色有機(jī)質(zhì)低液限粘土透鏡體;⑤黃色級(jí)配良好、不良礫;⑥1灰色級(jí)配不良粗砂;⑥2灰色級(jí)配不良細(xì)砂;⑦灰色低液限粘土;⑧灰色級(jí)配不良粗砂。2防洪墻設(shè)計(jì)指標(biāo)和施工方案的選擇2.1設(shè)計(jì)指標(biāo)防滲墻深24m,抗壓強(qiáng)度R28≥5MPa,墻體滲透系數(shù)k≤10-6cm/s。2.2不同施工方法的防滲墻效果分析齊齊哈爾西堤垂直防滲工程規(guī)定防滲墻結(jié)構(gòu)型式可為砼防滲墻和高壓旋(擺、定)噴注漿防滲墻、振切高噴防滲墻。本著既滿足設(shè)計(jì)要求又降低工程造價(jià)的原則,取消砼防滲墻施工方案,因?yàn)轫欧罎B墻造價(jià)相對(duì)較高。如全部采用振沖切噴防滲墻,由于地質(zhì)條件9~24m為級(jí)配不良礫、防滲墻深度較深等原因而很難完成。采取不同深度選取不同的防滲墻施工方法:上部采取振沖切噴法建造防滲墻;下部采取高壓擺噴法建造防滲墻,上部、下部不同“工法”的防滲墻深度可根據(jù)實(shí)際地層情況進(jìn)行調(diào)整。先進(jìn)行上部振沖切噴法防滲墻施工,在上部振沖切噴法防滲墻施工結(jié)束14天后,再進(jìn)行下部高壓擺噴法防滲墻施工。上部防滲墻與下部防滲墻搭接的方法,采用高壓旋噴搭接。由于采取多種施工工藝(切噴、擺噴、旋噴)和不同的機(jī)械設(shè)備在同一施工面交叉作業(yè),不利于施工管理和施工質(zhì)量控制,施工難度較大,這種方案亦被取消。因此,采用高噴灌漿防滲墻。為了得達(dá)到良好的防滲效果并降低施工成本,最終選擇防滲墻的結(jié)構(gòu)型式為高壓擺噴灌漿防滲墻。3灌漿的施工形式及施工方法齊齊哈爾西堤垂直防滲工程均采用了高壓擺噴灌漿的施工形式,但又采用了不同的施工方法,其中包括二管法鉆孔高壓擺噴灌漿、三管法鉆孔高壓擺噴灌漿及振孔高壓擺噴灌漿。3.12.1方法：打開高壓罐，噴灑3.1.1高壓噴射注漿法二管法的噴射管由兩根鋼管制成,造孔結(jié)束后將噴射管下到設(shè)計(jì)深度開始噴射,從噴嘴同時(shí)噴射高噴水泥漿和壓縮空氣,在高壓噴射流的沖擊下,切削破壞原地層并使水泥漿液在噴射范圍內(nèi)擴(kuò)散、充填和置換,在噴射流的沖擊力、離心力和重力作用下與地層土石顆粒攪拌混合形成凝結(jié)體。切割破壞地層主要由高壓漿液完成,壓縮空氣起著束流和攜渣的作用。3.1.2高噴鉆孔噴管安裝1)鉆孔及泥漿固壁。采用合金鉆頭鉆進(jìn)施工,孔距1.7m,鉆孔直徑Φ130mm,孔深為24m。鉆孔施工采用單孔跳鉆法,先鉆I序孔。I序孔灌后一定時(shí)間達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后方可鉆進(jìn)II序孔。鉆進(jìn)過(guò)程中保證鉆孔傾斜率滿足精度要求。高噴鉆孔根據(jù)不同地層采用不同濃度的泥漿固壁,如局部坍塌,則加濃漿液或向孔內(nèi)投擲泥球來(lái)保證孔壁的穩(wěn)定。鉆進(jìn)過(guò)程中,控制用水量、壓力及回次進(jìn)尺,并詳細(xì)記錄孔內(nèi)情況,如換層、遇漂石等。2)下噴射管。檢查機(jī)械運(yùn)行情況,檢查各種管暢通情況,合格后下噴漿管。為防止下管過(guò)程中堵塞噴嘴,將噴嘴包扎。3)擺噴提升。當(dāng)噴射管下到設(shè)計(jì)深度后,測(cè)定噴射方向,擺角中心線與防滲墻軸線的夾角為15°,送入合乎要求的氣、漿,先啟動(dòng)高壓漿泵,再啟動(dòng)空壓機(jī)。待泵壓和風(fēng)壓升至設(shè)計(jì)規(guī)定值并孔口返漿后,按設(shè)計(jì)提升速度、擺角提升噴管,進(jìn)行噴漿作業(yè)。直至達(dá)到設(shè)計(jì)高程即停止噴射。二重管施工參數(shù)見表1。鉆孔高壓擺噴灌漿成墻示意圖見圖1。3.1.3施工設(shè)備配置二管法擺噴灌漿主要機(jī)械設(shè)備用量見表2。3.2三管法：打開高壓噴射3.2.1地層對(duì)土石顆粒的沖擊三管法的噴射管由三根鋼管制成,高噴灌漿時(shí),三根管分別輸送高壓水、壓縮空氣和水泥漿液。在高壓水和壓縮空氣的沖擊下,切削破壞原地層,水泥漿液與地層土石顆粒攪拌混合形成凝結(jié)體。與二管法不同的是三管法采用高壓水切割破壞地層,而二管法主要由高壓漿液完成。3.2.2施工參數(shù)確定三管法的施工方法與二管法的施工方法基本一樣,都是先造孔后灌漿,不同的是三管法孔距為1.8m,施工參數(shù)不同,二重管施工參數(shù)見表3。鉆孔高壓擺噴灌漿成墻示意圖見圖2。施工設(shè)備配置見表4。3.3振孔高壓噴射3.3.1地層凝結(jié)體形成機(jī)理振孔擺噴是利用大功率振動(dòng)錘產(chǎn)生高頻振動(dòng),把圓形噴頭體振入地層直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度后,形成鉆孔,邊提升鉆桿邊進(jìn)行高噴作業(yè),在高壓漿和壓縮空氣的共同作用下,破壞原地層;漿液凝固后,在地層中形成一個(gè)凝結(jié)體。它的主要特點(diǎn)是鉆灌一體化。3.3.2振孔高噴施工工藝1)地面試噴。到位后的高噴機(jī)在振孔插管之前,應(yīng)在地面進(jìn)行氣、漿的噴射試驗(yàn),確保主要技術(shù)參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行振孔插管。2)振孔。試噴正常后,進(jìn)行振孔插管,插管前應(yīng)先供給低壓氣、漿,使噴頭輕輕著地對(duì)準(zhǔn)孔位,調(diào)整好振管垂直度,吊緊錘頭開始啟動(dòng)振錘,將振管慢慢擺入地層內(nèi),振管擺入時(shí)必須控制好漿壓、漿液性能,以保證能振擺到設(shè)計(jì)底高程。孔距為1.2m。3)擺噴提升。當(dāng)噴射管下到設(shè)計(jì)深度后,測(cè)定噴射方向,擺角中心線與防滲墻軸線一致后,按設(shè)計(jì)提升速度、擺角提升噴管,進(jìn)行噴漿作業(yè)。直至達(dá)到設(shè)計(jì)高程即停止噴射。振孔高噴施工參數(shù)見表5。振孔高壓擺噴灌漿成墻示意圖見圖3。3.3.3施工設(shè)備配置振孔擺噴灌漿主要機(jī)械設(shè)備用量見表6。3.4施工質(zhì)量控制3.4.1成孔垂直度二管法和三管法鉆孔過(guò)程中,采用水平尺校正鉆機(jī)機(jī)身水平和立軸垂直,保證成孔的垂直度;高噴臺(tái)車(或振孔臺(tái)車)就位后,對(duì)機(jī)架進(jìn)行調(diào)平,對(duì)噴桿垂直度用吊錘法和水平尺進(jìn)行調(diào)校,保證噴桿的垂直度,孔位允許誤差<5cm,振管垂直度<3‰。3.4.2嚴(yán)格控制輸漿管口的過(guò)濾器施工過(guò)程中漿液嚴(yán)格按監(jiān)理審批的水灰比配制,水泥漿液嚴(yán)格過(guò)濾,在攪拌罐和儲(chǔ)漿桶之間的輸漿管尾設(shè)過(guò)濾網(wǎng),在水泥漿泵的吸漿管口設(shè)一過(guò)濾器。在施工過(guò)程中定期采用比重秤或比重計(jì)量測(cè)漿液比重,保證水灰比不低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。3.4.3加強(qiáng)漿、供風(fēng)和壓漿噴漿過(guò)程中,經(jīng)常檢查高壓漿泵(或高壓水泵)壓力、漿液質(zhì)量、空壓機(jī)風(fēng)壓和風(fēng)量、檢測(cè)擺動(dòng)和提升速度以及實(shí)際的漿液耗用量。供漿、供風(fēng)必須連續(xù)。一旦中斷,應(yīng)將噴管下沉至停供點(diǎn)以下0.5m,待恢復(fù)正常時(shí)再噴漿提升。因故停機(jī)超過(guò)3h時(shí),要對(duì)泵體和輸漿管路妥善清洗。對(duì)已結(jié)束的孔段,設(shè)專人及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿,直至漿面不再下降為止,以確?？變?nèi)漿面在未凝之前的穩(wěn)定和壓實(shí)。每個(gè)噴漿孔施工完畢,用清水把泥漿泵和管路內(nèi)的殘留漿液全部噴射排出,鉆具及其它設(shè)備,用低壓水沖洗干凈,架起高噴管,離地存放。3.5高壓噴射法噴射法三種施工方法在孔深15~17m處均出現(xiàn)孔口不返漿的現(xiàn)象,從地質(zhì)條件看此處為級(jí)配不良的礫,在噴射時(shí)水泥漿液從較大的空隙中流走,導(dǎo)致孔口不返漿。施工過(guò)程中采取了降低或停止噴射管的提升速度、在同一位置上下移動(dòng)、向孔內(nèi)填砂等方法進(jìn)行處理,效果較好。4對(duì)2.0nm和高波的比較分析均為典型范圍4.1管法擺噴灌漿工效二管法擺噴灌漿施工完成高噴防滲墻12960m2,累計(jì)用時(shí)54天,共兩臺(tái)高噴臺(tái)車,綜合平均工效為120m2/臺(tái)·日。三管法擺噴灌漿施工完成完成高噴防滲墻4800m2,累計(jì)用時(shí)41天,一臺(tái)高噴臺(tái)車,綜合平均工效為117.1m2/臺(tái)·日。振孔擺噴灌漿施工完成防滲墻6702.12m2,累計(jì)用時(shí)63天,一臺(tái)振噴機(jī),綜合平均工效為106.4m2/臺(tái)·日。4.2t/2m回采標(biāo)準(zhǔn)二管法擺噴灌漿水泥耗量為4000t,平均單耗為0.30t/m2;三管法擺噴灌漿水泥耗量為1500t,平均單耗為0.31t/m2;振孔擺噴灌漿水泥耗量為1890.5t,平均單耗為0.28t/m2。4.3墻體開井檢查二管法鉆孔高噴施工質(zhì)量檢查:1)開挖檢查施工結(jié)束后共開挖檢查5處,檢查坑深4.5~3.0m,長(zhǎng)6.8~5.3m,由人工開挖。開挖揭露高噴防滲墻呈青灰,水泥攪拌均勻,強(qiáng)度較高,外周有明顯橫紋,外觀質(zhì)量好,墻體連續(xù)、整體性好,垂直度和平整度好。二管法實(shí)測(cè)墻體厚度為16~22cm,噴射半徑為1.0~1.3m;三管法實(shí)測(cè)墻厚為15~20cm,噴射半徑為1.0~1.2m;振孔高噴墻體厚度為25~40cm,噴射半徑為0.7~0.8cm。2)鉆孔取芯檢查開挖檢查后,對(duì)墻體進(jìn)行鉆孔取芯,孔徑Φ100mm,檢查完畢采用水泥砂漿封孔。檢查取芯芯樣完整、密實(shí)、均勻,表面光滑,呈圓柱狀。三種施工方法均各取抗壓試驗(yàn)芯樣1組,抗?jié)B試驗(yàn)芯樣1組,結(jié)果如下:二管法:抗壓強(qiáng)度7.5~7.8(MPa),滲透系數(shù)7.1×10-7(cm/s);三管法:抗壓強(qiáng)度7.3~7.7(MPa),滲透系數(shù)5.2×10-7(cm/s);振孔高噴:抗壓強(qiáng)度7.3~7.7(MPa),滲透系數(shù)5.2×10-7(cm/s)。3)圍井檢查防滲墻一側(cè)增加3個(gè)防滲面與原墻封閉成四邊形,圍井平面面積不小于4.5m2,用旋噴法將圍井上、下封閉,使得圍井中內(nèi)外介質(zhì)被隔離;在圍井中部清水鉆進(jìn)成孔,在孔中下一個(gè)底端部接有不少于1m長(zhǎng)花管的鋼管,鋼管內(nèi)徑不得小于127mm,各節(jié)鋼管螺口連接。下好鋼管后,將鋼管與圍井上封頂?shù)男龂婓w可靠結(jié)合封閉,不得漏水。在圍井附近的墻體上下游要分別鉆一個(gè)地下水位觀察孔。圍井下好鋼管后,先進(jìn)行24h注水,使圍井內(nèi)飽和,采用抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)兩種方法測(cè)定防滲墻滲透系數(shù)。根據(jù)達(dá)西定律計(jì)算出滲透系數(shù)。二管法:抽水試驗(yàn)滲透系數(shù):k1=4.97×10-7cm/s,注水試驗(yàn)滲透系數(shù):k1=7.42×10-7cm/s;三管法:抽水試驗(yàn)滲透系數(shù):k1=7.65×1