高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用研究

温豪增

(深圳市广汇源环境水务有限公司梅州分公司,广东 梅州 514000)

0 引言

通过高压喷射灌浆工艺,可以在钻机造孔的基础上,将装有喷水的灌料管放在地层的规定部位,借助压力装置,将20 MPa以下的压力液体从喷嘴中飞溅起来,撞击损伤地层,并以适当的速率上升提升钻杆,使浆液和土粒强力混匀搅动,直至浆液凝结,成为胶结体,从而达到砂浆的目的。通过高压喷射灌浆技术,可以有效地改造原地层的组成结构,并利用喷射效应将其分割,并且灌入水泥土或搅拌浆,以达到防渗目标和增加地基承载力。这种技术已经被应用于各种基础防渗和地基承载力改善工程,为国家大坝工程的除险加固建设提供了有力的保障,从而确保了水利的品质。

1 工程概况

某副坝位于灰岩峰丛洼地,它的两岸山体基岩完全裸露,峰顶的海拔可达213.8～293.6 m,而洼地的海拔则在160～173 m之间。坝体的结构十分复杂,它是由多种不同类型的黏土斜墙组成的,这些斜墙可能是从低洼地带的碎石形成的,也可能是从左岸的砂泥岩和完全风化的沉积层形成的。填土的品种千变万化,从浅棕色的粘土、深棕色的粘土、淡灰色的粘土,到细腻的粘土,各种组分交织在一起,形成了丰富的层次结构。在大多数情况下,坝体的透水性属于中等水平,然而,在某些地方,它的透水能力却超出了规定的标准,而且防渗斜墙的渗透能力也未达到预期。

在多种因素的评估下,“高压旋喷”方案在地形、地质条件、海拔高度等多个维度上得到了认可。坝顶上,一系列高压旋喷孔以1.0 m的间隔排列,它们的中心点位于坝顶的正中央,形成一个完整的空间结构。通过采用高压旋喷灌浆技术,我们能够在坝高较高的地方灌注9 m的砂质粘土层,并且随着距离坝头的增加,这一厚度会逐渐减小,直至达到4 m,从而提高坝体的稳定性和耐久性,确保大坝的基础结构牢固可靠。通过旋转喷射,我们能够在十八米的深度内喷射出孔洞。。

2 高压旋喷灌浆技术在水库除险加固中的应用方法

采取三重管喷灌技术的高压旋喷灌浆施工分为两个阶段,每个阶段的喷灌隔离时限为七天,以确保质量和效率。经过观察和分析,当第ⅰ序墙面的强度不足以满足要求时,由于墙体结构的不均匀性、第ⅱ序喷射的渗透力量及其灌填饱和程度的影响,会导致第一序墙面被冲散,而第二序灌填不能达到预期的效果,从而形成防渗的弱点,甚至出现空洞。

为了达到最佳的防护效果,应在一级墙体表面达到硬点后使用二级喷水缝,以保证质量。房屋内使用高压发电机的设备有大型电力设备、钻探设备、特种管道和高压管道等,可以提高园林的建设,好房子,好服务。在现场,我们需要使用大量的设备,如使用浆料和碎浆机的钻机、大型泵、空气压缩机、注射管、泵、流量计等。首先,我们需要建造建筑物的主轴线,并将整个水池分成两部分,同时完成建筑物的建造。我们将孔排成一排,并根据需要的间距调整间距。按照图1,建造流程如下:

图1 建造流程

(1)在现场上做好平整处理,挖掘排浆沟,并保证钻机精准定位。规定钻机水平放置,钻杆保证下垂,并保证钻机偏斜率不高于1%,以保证钻机质量。

(2)在钻进位置完成后,应使用特殊钻杆精确地钻入工程设计孔位,并使用原浆固定至设置位置,以确保工程设计孔位与实际孔位之间的误差低于五十毫米。

(3)在采用下三重管喷洒前,应先在地板上通过水、气试喷,以检查机械及管路的运行状况,并确保喷洒轴线的准确性,以确保喷洒的有效性。

(4)将三重管调节至设计工作水深,按照规范的技术参数继续进行原位喷水3～5 min分钟,直至浆液完全溢出孔口,方可开启提升喷水。

(5)在进行压力旋喷砂浆之前,应保证水砂浆被完全拌和,并且要严格控制其比例和水灰比。

(6)高压旋喷灌浆孔径必须达到喷灌管外径20 mm以上,严密遵照施工技术规范执行作业,并且要根据现场施工技术参数来监控砂浆品质。在拆卸喷灌管时,连接段必须完成复喷,复喷距离不能低于0.2 m,以确保灌浆质量达到最佳状态。

(7)高压喷射灌浆结束后,拔出套管。

(8)在回灌和喷洒完毕后,水浆液会凝固并下降,导致孔口下降。因此,需要对已喷孔采用静压灌浆,直到浆面不再下陷即可。

(9)进行下一孔的施工。利用高压射流 ,高旋喷技术可以有效地将浆液扩散至周围土壤,并将它们与土石粒混合搅拌,最终形成一种凝结体,这样就可以改变原有的地质结构,有效地抵御渗漏,同时也可以增加土壤的抗压能力。由多种因素共同作用的结果,高旋喷凝结体 的形成受到高压射流的影响,而这种影响的程度取决于比能值 E 的大小,具体可以通过以下公式来描述:

E=PQ/100V

(1)

式中:E为每米旋喷柱耗用的能量MJ/m;P为喷射灌浆压力MPa;Q为射流浆量 L/min;V为提升速度 cm/min。

随着E 值的增加,旋喷柱的直径也会相应增加, 一般而言, 50～70 cm的直径是最佳选择,但最终的结果仍需要经过严格的高旋喷测试才能得出。

表1 原设计水坝高压旋喷灌桨施工的各项参数

在建设前,应通过现场施工测试,选取具有典型代表性的坝段开展注浆实验,以观察注浆水压、吃浆量、水泥容积、大坝移动和断裂等参数,以确认设计及注浆技术参数值,并选定最佳的注浆配比,以保证建筑施工质量和安全性。在建筑施工钻进流程中,应选择一序灌浆孔当作基础孔,其孔距通常为30 m,并采集芯样,以明确注浆下限线;同时,应密切关注各层地质变化情况,适时调节高喷灌浆施工方法参量,以保证工程质量。根据表1,原设计的坝高压旋喷灌浆施工参数已经得到了改善。

根据《高压灌浆试验报告》结果,坝体高压旋灌试验桩径为1.2 m,可有效连接中河床坝体与下河床坝体。两岸的坝肩,而覆盖层粘土的坝基呈漩涡状。喷水试验的桩径为1.2 m,可以更好地保证坝体的稳定和安全。 0 m孔距下,河床坝基与两岸坝肩无法有效搭接,而1.0 m孔距河床与1.2 m两岸坝肩可实现搭接。为改进大坝注浆布置,我们将两岸坝肩喷孔间距由1.2 m调整为1.0 m,中段河床喷孔间距保持不变;调整高压旋灌粘土层施工参数,提升速度由试验时的10 cm/min降低为5～6 cm/min,摆动速度相应降低为4～6 r/min,因此以增加坝基覆盖层粘土的高压。旋喷桩的直径,以达到更好的灌浆效果。经过测试,我们确保旋流柱可以有效地连接在一起。为了更好地实现这一目标,我们对水坝高压旋喷灌浆施工参数进行了修订,如表2所示。

表2 试验后参数修订

采用三重管高压旋喷灌浆技术实施,先实施ⅰ序孔和ⅱ序孔,并且其他孔之间的实施隔离时限不得低于七天,以确保实施质量。在经过检验考试合格后,方可开始高喷砂浆建设。

3 高压旋喷灌浆质量控制

3.1 使用材料的技术参数

3.2 主要施工技术参数

选择高压旋喷砂浆施工技术参数是保证高喷墙成墙工程质量的关键步骤,必须严格遵守相关规范,并且精确掌握建筑施工技术参数,以确保建筑施工产品质量。本工程施工重要技术参数由现场人员测试确认,具体说明:

(1)高压旋喷灌浆的孔距应不小于1.0 m,而且墙体套接厚度必须不低于10 cm,以确保施工质量;

(2)当高压旋喷灌浆钻孔深度小于30 m时,其倾斜率应低于1%,以保证钻孔的垂直性;

(3)高压旋喷灌浆孔位应精确控制,其偏差不得超过5 cm;

(4)采用高压旋喷灌浆技术,其摆动角度可达360°,以达到最佳的灌浆效果;

(5)提高速率对浆液质量有着重要的影响,若提高速率较快,可能会导致缺陷的出现,而且切割半径也不合适,从而使高喷墙衔接处出现脆弱部分;反之,若提高速率过慢,则会导致冒浆量过大,从而导致材料的损失。为此,应依照灌浆试验结果决定各种地层的上升速率。在本过程中,坝基风化层的上升速率为5～6 cm/min,而坝体和包裹层的上升速率则达到了10 cm/min。

(6)高压旋喷灌浆的水压范围在39～40 MPa之间,流量范围在70～80 L/min;;空气压力范围在0.6～0.8 MPa之间,气流量范围在0.8～1.2 ml/min;水泥浆压力范围在0.5～0.8 MPa之间,流量范围在60～80 L/min之间。

(7)注浆水泥浆的比重应当在1.5～1.7 之间,而回浆比重则应当大于或等于1.2 g/cm3。

3.3 工程中异常情况的处理

如果在高压喷射灌浆过程中出现水压骤减、孔口回浆密度异常以及其他异常情况,应立即确定原因,并采取适当的措施来解决问题。如果在钻孔过程中发现严重的渗漏,应立即采取有效的措施以确保安全和质量。

(1)应立即停止上升,迅速将浆液输送至洞口,以确保不会溢出,然后采用旋喷的传统推进技术,持续向洞内注入新鲜的浆料,以确保安全;如果检测到少量的返浆,应立即停止上升,调节喷射气体的压力和流量,并采取必要的措施,以确保原地固化;如果3～5 s后仍未见到回流,应立即关闭气阀和高压水,并对三重管进行加固,以确保浆料能够顺利输送至洞口,同时在孔内填入细小的沙砾,以确保安全;如果在灌沙过程中遇到任何问题,应立即停止,并在相关区域进行2～3 s的喷洒,以确保达到最佳的效果。随着高度的不断提升,直至达到10 cm,再次重复此过程,直至孔口处出现明显的浆液。

(2)因为裂缝、鼠洞和浇筑连接处没有达到足够的牢固性,再加上水平土体的柔软,在灌浆压力的作用下,浆液会聚集,并渗入土壤,从而导致坝坡内外出现漏浆现象。为了解决漏洞的问题,我们可以通过堵塞来减少。通过在漏洞处安装一层砂粒,使得清水能够有效地渗入,从而达到有效的密封效果。为了有效防止泄漏,我们可以采取间歇性的灌浆管理,即在灌浆过程中不断搅拌,并在灌浆完成后加入水玻璃,以使其凝固,使其含量达到0.5%～3%。

(3)为了确保高喷墙体的质量,在经过特殊处理的漏水段上,应当将喷油管调节至最低点,等待孔口完全恢复原状,然后才能继续进行复灌。

4 高压旋喷墙墙体质量检验

(1)本工程的高压旋喷墙墙体设计质量要求:抗压强度达到Rx-0.5～3 MPa,渗透系数K 必须符合规范要求。

(2)为确保施工质量,现场勘察设计单位代表和现场工程部工作人员对钻孔间距、深度、孔径一致性、三压注浆等施工工艺进行严格把关。这些参数都符合要求,墙体厚度超过20 cm。

(3)为了确保高压旋喷墙体的防渗性能,相关部门对本工程开展了多项检测,包括渗透性系数、钻孔取芯和抗压强度等,以确保其质量符合要求。为了确保水坝高压旋喷灌浆的质量,我们在水坝上布置了十二个检查孔,它们位于两相邻施工灌浆孔之间,并且沿着轴线方向钻进。随着深度的增加,我们将检查孔铅直向钻进,并在距离高喷灌浆底部约0.3 m处进行注水试验,以确保水坝的质量。

(4)经过抽检,12个检查孔的高压旋喷灌浆渗透系数均低于5.0×10 cm/s,符合设计要求。为了更准确地评估高喷灌浆墙体的抗压性能,我们从水坝的钻孔中抽取24组芯样,分别按照潮湿状态进行,其中,Rz的最大值达到3.40 MPa,最低点达到0.50 MPa,而平均值则达到1.59 MPa,从而为更加精确的评估提供了有力的支持。确保符合所有严格的设计标准和规范。

5 结语

为了保证高压灌浆工程的质量,我们应该从以下几点入手:

(1)依据各种土质的特性,严密依照工程设计提出的施工技术方法和现场试验方法开展建筑施工,科学选定建筑技术参数,并采取可行性的施工方法,以保证桩径正确搭配,缝隙均匀分布,稳定性良好,接续牢固。

(2)在施工过程中,要严格检查各个关键部位,及时发现、解决和防止问题,以确保建筑物的质量。

(3)通过严格的监督与管理,确保施工过程的顺利、高效、稳定地实现。