振动成孔高压喷射注浆技术

振动成孔高压喷射注浆技术

0振动成孔高压注浆成墙技术高压喷雾注浆技术可广泛应用于土木工程基础工程、基础加固、污水收集、防洪堤等诸多方面。特别是近10年来,高压喷射注浆技术广泛应用于水利电力工程,由处理中小型工程开始为大中型工程服务,取得了良好的效果。常规高压喷射注浆技术在工序上一般分为两步进行:一是造孔,二是高压注浆。造孔一般有钻、冲、振、打等方法,高压注浆是用高压水和浆切割破坏地层注入胶凝材料成墙或桩。在细粒地层中,由于造孔较容易,速度也快,造孔工序对高喷的综合效率和成果影响较小。而在砾卵石层中,由于造孔较难、效率低、消耗大,因此对高喷效率、质量和综合成果影响极大。为解决砾卵石层中高喷问题,笔者从1993年开始针对莲花电站导流洞围堰基础情况,把振孔和高喷技术结合起来,获得了成功,该技术称之为“振孔高喷”,即:“振动成孔高压喷射注浆成墙技术”的简称。目前,振孔高喷技术最大处理深度为25m,可进行高压定向、高压摆动喷射(摆角0°～45°)和高压旋喷注浆。在砾卵石中下管速度可达4m/min左右。单机日成墙效率为200～500m2/(台·d)。由于钻进和插管两道工序结合在一起,可用常规参数进行高喷作业,还可减小孔距,提高提升速度,或进行复喷。从而使墙体的连续性和综合效果都比常规高喷作业优越,综合成本也有明显下降。1高喷特性和配置1.1高喷下一孔振孔高喷是用大功率振动器将高喷管直接送到设计深度,造孔下管一次完成;利用液压步履机构移位和调正高喷管,孔间移位仅需1min,就可进行下一孔作业,高喷综合效率大大提高;可以方便地进行复喷。在已喷过的地段再次将高喷下到预定深度作业,为多种材料联合复喷的工艺创造条件,既改善墙体质量又降低水泥消耗;造孔(插管)效率高,充分利用高速喷射水流进行喷口附近的高能区工作,同时加快提升速度;由于孔距减小,使墙体局部或重点部位相隔孔的墙体相交成为双墙防渗,增加防渗效果或满足特殊要求;振孔高喷可定喷、摆喷和旋喷,能够进入坚硬基岩,最大处理深度达25m。1.2机械振动、机械提升、控制技术振孔高喷施工所需要的主要设备和机具按一套配置见表1。振孔高喷施工对喷射用设备无特殊要求,与常规高喷设备的性能基本一致。振孔高喷机为DJ-60型,由振动沉拔管桩机改制,该机可完成液压调直、调平、步履移位等作业。采用机械振动、机械提升、电气控制。振孔高喷施工所使用的主要机具是振动高喷管,既是成孔的工具,也是高喷作业的机具。它主要由连接装置,风、水、浆接头,振管和喷头组成。振管外壁由φ108～φ133厚壁管制造,内设高压管线。靠连接装置与振动器有效、可靠地连接,并保证其能调整成与地面垂直状态。其加工精度要求高,保证在大激振力和反力作用下变形小;在强力高频作用下不开焊、不断裂;在高压作用下不串通。喷头的技术参数要根据工程地质情况和要求来调整,如喷嘴的类型、口径、方向、喷头结构,喷管长度等。2导流洞围堰联合高喷防渗墙工程到目前为止,振孔高喷技术完成定、摆、旋喷防渗板墙14万余m2。其先后在莲花电站导流围堰、酒泉卫星发射基地、“五·一”水库坝基防渗处理、大亚湾核电站二期泵站基坑围堰防渗处理等多项工程中应用,取得良好效果,已由单纯的定喷发展到摆喷和旋喷施工,由不能进入基岩发展到进入坚硬基岩。莲花电站导流洞围堰振孔高喷施工在高程162.90～163.75m间进行。防渗墙水平长度378.40m,最大孔深18m,高喷孔数473个,总孔长2978.80m,防渗面积2383.04m2。其后又完成两个围井、两个注水孔等工作。施工历时27d,提前15d完成高喷施工。施工区段内,堰体为当地土石材料机械堆筑而成,未经碾压。遇水易产生湿陷、崩解。局部含块石,块径不均匀。堰基主要为卵砾石,其中卵砾石60%～70%,直径50～100mm,大的达150～400mm,最大的有1m左右的孤石、漂石等。局部有架空的卵砾石,含孤石。基岩为强—全风化花岗岩,呈砂-块状结构,常规高喷防渗处理手段无法满足工程要求。2.1机械设备布置振孔高喷施工现场布置和常规高喷施工的布置基本相似,主要是根据现场的地理条件和现场工艺要求把配备的机械设备和机具合理布置。考虑的因素主要有:①工序和工艺要求;②搬迁和交叉作业的需要和合理性;③便于控制和处理突发问题;④要考虑安全和成本。2.2孔口向喷射加工过程振孔高喷施工程序为:高喷孔定位→调整喷管垂直度→降低气和浆压力→地面试喷→振动插管到预定深度→孔底原地摆动喷射至孔口返浆→按设计参数调整设备机具→提升喷射到设计高程→高喷结束提出喷管。振孔高喷施工过程,如图1所示。该工程采用三管定向喷射。一次提升和振入,中间不接管。喷射方向与防渗墙轴线交角为9°～10°,相邻两孔相交对喷。以单排一序一次或二次喷灌的方法按孔号顺序进行施工。高喷前确定技术参数,施工时根据窜浆、回浆情况再进行修正,最后确定的施工技术参数见表2。施工中要注意加强工序管理,保证孔口返浆,多孔窜浆和及时补浆。通过自检、互检、中检及对原始资料分析,保证施工质量。在围井中打注水孔时,发现注水孔的水位下降非常慢。通过围井内注水孔的注水试验测定,1号围井渗透系数k=9.78×10-8cm/s,2号围井渗透系数k=4.68×10-7cm/s,均满足工程对渗透系数k=5×10-5cm/s的要求。3高热效率喷技术的经济分析3.1孔和堵管之忧振孔高喷技术虽然从施工流程上看仅仅是两道工序的合并。但此项技术需要克服许多难题:①采用强力振入,可以辅以高压(或中低压)水或浆振进,遇阻时可以反复提振,无塌孔和堵管之忧;②振管刚度大,又是提前振动,振管虽然会遇到大块石和漂石,但由于是振动击碎进入地层,能减少孔斜对高喷体质量的影响;③造孔效率十几倍到上百倍的提高,从而可以减小孔距,充分利用喷嘴附近的高动压区和高能区破坏、切搅地层,有效地利用了能量,从而可以使提升速度比常规高喷高出1倍至几倍,能保证墙体质量;④振孔高喷振进和提升一次性完成,中间无需接管卸管,工作连续,把堵管的几率降到最低程度;⑤对特殊要求的工程和重复部位进行复喷,双墙和特殊形状墙的施工也可以方便地完成。3.2成本节约比例根据几个工程实际消耗和常规高喷比较,振孔高喷的综合效益可观,经济指标合理。下面以人员、材料、机械等6项费用按百分比分解,以振孔高喷施工比常规高喷施工效率提高1倍为前提,对振孔高喷和常规高喷进行经济分析,其比率和增减均以常规高喷作业为参照进行,基本数据对照参见表3。由表3可以看出,虽然工作效率成倍增加,但是费用却没有和效率按同比例增长,这是因为:①在人员上振孔高喷和常规高喷比略有减少或不变这是由于振孔高喷工作人员费用大,人员费用未成倍降低;②材料费主要指水泥消耗。虽然加密孔距使水泥消耗增加,但提升速度比常规高喷提高1～2.5倍,加上生产过程中非生产性消耗增加,总体上水泥消耗量减少;③机械费用主要指折旧和修理维护费用,设备价值增大,总体费用增加;④振孔高喷辅助工作中消耗的能量比常规高喷大,虽然正常作业消耗能量并不高,但总体上能量消耗振孔高喷略大;⑤管理费用及其它费用都因工作效率的提高而不同程度地相应降低。综上所述,由于劳动生产率的提高,振孔高喷的综合成本在生产效率提高1倍的前提下,比常规高喷降低20%～30%。而且工程量越大,这种优势越明显,成本节约比率也会增大。相反,如果工程量较小,由于振孔高喷在辅助生产、运输、场地等方面费用较大,其成本也可能比常规高喷成本高,在考虑施工方案和进行经济分析时,应当充分