高壓旋噴注漿工藝

高壓旋噴注漿工藝

高壓旋噴注漿工藝一、

材料選擇與準(zhǔn)備旋噴注漿是靠高壓液流的沖擊力破壞土層并與土體混合成新的固體，根據(jù)噴射工藝要求，漿液應(yīng)具備以下特性：注漿液具有良好的可噴性；有足夠的穩(wěn)定性；漿液中氣體應(yīng)少；能調(diào)解漿液的膠凝時間；優(yōu)良好的力學(xué)性能；無毒、無臭、；結(jié)實率高。水灰比一般采用1：1~1.5：1的水泥漿液。在噴漿之前按施工要求準(zhǔn)備好足夠的合格的水泥漿液，二、

旋噴參數(shù)的確定1、

壓力參數(shù)的確定一般情況下采用加大泵壓力來增加其流量及流速，進(jìn)而增大噴射力。根據(jù)以往經(jīng)驗，本工程壓力選擇為：0~3米時，采用25Mpa，3米以下時采用23

Mpa。2、

旋轉(zhuǎn)提升參數(shù)的確定旋轉(zhuǎn)、提升的速度與噴流半徑有關(guān)，而有效半徑與噴嘴的幾何尺寸和噴射角度有相互聯(lián)系，并直接影響噴流的特性。根據(jù)施工經(jīng)驗，旋噴提升速度宜控制在25~28cm/min范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)速度宜控制在20~28r/min范圍內(nèi)。其中在頂部1m應(yīng)選用較慢的轉(zhuǎn)速和提升速度。一般為20~23cm/min速度提升，20r/min旋轉(zhuǎn)。3、

噴嘴直徑

噴嘴安裝在鉆頭側(cè)面，是旋噴注漿的關(guān)鍵部分，噴粉直徑大小對噴射流速度影響很大。一般單管注漿中噴嘴直徑選用2.0~3.2mm。三、

旋噴注漿參數(shù)確定1、

噴射直徑的估計旋噴后的固結(jié)體尺寸由以下因素決定：土的類別及密實程度，高壓旋噴注漿方法，噴射技術(shù)。根據(jù)我國使用的水泥漿液，壓力為20Mpa左右、噴嘴孔徑2.0〈d〈2.5mm時。旋噴固結(jié)體直徑（D）可按標(biāo)貫次數(shù)（N）進(jìn)行估計：粘性土（適用于0〈N〈5〉：D

=0.65/154N2~1/154

N2砂類土（適用于5〈N〈15〉：D=1/770（350+10N-

N2）2、

布孔形式根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本工程采用三角形布孔。矩形布孔四、

高壓旋噴注漿施工工藝的技術(shù)要求1、

施工工藝1.

1鉆機(jī)就位鉆機(jī)安放在設(shè)計的孔位上并應(yīng)保持垂直，施工時旋噴管的允許偏斜不得大于1.5%。

1.

2鉆孔

單管旋噴常使用76型旋轉(zhuǎn)振動鉆機(jī)，鉆進(jìn)厚度達(dá)30m以上，適用于標(biāo)準(zhǔn)貫入度小于40的砂土和粘性土層。當(dāng)遇到比較堅硬的地層時宜用地址鉆機(jī)鉆孔。鉆孔位置與設(shè)計位置的偏差不得大于50mm。

1.3插管

插管是將噴管插入地層預(yù)定深度。使用76型振動鉆機(jī)鉆孔時，插孔與鉆孔兩道工序合二為一，即鉆孔完成時插管作業(yè)同時完成。如使用地址鉆機(jī)鉆孔完畢，必須拔出巖芯管，并換上旋噴管插入到預(yù)定深度。在插管過程中。為了防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水邊插管，水壓力不超過1Mpa。若壓力過高易將空壁射塌。

1.4、噴射作業(yè)當(dāng)噴管插入預(yù)定深度后。由下而上進(jìn)行噴射作業(yè)，值班人員必須時刻注意檢查漿液初凝時間、注漿流量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否滿足設(shè)計要求，并隨時做好記錄，繪制作業(yè)過程曲線。1.5、沖洗噴射施工完畢后，應(yīng)把注漿管等機(jī)具沖洗干凈，管內(nèi)、機(jī)內(nèi)不得殘存水泥漿，通常把漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管和軟管內(nèi)的漿液全部排除。1.6、移動機(jī)具將鉆機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位上。五、

主要技術(shù)要求1.

鉆機(jī)或旋噴機(jī)就位時機(jī)座要平穩(wěn)，立軸或轉(zhuǎn)盤與孔位對正，傾角與設(shè)計誤差一般不得大于0.5°2、

噴射注漿前要檢查高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)，設(shè)備的壓力和排量必須滿足設(shè)計要求。管路系統(tǒng)的密封圈必須良好。各通道和噴嘴內(nèi)不得有雜物。3、

噴射注漿時要注意準(zhǔn)備，開動注漿泵，待估算水泥漿的前鋒已經(jīng)流出噴頭后，才開始提升注漿管。自下而上噴射注漿。4、

噴射注漿時，開機(jī)順序也要遵守第3條的規(guī)定。同時開始噴射注漿孔的孔段要與前段搭接0.1m防止固結(jié)體脫節(jié)。5、

噴射注漿作業(yè)后，由于漿液析水作用，一般均有不同程度的收縮，使固體體頂部出現(xiàn)凹穴，所以應(yīng)及時用水灰比為0.6~1的水泥漿進(jìn)行補(bǔ)灌，并要預(yù)防其他鉆孔排除的泥土或雜物進(jìn)入。6、

為了加大固結(jié)體尺寸，或深層硬土為避免固結(jié)體尺寸減小，可以采用提高噴射壓力、泵量或降低回轉(zhuǎn)與提升速度等措施，也可采用復(fù)噴工藝。7、

冒漿的處理，在旋噴處理中，往往有一定數(shù)量的土粒，隨著一部分漿液沿著注漿管壁冒出地面。通過對冒漿的觀察，可以及時了解土層狀況、旋噴的大致效果和旋噴參數(shù)的合理性等。根據(jù)實驗，冒漿（內(nèi)有土粒、水及漿液）量小于注漿量的20%為正常。超過20%或完全不冒漿時，應(yīng)查明原因并采取相應(yīng)的措施。若是地層中有較大空隙引起的不冒漿，則可以在漿液中摻入適量的速凝劑，縮短固結(jié)時間，使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)凝固。另外，還可以在空隙地段增加注漿量，填充空隙后再繼續(xù)正常旋噴施工。冒漿量無窮大的主要原因，一般是有效噴射范圍與注漿不相適應(yīng)，注漿量大大超過旋噴固結(jié)所需的漿量所致。減小冒漿的措施有三種：提高噴射壓力；適當(dāng)縮小噴嘴直徑；控制固結(jié)體形狀。在正常情況下的冒漿可沿公路橫向方向，在相鄰兩個孔之間開挖排漿溝，形成樁與樁之間的系梁，以便提高復(fù)合地基總體承載力。高壓旋噴灌漿施工方法說明1工程簡要概況

本工程砂礫石層截滲采用旋噴樁，施工軸線長度283m。分河床段和兩岸段，河床段砂礫石層厚度8-12m，上接心墻粘土，底部為基巖；兩岸段無砂礫石層，心墻粘土以下為基巖。初設(shè)旋噴孔距1.0m，鉆孔工作量為8535m，旋噴工作量為2471m。截滲面積2289m2。2施工程序高壓旋噴灌漿孔均分兩序或三序施工（遇串漿、串風(fēng)現(xiàn)象，分成三序施工），總程序為：施工臨建（包括水管、電纜鋪設(shè)、排污系統(tǒng)和集中制漿站建造）、高噴灌漿試驗、高噴鉆孔、高噴灌漿（先封堵河床段，后施工兩岸段）和墻體檢查。

高噴灌漿施工程序見圖3-1。

圖3-1

高噴灌漿施工程序圖3鉆孔施工工藝3.1鉆孔設(shè)備擬采用9臺地質(zhì)鉆機(jī)造孔，其中重慶探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的XY-2型鉆機(jī)5臺和杭州探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的SGZ-ⅢA型回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆機(jī)各4臺。每臺鉆機(jī)配一臺BW200/4型雙作用柱塞泵鉆孔。

3.2鉆孔方法鉆進(jìn)方法采用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、金剛石鉆進(jìn)、合金牙輪鉆進(jìn)等方法成孔。心墻粘土層段一般宜采用干鉆取芯成孔，必要時可向孔內(nèi)加入少量清水或泥漿；亦可采用泥漿鉆進(jìn)，沖洗液選用優(yōu)質(zhì)粘土泥漿或膨潤土泥漿；當(dāng)壩體心墻粘土適合于自然造漿時，可用清水做為沖洗液，但泵量應(yīng)根據(jù)需要嚴(yán)格控制。各種造孔方式均以不破壞壩體心墻粘土結(jié)構(gòu)為原則。砂礫石層采用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、合金牙輪鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁，基巖段造孔采用硬質(zhì)合金回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)或金剛石鉆進(jìn)方法。3.3鉆孔基本要求孔徑：高噴鉆孔孔徑不小于Φ110mm?？咨睿航K孔深度以達(dá)到設(shè)計要求為準(zhǔn)，即伸入基巖1.0m?？仔保嚎仔焙细駱?biāo)準(zhǔn)為偏斜率≤0.5%。

樁位：根據(jù)施工圖紙規(guī)定的樁位進(jìn)行放樣定位，其中心允許誤差應(yīng)不大于1%孔距。3.4孔斜測量與控制⑴孔斜測量測量儀器采用上海地質(zhì)儀器廠制造的KXP-1輕便測斜儀，便于操作，可直接從操作箱刻度盤上觀察到測量結(jié)果，精度可滿足工程使用要求。因鉆孔孔徑比儀器外徑較大，以求測量結(jié)果真實準(zhǔn)確，測孔時配加導(dǎo)向，測斜儀安裝在導(dǎo)向管內(nèi)，與導(dǎo)向管（長度3.5-4.0m，外徑與鉆孔鉆具外徑相同）同心同軸。導(dǎo)向裝置如圖3-2所示。圖3-2

測斜儀導(dǎo)向裝置圖⑵孔斜控制鉆孔偏斜是影響墻體可靠搭接的關(guān)鍵因素，施工時采取以下措施進(jìn)行防斜：①鉆機(jī)加設(shè)底座，力求鉆機(jī)工作時保持平穩(wěn)。②鉆機(jī)就位后，應(yīng)墊穩(wěn)及調(diào)整好鉆機(jī)，使開孔鉆具保持鉛垂?fàn)顟B(tài)。③隨時校對立軸垂直度，加長粗徑鉆具，禁止使用彎曲鉆桿和彎曲的粗徑鉆具。④除開孔外，不得使用短小鉆具，鉆具長度應(yīng)保持在3.5m以上，并在鉆進(jìn)時合理使用鉆進(jìn)參數(shù)。⑤鉆孔每5-10m進(jìn)行一次孔斜測量，對鉆孔過程實施檢測，如孔斜偏差較大，應(yīng)及時采取有效措施糾偏（如鉆具上下往復(fù)拉動修復(fù)、填孔重鉆、擴(kuò)孔修復(fù)等）。3.5固壁泥漿

采用當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)粘土或采用膨潤土做為造漿主要材料。泥漿性能參數(shù)指標(biāo)按表3-1控制：

表3-1

泥漿性能指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)表

指標(biāo)

泥漿

密度(g/cm3)

馬氏漏斗粘度(s)

含砂量(%)

粘土泥漿

≤1.15

35～40

≤10

膨潤土泥漿

≤1.08

30～35

≤53.5泥漿凈化及回收鉆孔時，孔口返出的泥漿經(jīng)排漿溝、沉淀池沉淀后，用泥漿泵再次泵入鉆桿循環(huán)使用，排漿溝、沉淀池的漿渣人工挖出，運(yùn)至指定地點(diǎn)堆放。當(dāng)泥漿中含砂量增多不能滿足護(hù)壁要求時，應(yīng)采用特殊除砂措施（振動篩除砂）或廢棄。4高噴灌漿施工工藝4.1高噴墻設(shè)計方案⑴設(shè)計方案

高噴墻設(shè)計為旋噴樁防滲墻，在防滲墻軸線上單排布置。兩岸段孔距1.4m，伸入基巖1.0m，伸入心墻內(nèi)1.0-2.0m；河床段孔距1.0

m，伸入基巖1.0m，伸入心墻內(nèi)4.0-4.5m。旋噴樁布置及墻體搭接型式如圖3.3所示。

圖3-3

三管旋噴墻體搭接示意圖⑵高噴防滲墻設(shè)計要求及性能指標(biāo)防滲墻有效搭接厚度應(yīng)不小于60cm。滲透系數(shù)應(yīng)不大于：心墻粘土層1×10-6

cm/s，壩基砂礫石層5×10-6

cm/s。

防滲墻抗壓強(qiáng)度應(yīng)不小于：心墻粘土層3MPa，壩基砂礫石層8MPa。4.2機(jī)具配置擬采用一臺高噴臺車（組裝高噴震動錘，頻率800HZ，沖擊功5.3KN）、一臺高壓清水泵、一臺空壓機(jī)和一臺灌漿泵組裝成一套高噴設(shè)備進(jìn)施工，高壓噴射設(shè)備組裝見圖3-4。

CYP-50高噴機(jī)

圖3-4高壓噴射設(shè)備組裝示意圖

3D2-SZ高壓清水泵4.3高壓旋噴施工方案

旋噴樁施工采用預(yù)先成孔，而后下入高噴管進(jìn)行。

旋噴樁施工采用三管或三重管法實施。三管和三重管法即以漿、氣、水三種介質(zhì)同時作用于地層，使?jié){液與地層顆粒成份混合、攪拌、置換、充填滲透形成固結(jié)體。高壓水嘴布置為直線雙噴嘴（180度夾角），使用定向送液器，高噴作業(yè)時噴嘴對準(zhǔn)高噴墻軸線向左右兩方向?qū)嵤[，擺動角度185-190度，從而形成旋噴樁。

4.4三管法旋噴施工工藝流程

測量放線定點(diǎn)

鉆機(jī)就位調(diào)正

鉆孔

終孔驗收

噴車就位

地面試噴

下設(shè)噴管

噴射注漿

結(jié)束

孔口靜壓補(bǔ)漿

粘土封孔

下一流程4.5高噴注漿試驗施工⑴試驗區(qū)及旋噴試驗孔布置在現(xiàn)場高壓噴射注漿作業(yè)開始前，按施工圖紙要求和監(jiān)理人指示選擇地質(zhì)條件具有代表性的區(qū)段，按室內(nèi)試驗選定的配合比進(jìn)行高噴注漿工藝試驗。砂礫石地層高噴注漿試驗在壩后砂礫石地層上進(jìn)行，布置12個噴射孔構(gòu)成一個長方形圍井，采用不同的孔距、噴射壓力、提升速度、漿液濃度等進(jìn)行試噴，通過開挖檢查和鉆孔取芯檢測噴射墻體質(zhì)量且通過進(jìn)行注水試驗取得滲透系數(shù)（K值）；另在粘土層上布置2個噴射孔進(jìn)行試噴，以選定粘土心墻中的工藝參數(shù)。砂礫石地層高噴注漿試驗孔孔深暫定為8m，粘土層高噴注漿試驗孔孔深為5m。高噴注漿試驗旋噴孔布置見圖3-4。

a砂礫石層（圍井試驗）

b粘土層（單噴孔）圖3-4

高噴注漿試驗旋噴孔布置圖⑵旋噴試驗建議工藝參數(shù)高噴注漿試驗建議工藝參數(shù)如下（供參考），試驗施工時由設(shè)計決定：表3-2高噴注漿試驗建議工藝參數(shù)地

層

砂礫石層

粘土層

基巖組別

1

2

1

2

1孔距m

1.0

0.8

提升速度cm/min

6.8

8-10

10-12

8-10

15-20旋轉(zhuǎn)速度r/min

6-8

8-10

10-12

8-10

15-20水壓MPa

38-40

38-40

38-40

38-40

38-40水量L/min

75-120

100-120

100-120

100-120

75-120漿壓MPa

0.4-0.8

0.4-0.8

0.4-0.8

0.4-0.8

0.4-0.8漿量L/min

70-80

70-80

70-80

70-80

70-80風(fēng)壓MPa

0.6-0.8

0.6-0.8

0.6-0.8

0.6-0.8

0.6-0.8風(fēng)量m3/

min

1.2-1.5

1.2-1.5

1.2-1.5

1.2-1.5

1.2-1.5進(jìn)漿密度g/cm3

≤1.65

≤1.60

≤1.60

≤1.60

≤1.60通過對旋噴固結(jié)體鉆孔取芯、注水試驗和圍井開挖檢查成果分析后，對試驗工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確定高噴注漿施工工藝參數(shù)。⑶試驗設(shè)備

表3-3

旋噴試驗設(shè)備表序號

設(shè)備名稱

型號、規(guī)格

單

位

數(shù)量

備

注1

鉆機(jī)

SGZ-ⅢA

臺

2

鉆孔2

高噴機(jī)

CYP-50

臺

1

三管機(jī)下設(shè)噴管、提升噴射3

高壓清水泵

3D2-SZ

臺

1

供高壓水4

空壓機(jī)

6m3

臺

1

供壓縮空氣5

漿泵

BW200/4

臺

1

供漿6

高速攪拌機(jī)

ZJ-400

臺

2

配制水泥漿液7

泥漿攪拌機(jī)

300L（雙桶）

臺

1

配制泥漿8

振動篩

臺

1

回收漿液9

水泵

IS單級20m3/min

臺

1

供水10

排污泵

2PN

臺

1

排污4.6高壓噴射灌漿作業(yè)

⑴高壓噴射灌漿作業(yè)鉆孔驗收合格后，進(jìn)入噴漿作業(yè)。首先高噴臺車就位、進(jìn)行調(diào)平、支撐點(diǎn)墊實墊穩(wěn)；全面檢查噴漿設(shè)備是否完好

，再進(jìn)行孔口試噴，檢查各種管路是否暢通；下管時將噴頭進(jìn)行密封，以防漿、氣、水管道堵塞；下到設(shè)計深度后，按漿、水、氣順序依次送入，各種參數(shù)達(dá)到設(shè)計要求和孔口返漿正常后，再按要求進(jìn)行正常提升噴射。噴射作業(yè)完成后，通過送漿管路及時向噴射孔內(nèi)補(bǔ)充地層漏矢的漿液，進(jìn)行靜壓補(bǔ)漿（回灌），直至孔內(nèi)漿液面穩(wěn)定和不在下沉為止?；毓嗫捎脟娚錆{液，亦可用砂礫石層噴射作業(yè)時孔口返漿，但不可使用粘土層噴射作業(yè)時孔口返漿進(jìn)行補(bǔ)漿。為節(jié)約和降低部分工程成本，高噴施工過程中可以考慮漿液的回收和利用。將孔口返漿集中到壩頂臨時集漿池內(nèi)，經(jīng)除砂器（振動篩）處理后泵回制漿站配制新漿。施工中按監(jiān)理要求采集孔口返漿試樣，每種主要地層應(yīng)取冒漿試件不少于6組。高噴灌漿結(jié)束后，心墻粘土段孔內(nèi)應(yīng)用粘土球回填封孔，每填一定高度后，下入粗徑鉆具搗實，使灌漿孔封填密實。⑵施工技術(shù)措施噴射注漿分兩序或三序施工（遇串漿、串風(fēng)現(xiàn)象，分成三序施工），先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，再施工Ⅲ序孔。相鄰孔施工間隔時間不宜少于72小時。先封堵河床段，后施工兩岸段。噴射注漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，噴射提升需要卸管時，復(fù)噴段不小于20cm。因停水、停電或機(jī)械故障等意外原因造成噴射注漿中斷時間過長，恢復(fù)噴漿時，應(yīng)將噴頭下放原噴頂高程以下不小于0.5m進(jìn)行復(fù)噴，采取重復(fù)搭接以保證上下墻體的連續(xù)性。在噴射注漿過程中，如出現(xiàn)返漿異常（返漿量過小、不返漿、斷續(xù)返漿），根據(jù)實際情況可采取降低提速、靜噴、增大漿液密度、孔口填入細(xì)砂等辦法進(jìn)行處理，待孔口返漿正常后恢復(fù)噴射。為保證基巖層與砂礫石層、砂礫石層與心墻粘土層、基巖與心墻粘土層接觸段墻體連接緊密，噴射過程中對接觸段采取靜噴或復(fù)噴處理；特別是兩岸段旋噴孔距較大，基巖與心墻粘土層接觸段復(fù)噴兩次，復(fù)噴段長度為0.3-0.5m，有意加大噴射半徑以保墻體有效連接。施工過程中，庫水位和壩下水位差形成壩基滲流會影響旋噴灌漿施工質(zhì)量，為消除和減小壩基滲流對旋噴灌漿施工的不利影響，采取在漿液中摻加速凝劑，以縮短漿液凝結(jié)時間。5材料和漿液制備5.1材料

水

泥：采用由業(yè)主提供的普通硅酸鹽水泥，水泥標(biāo)號選用425#。

膨潤土：采用優(yōu)質(zhì)鈣基膨潤土，細(xì)度應(yīng)為200目。

砂：中細(xì)砂，符合有關(guān)規(guī)范要求（特殊情況下使用）。

碳酸鈉：符合有關(guān)規(guī)范要求。

外加劑：符合有關(guān)規(guī)范要求。

工程所需材料設(shè)專人負(fù)責(zé)驗收，不合格材料不準(zhǔn)使用，所有材料按規(guī)定要求送檢（由具有國家二級或二級以上資質(zhì)的試驗單位檢驗）。5.2漿液制備高噴漿液：噴射灌漿采用水泥、膨潤土混合漿液，漿液密度不小于1.6g/cm3?？捎霉杷猁}水泥（425#）中加入水泥重量3%的優(yōu)質(zhì)膨潤土和3%膨潤土重量的碳酸鈉，配制成混合漿液。亦可用硅酸鹽水泥摻入高效擴(kuò)散劑配制。本工程我們傾向于選用普通硅酸鹽水泥配制漿液。漿液配合比試驗：按施工圖紙對漿液性能的要求，施工前需做漿液配合比試驗，測試項目包括漿液拌制時間、漿液密度、漿液流動性、漿液穩(wěn)定性、漿液初凝和終凝時間、以及漿液固結(jié)體密度、強(qiáng)度、彈性模量和透水性等。

制漿：漿液采用高速攪