高压喷射注浆技术在新江水利枢纽工程中的应用

高压喷射注浆技术在新江水利枢纽工程中的应用

高压喷雾注浆技术是利用钻头孔至设计处理深度，然后使用高压泥浆泵将固体污泥喷洒到安装在管道底部的特殊喷嘴中。高压固液泵在喷管底部的端部均匀喷射。它被切割并破坏土体，并与土体混合。随着混合后的固结体形成，它形成了一定程度和形状的固结体。高喷法按喷射介质和管路的多少可分为单管法、二管法、三管法等。主要介绍三管法高压喷射注浆技术的应用。三管高喷法用压缩空气包裹高压喷射水流冲切破坏、搅动土体,同时用低压注浆泵注入浆液,浆液被高压水、气射流卷吸带入,与被搅动土体混合形成圆柱或扇形加固体。1砂卵砂健康组新江水利枢纽工程位于新丰江与东江交汇处。坝址在河源市区珠河大桥下游140m,主要由溢流橡胶坝段、通航孔、泄洪冲沙闸构成,橡胶坝轴线总长263.7多米,坝高(河床以上)6.5m,坝宽16.5m。枢纽工程是以改善城市水环境为主要功能,兼顾市区防洪、环境美化等。坝址区河床两侧上部为含砾砂层,黄褐色或浅黄色,松散,饱和状态。砾石含量约30%,粒径2～5cm,中粗砂约占60%,厚1.2～5.0m。河床中间上部为厚度较稳定的砂卵砾石层,黄褐色,稍密—中密状态。卵砾石含量约占60%,粒径3～10cm,个别>15cm。砂卵石成份多为花岗岩、石英砂岩等,次圆状,分选性较好,颗粒由上至下逐渐变粗,厚度2～6.5m。下部巨厚基岩表层为薄层残积物,基岩岩性主要为白垩系泥岩、粉砂岩,含钙质砂砾岩等。基岩及其表层残积物透水性较差,为相对隔水层。砂卵石层的渗透系数K=1.0×10-1～1.0×10-2cm/s,临界水力坡降平均值为0.594。设计防渗要求坝基的渗透系数数量级为1×10-5cm/s。2高喷防渗墙设计方案根据场地地质情况及橡胶坝的承载和防渗要求,地基基础有三种形式可供选择,一种方案是在坝基上游坝趾一线做一道钢筋混凝土防渗墙,其余部位根据橡胶坝承载力的要求布置一定量的钻孔灌注桩;第二种方案是以钻孔灌注桩加高压喷射摆喷墙连成墙体代替地下连续墙,其余部位仍根据橡胶坝承载力的要求布置一定量的钻孔灌注桩;第三种方案是在坝基上、下游面均布置一道高喷防渗墙,防渗墙采用“旋摆相间”的形式,孔距1.25m,中间根据承载力的要求布置一排高压旋喷桩,孔距2.5m。经过可行性与经济比较,最终选择第三种方案。该方案可在上下游形成两道防渗墙,延长渗径,大大降低河水的渗透能力,同时,可直接使用同一类型的施工设备进行施工,降低了施工的难度,有利于缩短施工工期。工程造价也是三种方案中最经济的一种。防渗墙的平面布置是沿轴线长263.7m的范围,在坝轴线上游5.5m和下游6.0m处各布置一道。连接形式如图1所示。3高压摆喷墙施工高喷防渗墙的施工按二序进行,首先施工高压旋喷桩,等高压旋喷桩有一定强度后再施工高压摆喷墙,旋喷桩与摆喷墙连成一体即形成高喷防渗墙。高压旋喷桩与高压摆喷墙的施工工艺流程大致相同:测量放点→钻机就位→钻孔施工→安放喷射管→高压旋(摆)喷灌浆→静压回填灌浆→成桩(墙)。3.1聚合物水泥根据坝基的工程地质条件,注浆材料使用32.5R普通硅酸盐水泥,水灰比0.6∶1。通过现场的高压喷射试验,采取不同施工参数得出不同的旋喷或摆喷固结体的直径,最终确定达到工程设计要求的施工技术参数如表1所示。3.2施工中心(1)测量对象放样工作由专业技术人员严格按照设计图纸进行,孔位偏差<5cm。(2)膨润土灌浆制备由于高喷防渗墙所在的地层主要是砂卵石层,因此泥浆性能的好坏直接影响到高喷钻孔的质量。本工程以优质膨润土作为泥浆制备的主要材料,辅以少量粘土。泥浆的主要性能指标:比重1.2～1.3,粘度17～21s,胶体率≥95%,含砂量≤5%。(3)钻机开钻高喷孔成孔使用SGZ-III型钻机。开工前,将钻机安装在稳固的机座上,防止钻机在钻进过程中下陷,影响钻孔垂直度,以确保孔斜≤1%。同时使孔位偏差≤5cm。钻机就位检验合格后即可开钻。本工程使用Ø150硬质合金钻头钻进,钻孔入岩深度0.8m。(4)密封密封下喷射管前检查浆、气嘴的畅通情况,浆、气嘴要密封,以防堵塞。喷嘴管按要求下至设计深度,如喷管未能下到要求孔深,应起管移机扫孔,重新安放喷射管。(5)双岸螺钉喷管的注浆高压摆喷渗墙和高压旋喷桩均采用水、气、浆三重管高压喷射。1800双嘴喷头的喷管下至设计深度后,即启动注浆设备,调整浆压、气压等各项施工参数使之达到要求。孔口有水泥浆冒出后,即可按规定提升速度提升喷射管,直至达到设计的桩(墙)顶高程。(6)静压涂层喷射注浆完毕,及时向高喷孔内回灌同等浓度水泥浆,直至孔内水泥浆面不再下降为止,以保证桩(墙)达到设计顶高程。4加强灌浆材料的性能,保证成桩成墙质量(1)浆液稀释:受东江水位的影响,坝址区早晚存在较大的水位差,通常晚间涨潮早上退潮,此外,地层为砂卵砾石,地下水连通性好。河水位的变化造成水泥浆液被水流稀释带走,直接影响到高喷桩(墙)的质量。因此,施工中在灌浆材料中加入适量的速凝剂来调整浆液的性能,加速加固体的凝固,保证成桩成墙的质量。(2)塌孔、埋钻:因地层为砂卵砾石,颗粒之间的间隙大,又处于松散状态,在钻孔和喷射注浆过程中都容易产生钻孔坍塌、埋钻等事故,增加施工的难度。为解决这个问题,施工时除了保持泥浆性能稳定外,还在孔口埋设了长度为1.0m的Ø200PVC管,取得了较好的效果。(3)喷射注浆时经常检查各项施工参数,发现不符合要求,则立即停止提升喷管,待施工参数正常后,再将喷管往下放1.0～1.5m。然后再按预定参数提升喷管,避免高喷板墙或旋喷桩不能充分搭接或缩径情况发生。5质量分析为了检验防渗墙的防渗效果和旋喷桩的质量,依据高压喷射注浆技术的有关规程,主要采用了围井抽水试验、开挖检查和钻孔取芯等检验手段。5.1围井平面布置围井试验通常是在工程地质条件与施工场地相似的地方以相同的施工技术参数施工高压(旋)摆喷墙,使之形成“井”,然后在井内施工钻孔或把“井”内土体挖除,进行抽水或注水试验。本工程主要采取在“井”内施工钻孔进行抽水以获得相关水文地质参数的试验方法。围井平面布置形式见图2。试验之前,对抽水孔进行8h稳定观测,然后按有关水文地质规范进行正式抽水,记录时间、流量、降深等数据。依据抽水试验结果,防渗墙的渗透系数的计算参照《水工建筑物防渗工程高压喷射灌浆技术规范》(征求意见稿1)中的计算公式K=QTLHS(2)Κ=QΤLΗS(2)式中:Q——稳定抽水量,m3/天;H——围井中线处过水面高度,m;S——围井内水位降深,m;L——围井中心线处周长,m;T——高喷板墙厚度,m。实测及计算结果如下表2。试验结果表明,围井的渗透系数达到设计要求(K≤1×10-5cm/s),说明防渗板墙的施工是满足设计要求的。5.2板墙厚度测量抽水试验完毕之后,在围井内开挖检查,开挖深度为5.0m,从开挖揭露的板墙来看,主板墙即旋喷桩与定喷桩搭接完好。经测量板墙厚度最小处为30cm,最宽处达40cm,桩径在1.5～2.0m之间。板墙厚度和桩径满足设计要求。5.3砂研磨芯样的抗压强度取芯检查在旋喷桩中心20cm范围内钻孔至桩底岩层50cm,从取出的芯样来看,芯样中砂卵石和水泥浆胶结密实,完整性好,取几组芯样