高压摆喷注浆法在工程中的应用

高压摆喷注浆法在工程中的应用

1高压喷射灌浆技术20世纪60年代，日本首次开发了高压喷雾技术。这是根据化学砂浆形成的。我国是在20世纪70年代将这一技术引入国内。80年代这一技术已经被推广应用到水利工程中,到90年代在二滩工程以及小浪底工程中由国际承包商对高喷防渗幕墙技术进行了完成,这一技术不但具有工期短、质量好的特点,同时其设备还相当的精良,技术比较先进,因此对我国的高喷技术产生了一定的促进作用。其中,高压喷射灌浆技术主要是通过对大能量水气进行应用,将其抽射进行地层切割掺搅,然后在其切割地层之中注入一些水泥浆等凝结材料,直到其形成要求的凝结体。这一技术主要有3种形式,分别是:旋喷、定喷以及摆喷。2设计进出水水量及水位安徽省中安联合煤化工项目取水工程地处淮河中游,取水工程的主要任务是抽引淮河干流河水进入煤化工基地的水厂,以解决煤化式企业的生产及生活用水需要。根据项目规划区用水量相关预测资料,并考虑预留煤化工项目远期用水的要求,确定煤化工项目给水厂的远期供水能力取36万m3/d;根据目前已经确定的两个项目,即煤制170万t/a甲醇及转化烯项目以及60万t/a乙二醇项目的循环补充水要求,项目年取水量为3232万m3,工业取水量规模达到9.67万m3/d,最大取水流量按1.12m3/s。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)及《泵站设计规范》(GB/T50265—97)的有关规定,该项目取水工程的主要建筑物设计防洪标准取100a一遇,相应设计防洪水位为24.90m;校核防洪水位取26.40m。该取水工程主要包括取水口工程、引水管道工程、取水泵站工程3部分。该取水工程的防洪影响工程主要包括取水护岸、排涝沟渠防冲护砍砌、管道穿越堤防段轴向高喷截渗墙、管道外周水泥回填灌浆截渗及顶管施工附设施清理等。3高喷截渗设计主要包括2个方面:3.1闸内侧排水系统顶管穿越段堤防位于陈郢村南,黄沟排涝闸距离外侧约50m,该段堤防堤断面中心距黄沟排涝闸内侧排水沟约80m,距黄沟排涝闸外侧滩地排水沟约160m。该段堤防堤顶宽度8.0m,堤外坡1∶3,堤内坡1∶4。堤身为填筑的中粉质壤土及粉质黏土,堤基自上而下依次为第4层粉质黏土、第5层轻粉质壤土、第6层粉细砂、第7层轻粉质壤土、第8层细砂及第9层粉质黏土。3.2沿堤轴线截渗采用河海大学工程力学研究所研制的“水结构分析系统”AutoBank有限元计算程序,分析该堤段的渗透稳定性,计算水位淮河侧取校核超标准洪水位,相应堤内侧水位取19.20m,比堤内侧水位低1m。堤内侧出溢点的渗透坡降为0.172<粉质黏土的允许水力坡降0.5,故现状堤防的渗透稳定是安全的。考虑到顶管在穿越堤基的施工过程中,可能会扰动管道周围的土层,为确保淮北大堤安全,需要沿堤轴线方向对穿越土层采取截渗措施,确保防渗安全。采用有限元计算程序分析沿堤防轴线截渗后的渗透稳定参数。堤内侧出溢点的渗透坡降为0.165,堤基细砂层的水平渗透坡降接近为0.00,均小于截渗前的相应指标且满足允许渗透坡降要求,能在一定程度上提高堤防的渗透稳定性。减少顶管管道对堤防的防渗影响,需对局部堤防采取高喷截墙措施,避免顶管施工对堤防及左侧排涝涵闸的影响,确保大堤的总体防渗安全。沿堤轴布置100m高压摆喷截渗墙,截渗墙顶高程约26.00m,墙底进入第7层轻粉质壤土层约1m,墙底高程约为6.00m,墙高约20.00m。4施工工艺主要包括5个方面:4.1施工设备其施工设备主要包括有:高压水系统、制浆供浆系统、检测系统、造孔系统、提升喷射系统以及压缩空气系统。4.2防渗板墙的施工高喷墙所采用的形式通常为喷射折接结构,其高喷灌浆灌浆孔设置有307个,孔距为1.5m,其摆喷角度设置为300,其防渗板墙采用的是三管法设备施灌所制作的线性防渗板墙。高喷灌浆的上界面和主河床保持平衡,其下界面是在基岩面之下的1.5m处,为了能够对串孔和塌孔进行有效的减少,还需要对保护墙的连接进行有效的保证,因此必须将其施工分为两个程序,分别为Ⅰ和Ⅱ序孔。其中以轴线摆喷方向为区分标准,向内侧的为Ⅰ序孔,向外侧的为Ⅱ序孔。4.3gs2004型回转造孔所使用的钻机型号为XT—100型,其数量为3台,其钻孔护壁采用的是当地的黏土制浆,摆喷采用的高压喷射灌浆机型号为GS500—4型,数量为1台。必须等到把孔造好之后,才能够下入高喷管,其高压喷头采用水平喷嘴,喷出35~40MPa的高压水直接射流到切割破坏被灌地层之中,并且保持高压水嘴和出浆口垂直,把比重>1.60g/cm3以上的水泥浆灌入到高喷灌的底部,以对高压水切开的空间进行充填,同时还需要把底层之中的泥和砂等一些细小的颗粒从地表内排出。4.4基岩材料的基岩厚度、厚度首先需要在正式施工前,按照要求做出一个边长为1.2m,深度为6.5~8.1m,面积为4.8m2的五边形试验围井,之中所含的粗砂厚度为4.2m、其砂砾石层厚为2.8m,基岩的平均埋藏深度为7.5m。提升速度、水汽和浆等各项技术的施工参数均需要在其施工过程中随时进行测量,其注水试验必须是要在凝固14d之后再进行。在试验过程中需要测量在不同地层的提升速度、水气和浆等各项技术参数以及摆动角度,在其进行14d凝固之后,即可以进行注水试验。如果是在砂砾石层,那么在其摆角墙体厚度必须是要在30cm以上,双面有效喷嘴喷射长度必须要在2.5~2.8m,其墙体厚度必须要在5.0MPa以上。4.5施工方法施工方法包括灌浆钻孔施工和高压摆喷施工2种方法:4.5.1失浆及失浆注意事项在进行钻机安放的时候,对其孔位偏差必须要确保在50mm以下。可以采用泥浆或者黏土注入,对失浆严重情况进行处理。如果在其施工过程中出现了钻孔倾斜情况,那么就要立即停止相关操作,采取有效措施对其进行补救,通常情况下钻孔倾斜度要确保是在1%以下。在钻孔结束之后,立即将稠泥浆灌注孔内,以对塌孔进行有效的预防。4.5.2全砂卵层时要及时对自身的喷射为了能够让之前所形成的板墙和后来所形成道的板墙进行有效的连接,必须要使用间隔性Ⅰ序孔、Ⅱ序孔施工方法,简单来说就是先把Ⅰ序孔施工完之后,在进行Ⅱ序孔施工。先在地面上进行高喷机试摆和试喷,直到各项情况全部都已经正常的时候,才能够进行提升喷射。如果在砂卵石层出现了塌孔情况,那么就要立即采用灌注浓黏土浆或者黏土直接倒入的方式进行护壁,然后再继续进行高喷操作。在喷射过程中,一旦出现故障,就要立即停止操作处理故障,直到故障排除之后,才可以吧喷管下到停喷前的0.2m之下进行喷射,以能够对板墙的连接效果进行保证。如果在砂砾卵石层段出现漏浆,但是并没有发生冒浆情况的时候,就要立即停止提升,同时对水泥浆液浓度进行加大,一直到冒浆的时候才能够重新进行提升。如果出现邻孔串浆情况的时候,就要堵死串浆孔,同时进行正常旋喷即可。另外,在喷灌过程中,还需要对水泥浆流量以及比重、摆喷角度、提升速度等各项参数随时进行监测和记录。5使用效果进过分析,高喷防渗板墙完工后各项施工参数均达到了设计要求。6高喷管灌浆施工进度的影响及控制因素在这次煤化工项目取水工程中,高压摆喷灌浆防渗技术得到了成功使用,其体会总结为:1)高喷灌浆属于是一种地下隐蔽工程,因此其施工质量则需要通过对施工参数进行严格控制来保证。其施工参数主要包括高压水的压力、高喷管的提升速度以及水泥浆液的比重、回浆量等。2)节约水泥消耗量的关键技术就是对高喷管提升速度进行有效控制以及对回浆进行充分利用。如果是在卵石层或者砾石层,高喷管的提升速度最好是在7~12cm/s,其原因为卵石层或者砾石层的渗透性比较强。另外,如果在提升过程中出现了没有回浆地段,既要立即进行停止,一直到回浆的出现再开始进行提升。3)钻孔是高喷灌浆施工进