高压喷射灌浆技术在防渗工程中的应用

吴建平

【摘 要】本文以水库坝基防渗墙的设计及灌浆方法为例,重点介绍了三管法高压喷射灌浆技术以及施工中的质量控制方法,经试验检测得出防渗墙质量良好的结论。

【关键词】防渗墙,高压喷射灌浆技术,质量控制,质量检查

【中图分类号】TV5【文献标识码】A

1、前言

高压喷射法就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后,用高压泥浆泵,通过安装在钻杆的杆端置于孔底的特殊喷嘴,向周围土体高压喷射固化浆液,同时钻杆以一定的速度边旋转边提升,高压射流使一定范围内的土体结构破坏,并强制与固化浆液混合,凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。

固结体的形状和喷射流的移动方向有关。一般分为旋转喷射(简称旋喷),定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)。旋喷桩主要用于加固地基,提高地基的抗剪强度,改善地基土的变形性能,使其在上部结构荷载作用下,不至破坏或产生过大的变形。定喷固结体呈壁状,摆喷形成厚度较大的扇状固结体。定喷和摆喷通常用于地基防渗,改善地基土的水力条件及边坡稳定等工程。高压喷射灌浆技术具有诸多优势:可灌性好;可控性好;连接可靠;机动灵活;适应地层广、深度较大;对施工场地要求不高。

2、工程概况

某水库枢纽建筑物有拦河坝、顺河坝、泄洪闸、北干渠首闸和南干渠首闸。其中,顺河坝东起泄洪闸,沿沙河右岸一级阶地大致呈东西走向,全长16.2km,为均质土坝。顺河坝坝基上部为重粉质壤土和粉质黏土,厚度不等,一般为4m-10m;中部为砾质粗砂和砂卵石层,属强透水层,厚达17m-22m;下部为第三纪黏土岩或石英砂岩。由于中部的强透水性,造成库水沿此强透水层向外渗漏,与坝基阶地天然地下水汇合,形成了坝基承压水。近年来由于人为活动影响和工程老化,原有降压井的效果已不理想,顺河坝个别坝段承压水位明显高于地面。为此,对问题比较严重的坝段,选用高压喷射灌浆技术在坝基下建防渗墙,截断渗流,以解决该坝段突出的渗漏和安全问题。

3、技术方案

为了取得合理的设计参数和施工方案,特在顺河坝坝段后选择工程地质条件有代表性的场地进行高压摆喷围井试验。在完成坝后河床内高喷现场试验的基础上,确定具体设计及工艺技术参数如下。

3.1 工程特性

由于104m-90m高程为重中粉质壤土(坝体填筑和覆盖层土),防渗墙从重中粉质壤土顶板上1.5m开始灌浆至基岩以下1m,形成一个上接重中粉质壤土,底部插入基岩的封闭式防渗墙体。要求墙体厚度达到20cm以上,造孔的孔斜率要求小于0.8%。

3.2 施工工艺参数

灌浆材料选用水泥黏土浆,即强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥占70%,黏性土(膨润土)占30%,水、干料比为1∶11.1。灌浆参数:水压力:38MPa-42MPa;水量:70L/min;气压力:0.7MPa;气量:1m³/min;浆压力:0.5MPa;浆量:80L/min;进浆密度:1.53g/cm³;回浆密度:1.20g/cm³;摆动速度:6°/s。摆动角度:30°;喷射角度(摆喷凝结体轴线与防渗墙轴线夹角):30°;提升速度:土层8cm/min-10cm/min,砂层10cm/min-13cm/min,卵石层7cm/min-10cm/min。

4、质量控制

4.1 造孔

采用地质钻机造孔,泥浆固壁。孔深达到设计深度时,提取岩芯,经检验认可后方可终孔。终孔后要测斜验收,合格后搬迁孔位。

4.2 制浆

制浆时,指派专人定时检查并登记水泥耗量,每隔一定的天数清查核对水泥出入库和库存量。定时测量浆液比重,保证浆液浓度符合设计值。自制备至用完时间不应超过4h,否则,作为废浆处理。

4.3 灌浆

提升速度。土层中提升速度可稍快,砂卵(砾)石层中应放慢,含有较大块石或块石比较集中的地层应更慢。先序孔提升速度可稍慢,后序孔可相对快些。施工中,当发现返浆量减少时应放慢提升速度。

进浆量控制。除在制浆过程中严格控制水泥用量、保证浆液浓度外,对进水量同样要严格控制,方可保证进浆量。事故停喷。高喷灌浆应连续作业,不间断施工,一次成型。喷射过程中因发生事故停喷超过1h-2h,即作为事故,要做特殊处理方可继续喷灌,恢复喷射时要求从停喷深度以下0.5m开始提升喷射。

终孔回灌。回灌不及时,孔口土体塌落将使已成桩体中出现浆体包裹的空洞。一般应在终孔1h后进行回灌,可采用置换出的弃浆,以节约水泥用量。

5、质量检测

防渗墙的渗透性。灌浆施工结束待防渗墙体凝固30d后,将550m的灌浆坝段分为4个检查段,在这4处设置防渗检查试验围井,用注水试验测定封闭围井的渗透性来判断防渗墙质量。从试验结果看,防渗墙质量均达到优或良。防渗墙的连续性及厚度。施工结束30d后,采用地质雷达技术对防渗墙的连续性和厚度进行检测。设计要求防渗墙体平均厚度20cm,地质雷达检测表明,高喷防渗体形态为东西双向齿形,平均厚度37cm,最大厚度74cm,最小厚度16cm,防渗墙体东西方向上连续性好,垂向深度上较连续。防渗墙体结合体的强度。分别在检查段之间防渗墙交叉接触位置布置检查孔,在检查孔的中部取样品做物理力学试验。试验表明,防渗墙的抗压强度符合设计要求。

6、喷射时应注意以下事项

灌浆深度大时,易造成上粗下细的固结体,影响固结体的承载能力或抗渗作用,因而需采用增大压力和流量或降低旋转和提升速度等措施补救:当发现喷浆量不足而影响工程质量时,可采用复喷技术;当冒浆量大于灌浆量的20%时,可采用提高喷射压力、缩小喷嘴直径、加快提升速度和旋转速度等措施,对冒出的浆液,可回收利用。

根据工程需要调节喷射压力和灌浆量,改变喷嘴移动方向和速度,控制喷射固结体的形状,即圆盘状、圆柱状、大底状、糖糊芦状、大帽状和墙壁状。喷灌后的浆液有析水现象,可造成固结体顶部出现凹穴,对地基加固及防渗不利。为此,可采用静压灌浆或浆液中添加膨胀材料等措施预防。高压泵是高压喷射灌浆中的关键设备,要求压力和流量能在一定的范围内调节。额定流量为85～150L/min;额定压力为20～50MPa。

7、结语

高压喷射灌浆防渗墙属于地下隐蔽工程,设计要求高,施工控制严,其施工质量优劣的关键在于施工参数的选择是否合理。因此,施工前应针对不同的地层情况做好施工前的试验性施工,根据试验结果选择合理的施工参数。由于高喷灌浆工艺复杂,技术要求高,因此,选择一支施工经验丰富,质量过硬,信誉度高的施工队伍是保证高压喷射灌浆防渗墙施工质量的前提。高压喷射灌浆凝结体系在地层中直接形成,不能直接观察到凝结体的质量,选用既科学又切合实际的方法来检测其防渗质量、效果,具有十分重要的工程意义。

参考文献

【1】陈敬学,高喷技术在坝基防渗工程中的应用研究,人民长江,2002-09

【2】朱日军,高压喷射灌浆技术在水利防渗工程中的应用,广西水利水电,2005-09

【3】徐有前,高压喷射灌浆技术在大坝防渗加固中的应用,合肥工业大学学报(自然科学版),2003-06