高喷工艺在齐西堤防渗工程中的应用

高喷工艺在齐西堤防渗工程中的应用

1工程总结1.1堤后防浪墙+冲淤墙防渗段齐哈尔市位于岷江附近。该区域地势开阔平坦，容易发生洪水。它是中国最重要的防洪城市之一。防洪堤由西堤、南堤、东堤和富拉尔基堤组成,堤线总长103.27km。1998年洪水时西堤10+000~17+000堤段背水坡渗水严重,堤坡脱坡、坍塌,堤后渗水深度达0.5~1.0m深,堤后道路积水0.4m。此防渗段范围为桩号13+500~15+500,防渗墙中线距防浪墙内侧距离为8m,防渗墙设计顶高程比设计水位高1.5m,为150.06~150.02m,设计底高程为126.06~126.02m。此防渗段堤高4.0~6.0m,原堤顶宽8m,迎水侧堤肩设防浪墙,防浪墙高0.7m。堤外迎水坡已经采用砼板护坡,边坡比1:2.5,堤背水坡边坡比1:3,堤顶高程151.06~151.02m。1998年特大洪水后,堤背水侧已回填建筑残土,堤顶宽度达到60~80m。建筑残土成分复杂,结构松散。堤基上部粘性土隔水层在堤外侧分布不连续,部分地段缺失,受客观与人为因素影响,使下部砂、砾类透水地基出露,形成渗漏通道。堤段迎水侧地面距堤脚10~15m,普遍有一冲沟,沟宽10~15m,深1.0~1.5m,沟底部粘性土层较薄,下部砾类土埋藏浅,形成渗漏通道。1.2充填地层细砂分级堤体组成岩性较复杂,主要由低液限粘土、含细粒土砂、粉土质砂等组成。地层为第四纪风积、冲积、湖积地层,自上而下分述如下:①褐黄色细粒土砂;②褐黄色、黄色低液限粘土;③黄色含细粒土砂、粉土质砂;④灰色有机质低液限粘土透镜体;⑤黄色级配良好、不良砾;⑥1灰色级配不良粗砂;⑥2灰色级配不良细砂;⑦灰色低液限粘土;⑧灰色级配不良粗砂。2防洪墙设计指标和施工方案的选择2.1设计指标防渗墙深24m,抗压强度R28≥5MPa,墙体渗透系数k≤10-6cm/s。2.2不同施工方法的防渗墙效果分析齐齐哈尔西堤垂直防渗工程规定防渗墙结构型式可为砼防渗墙和高压旋(摆、定)喷注浆防渗墙、振切高喷防渗墙。本着既满足设计要求又降低工程造价的原则,取消砼防渗墙施工方案,因为砼防渗墙造价相对较高。如全部采用振冲切喷防渗墙,由于地质条件9~24m为级配不良砾、防渗墙深度较深等原因而很难完成。采取不同深度选取不同的防渗墙施工方法:上部采取振冲切喷法建造防渗墙;下部采取高压摆喷法建造防渗墙,上部、下部不同“工法”的防渗墙深度可根据实际地层情况进行调整。先进行上部振冲切喷法防渗墙施工,在上部振冲切喷法防渗墙施工结束14天后,再进行下部高压摆喷法防渗墙施工。上部防渗墙与下部防渗墙搭接的方法,采用高压旋喷搭接。由于采取多种施工工艺(切喷、摆喷、旋喷)和不同的机械设备在同一施工面交叉作业,不利于施工管理和施工质量控制,施工难度较大,这种方案亦被取消。因此,采用高喷灌浆防渗墙。为了得达到良好的防渗效果并降低施工成本,最终选择防渗墙的结构型式为高压摆喷灌浆防渗墙。3灌浆的施工形式及施工方法齐齐哈尔西堤垂直防渗工程均采用了高压摆喷灌浆的施工形式,但又采用了不同的施工方法,其中包括二管法钻孔高压摆喷灌浆、三管法钻孔高压摆喷灌浆及振孔高压摆喷灌浆。3.12.1方法：打开高压罐，喷洒3.1.1高压喷射注浆法二管法的喷射管由两根钢管制成,造孔结束后将喷射管下到设计深度开始喷射,从喷嘴同时喷射高喷水泥浆和压缩空气,在高压喷射流的冲击下,切削破坏原地层并使水泥浆液在喷射范围内扩散、充填和置换,在喷射流的冲击力、离心力和重力作用下与地层土石颗粒搅拌混合形成凝结体。切割破坏地层主要由高压浆液完成,压缩空气起着束流和携渣的作用。3.1.2高喷钻孔喷管安装1)钻孔及泥浆固壁。采用合金钻头钻进施工,孔距1.7m,钻孔直径Φ130mm,孔深为24m。钻孔施工采用单孔跳钻法,先钻I序孔。I序孔灌后一定时间达到规定强度后方可钻进II序孔。钻进过程中保证钻孔倾斜率满足精度要求。高喷钻孔根据不同地层采用不同浓度的泥浆固壁,如局部坍塌,则加浓浆液或向孔内投掷泥球来保证孔壁的稳定。钻进过程中,控制用水量、压力及回次进尺,并详细记录孔内情况,如换层、遇漂石等。2)下喷射管。检查机械运行情况,检查各种管畅通情况,合格后下喷浆管。为防止下管过程中堵塞喷嘴,将喷嘴包扎。3)摆喷提升。当喷射管下到设计深度后,测定喷射方向,摆角中心线与防渗墙轴线的夹角为15°,送入合乎要求的气、浆,先启动高压浆泵,再启动空压机。待泵压和风压升至设计规定值并孔口返浆后,按设计提升速度、摆角提升喷管,进行喷浆作业。直至达到设计高程即停止喷射。二重管施工参数见表1。钻孔高压摆喷灌浆成墙示意图见图1。3.1.3施工设备配置二管法摆喷灌浆主要机械设备用量见表2。3.2三管法：打开高压喷射3.2.1地层对土石颗粒的冲击三管法的喷射管由三根钢管制成,高喷灌浆时,三根管分别输送高压水、压缩空气和水泥浆液。在高压水和压缩空气的冲击下,切削破坏原地层,水泥浆液与地层土石颗粒搅拌混合形成凝结体。与二管法不同的是三管法采用高压水切割破坏地层,而二管法主要由高压浆液完成。3.2.2施工参数确定三管法的施工方法与二管法的施工方法基本一样,都是先造孔后灌浆,不同的是三管法孔距为1.8m,施工参数不同,二重管施工参数见表3。钻孔高压摆喷灌浆成墙示意图见图2。施工设备配置见表4。3.3振孔高压喷射3.3.1地层凝结体形成机理振孔摆喷是利用大功率振动锤产生高频振动,把圆形喷头体振入地层直至达到设计深度后,形成钻孔,边提升钻杆边进行高喷作业,在高压浆和压缩空气的共同作用下,破坏原地层;浆液凝固后,在地层中形成一个凝结体。它的主要特点是钻灌一体化。3.3.2振孔高喷施工工艺1)地面试喷。到位后的高喷机在振孔插管之前,应在地面进行气、浆的喷射试验,确保主要技术参数达到设计要求后进行振孔插管。2)振孔。试喷正常后,进行振孔插管,插管前应先供给低压气、浆,使喷头轻轻着地对准孔位,调整好振管垂直度,吊紧锤头开始启动振锤,将振管慢慢摆入地层内,振管摆入时必须控制好浆压、浆液性能,以保证能振摆到设计底高程。孔距为1.2m。3)摆喷提升。当喷射管下到设计深度后,测定喷射方向,摆角中心线与防渗墙轴线一致后,按设计提升速度、摆角提升喷管,进行喷浆作业。直至达到设计高程即停止喷射。振孔高喷施工参数见表5。振孔高压摆喷灌浆成墙示意图见图3。3.3.3施工设备配置振孔摆喷灌浆主要机械设备用量见表6。3.4施工质量控制3.4.1成孔垂直度二管法和三管法钻孔过程中,采用水平尺校正钻机机身水平和立轴垂直,保证成孔的垂直度;高喷台车(或振孔台车)就位后,对机架进行调平,对喷杆垂直度用吊锤法和水平尺进行调校,保证喷杆的垂直度,孔位允许误差<5cm,振管垂直度<3‰。3.4.2严格控制输浆管口的过滤器施工过程中浆液严格按监理审批的水灰比配制,水泥浆液严格过滤,在搅拌罐和储浆桶之间的输浆管尾设过滤网,在水泥浆泵的吸浆管口设一过滤器。在施工过程中定期采用比重秤或比重计量测浆液比重,保证水灰比不低于设计标准。3.4.3加强浆、供风和压浆喷浆过程中,经常检查高压浆泵(或高压水泵)压力、浆液质量、空压机风压和风量、检测摆动和提升速度以及实际的浆液耗用量。供浆、供风必须连续。一旦中断,应将喷管下沉至停供点以下0.5m,待恢复正常时再喷浆提升。因故停机超过3h时,要对泵体和输浆管路妥善清洗。对已结束的孔段,设专人及时进行补浆,直至浆面不再下降为止,以确保孔内浆面在未凝之前的稳定和压实。每个喷浆孔施工完毕,用清水把泥浆泵和管路内的残留浆液全部喷射排出,钻具及其它设备,用低压水冲洗干净,架起高喷管,离地存放。3.5高压喷射法喷射法三种施工方法在孔深15~17m处均出现孔口不返浆的现象,从地质条件看此处为级配不良的砾,在喷射时水泥浆液从较大的空隙中流走,导致孔口不返浆。施工过程中采取了降低或停止喷射管的提升速度、在同一位置上下移动、向孔内填砂等方法进行处理,效果较好。4对2.0nm和高波的比较分析均为典型范围4.1管法摆喷灌浆工效二管法摆喷灌浆施工完成高喷防渗墙12960m2,累计用时54天,共两台高喷台车,综合平均工效为120m2/台·日。三管法摆喷灌浆施工完成完成高喷防渗墙4800m2,累计用时41天,一台高喷台车,综合平均工效为117.1m2/台·日。振孔摆喷灌浆施工完成防渗墙6702.12m2,累计用时63天,一台振喷机,综合平均工效为106.4m2/台·日。4.2t/2m回采标准二管法摆喷灌浆水泥耗量为4000t,平均单耗为0.30t/m2;三管法摆喷灌浆水泥耗量为1500t,平均单耗为0.31t/m2;振孔摆喷灌浆水泥耗量为1890.5t,平均单耗为0.28t/m2。4.3墙体开井检查二管法钻孔高喷施工质量检查:1)开挖检查施工结束后共开挖检查5处,检查坑深4.5~3.0m,长6.8~5.3m,由人工开挖。开挖揭露高喷防渗墙呈青灰,水泥搅拌均匀,强度较高,外周有明显横纹,外观质量好,墙体连续、整体性好,垂直度和平整度好。二管法实测墙体厚度为16~22cm,喷射半径为1.0~1.3m;三管法实测墙厚为15~20cm,喷射半径为1.0~1.2m;振孔高喷墙体厚度为25~40cm,喷射半径为0.7~0.8cm。2)钻孔取芯检查开挖检查后,对墙体进行钻孔取芯,孔径Φ100mm,检查完毕采用水泥砂浆封孔。检查取芯芯样完整、密实、均匀,表面光滑,呈圆柱状。三种施工方法均各取抗压试验芯样1组,抗渗试验芯样1组,结果如下:二管法:抗压强度7.5~7.8(MPa),渗透系数7.1×10-7(cm/s);三管法:抗压强度7.3~7.7(MPa),渗透系数5.2×10-7(cm/s);振孔高喷:抗压强度7.3~7.7(MPa),渗透系数5.2×10-7(cm/s)。3)围井检查防渗墙一侧增加3个防渗面与原墙封闭成四边形,围井平面面积不小于4.5m2,用旋喷法将围井上、下封闭,使得围井中内外介质被隔离;在围井中部清水钻进成孔,在孔中下一个底端部接有不少于1m长花管的钢管,钢管内径不得小于127mm,各节钢管螺口连接。下好钢管后,将钢管与围井上封顶的旋喷体可靠结合封闭,不得漏水。在围井附近的墙体上下游要分别钻一个地下水位观察孔。围井下好钢管后,先进行24h注水,使围井内饱和,采用抽水试验和注水试验两种方法测定防渗墙渗透系数。根据达西定律计算出渗透系数。二管法:抽水试验渗透系数:k1=4.97×10-7cm/s,注水试验渗透系数:k1=7.42×10-7cm/s;三管法:抽水试验渗透系数:k1=7.65×1