高压喷射灌浆技术在水闸除险加固工程中作用体现

1、高压喷射灌浆技术在水闸除险加固工程中作用体现1. 工程背景（1）绍兴市上虞区海涂二号闸，位于上虞市海涂九四丘北堤，曹娥江出口处东侧。该闸承担着虞北平原向钱塘江排涝的重要任务，所处河道呈南北走向，出口为钱塘江。水闸共3孔，每孔宽6m，闸顶上有交通桥及启闭房，桥面标高10.5m，闸墩高程4.6m，闸底板高程-0.4m，消力池底板高程-1.5m。闸底板采用砼结构，上下游翼墙采用砼护面。大堤防潮标准为100年一遇，排涝标准为20年一遇，设计外侧高潮位7.51m， 设计内河高水位4.07m。但工程建成后，由于存在地基渗透变形等问题，严重影响本工程正常发挥应有效益。为充分发挥二号闸排涝御潮的功能，在进行安

2、全评估后，对其进行除险加固。（2）二号闸除险加固工程于2013年6月28日开工，工程内容主要为新建该闸防渗系统、新建闸室、下游翼墙的防渗工程及地基加固工程以及闸室房屋结构、闸门、机电设备、水闸观测系统等进行修补、完善。工程新建闸下防渗幕墙由连锁高压旋喷桩组成，旋喷桩直径80cm，搭接20cm，桩中心距60cm，设计桩身28天强度大于等于1MPa，渗透系数小于1x10-6cm/s。2. 高压喷射灌浆技术简介高压喷射灌浆技术是构筑地下防渗墙，加固软弱地基及透水层防渗，起到冲切掺搅、升扬置换、充填挤压、渗透凝结、位移等作用。其机理如下：利用钻机把带有喷嘴的灌浆管置入至土层预定的深度后，以2040MP

3、a的压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层，形成预定形状的空间，当能量大、速度快和脉动状的喷射流的动压力大于上层结构强度时，土颗粒便从上层中剥落下来，一部分细粒土随浆液或水冒出地而，其余土颗粒在射流的冲击力、出心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列，形成圆柱状的固结体，即高喷桩。对于水闸的除险加固，高压喷射灌浆技术相对于其他地基处理方法，有以下优点：2.1 一桩多能。高喷桩不仅能用于强化地基，还能在形成连续体后起到防渗止水的作用。2.2 施工简便。高喷桩打设设备轻便，只需在上层钻一个孔径550cm的小孔，便可在土中喷射成直径为0.44

4、.0m的固结体，其径孔比大于10，因而能贴近已有建筑物基础建设新建筑物。2.3 可控性强。在施工时，根据工程需要可调节旋喷速度和提升速度等参数后获得不同形体的固结体。2.4 适应性好。高压喷射灌浆技术对各种地质条件均有较好适应性，对从淤泥、淤泥质土到碎石类的不同基础类型，均有良好的加固效果。3. 高压喷射灌浆技术参数的确定由于该工程中，作为防渗帷幕的高喷桩设计深度都在28m左右，且工程所处位置滨临杭州湾，地下水位较高，海水中含有大量的无机盐和各种有机物，在很大程度上影响了水泥的和易性初凝与终凝时间，进而影响到水泥的强度多种力学指标。为保证防渗帷幕的完整性和高喷桩的成桩质量，在高压旋喷桩正式施工

5、前，先按不同参数试打了3根试桩。3.1 试桩基本情况。（1）为与实际工程相适应，3根试桩统一以三管法打设，桩径80cm，桩长30m，其他具体参数如表1。表1 试桩基本参数表编号 提升速度cm/min 旋转速度r/min水 气 浆压力MPa 流量L/min 压力MPa 流量L/min 压力MPa 流量L/min 浆液密度g/cm31# 15 12 30 800.8 1 2880 1.54 2# 20 12 32 80 0.8 1 3080 1.61 3# 20 12 36 1001.0 132 100 1.70（2）待试桩打设完成并养护28天后，委托浙江省水利水电工程质量检验站对试桩进行钻芯法检

6、测。3.2 钻芯设备及方法。现场钻芯采用XY-1A-4型钻机，选用直径为86mm的金刚石单筒钻具，垂直钻芯。开钻前垫好机台，利用水平尺或铅垂线调平钻机，确保钻杆钻进时处于竖直状态，从桩顶面距桩边缘10cm处开孔向下钻进。3.3 芯样试件抗压强度及渗透系数试验。参考深层搅拌法技术规范DL/T 5425-2009、建筑地基处理技术规范JGJ79-2012和建筑基桩检测技术规范JGJ 1062003等有关规范，现场钻孔取芯获得不同高程的芯样，每桩取6个芯样试件进行抗压强度试验，3个芯样试件进行渗透系数试验。芯样试件的抗压强度试验按水工混凝土试验规程SL352-2006的有关规定进行，渗透系数试验按土

7、工试验规程SL237-1999的有关规定进行。3.4 钻孔取芯成果。各钻孔芯样情况见芯样照片（图1图3）。3.4.1 1#试桩。该桩桩长30m，钻孔取芯深度12.0m。所检查深度范围内，芯样采取率低，水泥土芯样连续性、完整性、均质性差，成桩效果差，其中9.0m12.0m部分呈土样，未取得水泥土芯样。 3.4.2 2#试桩。该桩桩长30m，钻孔取芯深度23.0m。所检查深度范围内，芯样采取率低，水泥土芯样连续性、完整性、均质性差，成桩效果差，其中9.0m12.0m部分呈土样，未取得水泥土芯样。3.4.3 3#试桩。（1）该桩桩长30m，钻孔取芯深度28.0m。所检查深度范围内，总体而言，芯样采取

8、率较高，水泥土芯样连续性、完整性、均质性较好，成桩效果较好，大部分芯样呈长柱、中柱状，坚硬，水泥含量高，表面光滑，胶结较好，局部见少量气孔，25.0m28.0m深度范围芯样连续性、完整性、均质性差，采样率低，未能成桩。（2）该桩6个芯样试件抗压强度值为8.3021.96MPa，平均值15.3MPa，最小值8.30MPa，满足设计要求。（3）该桩3个芯样试件渗透系数为3.83x10-78.74x10-7cm/s，平均值6.40x10-7cm/s，最大值为8.74x10-7cm/s，满足设计要求。3.5 小结。（1）1#试桩和2#试桩钻孔所检查深度范围内，旋喷桩连续性、完整性、均质性差，成桩效果差

9、。3#试桩钻孔所检查深度范围内，旋喷桩连续性、完整性、均质性较差，成桩效果差异较大，所取水泥土芯样试件抗压强度和渗透系数均满足设计要求。最终，水闸高喷桩的正式施工中，以3#试桩的参数为基础，稍作微调后确定实际施工用参数为：（2）孔位偏差≤20mm，倾斜率≤1.0%，水灰比1:0.9，相应浆液密度1.541.7g/cm3，水泥掺入比≥20%（水泥用量500Kg/m），水压36MPa，流量100L/min，喷嘴数量2个，喷嘴直径1.7mm，气压力1.0MPa，流量1L/min，喷嘴数量2个，喷嘴直径1.5mm，浆压力32MPa，流量100L/min，喷嘴数量2个，喷嘴直径1.7mm，提升速度20cm/min，旋喷转速12r/min。4. 结语高压喷射灌浆技术对水闸上部结构影响较小，具有一桩多能、施工简便、可控性强、适应性好等特点，特别适用于对既有的、正在使用、施工场地窄小的水闸工程进行地基加固和防渗。但高压喷射灌浆技术参数的选择应参考工程实际的经试验后确定。参考文献1 DLT5200-2004， 水电水利工程高压喷射灌浆技术规范S，北京:中国电力出版社2004.2 吴为民. 高压喷射灌浆技术在水闸地基加固和纠偏中的应用研究D.河海大学，2005