高压摆喷灌浆法在深厚湿陷性黄土地区的应用

高压摆喷灌浆法在深厚湿陷性黄土地区的应用

辉县1号段（桩号669672.00）长5.04km，线路设计流量260pss，增加流量310mss。这是一条整体切割的梯形通道，渠道纵比减少至1.23.1.28公里。在开挖范围内,分布有中等—强湿陷性黄土状中粉质壤土及2～3层砂卵石。针对辉县一标段工程地质条件,左、右岸渠顶构筑土堤(坡比为1∶1.5)以防止两侧外水流入总干渠内;渠坡设一、二级边坡(其间设马道宽5.0m),坡比分别为1∶2.0、1∶1.5,渠坡衬砌10cm厚混凝土,其下依次布设防渗土工膜、聚苯乙烯板、砂垫层;渠底宽度为17.5～20.0m,渠底高程95.962～95.559m,渠底浇筑8cm厚素混凝土,其下依次布设防渗土工膜、砂垫层。虽然在渠底、渠坡采取了工程防渗措施,但仍担心渠坡因黄土湿陷性破坏以及砂卵石层可能形成的强渗透压力击穿渠坡素混凝土,从而影响总干渠的正常运行。为此,拟在左右岸土堤处采用高压摆喷灌浆方式形成截渗墙以确保渠坡安全并加固湿陷性黄土。为探讨高压摆喷灌浆技术实施的可行性,特选择工程地质条件较为典型的地段做高压摆喷灌浆试验,试验结果表明采用三管法成墙效果很好,可大规模推广应用于辉县一标段渠坡工程中。1项目的地理条件(1)土壤夹砂为酰氯化石据勘探资料,地层岩性自上而下可分为四层:①层①。黄土状中壤土(Q1al+pl441al+pl)。层厚1.0～4.5m,可塑,中等压缩性,具中等—强湿陷性;②层②。卵石(Q2al+pl332al+pl)。松散,抗冲刷能力差,强透水性;③层③。黄土状中粉质壤土夹砂卵石、砾砂透镜体(Q2al+pl332al+pl)。可塑,中等压缩性,具中等湿陷性;④层④。卵石(Qal+pl22al+pl)。密实,具强透水性。各层物理力学指标见表1。(2)纸坊沟—工程地质条件评价。黄河北—羑河北渠段跨纸坊沟北段(桩号66+960～68+250)、峪河段(桩号68+250～72+000)两个工程地质段,前者开挖范围内地层为层③、层④,挖深11～14m,渠坡、渠底均位于层③中;后者开挖范围内地层为层①、层②、层③、层④,挖深9.0～13.5m,渠坡位于①、层②中,渠底位于层②、层③中。纸坊沟北段、峪河段具中等—强湿陷性,卵石层透水性强,由此可能导致渠坡失稳。地下水位埋深低于渠底板2～8m。2设计高压喷射测试(1)间夹砂卵层为摸索截渗墙成墙质量和方法,选择三处(表2)工程地质条件较为典型的地段、不同孔距做高压摆喷灌浆试验。各地段地层为:①Ⅰ地段。黄土状壤土、壤土相对较厚,中间夹砂卵石层,砂卵石层层厚约2～4m,粒径一般为3～60mm;②Ⅱ地段。黄土状壤土、壤土相对较薄,砂卵石顶部高程位于渠道正常水位之上,分布高程为99～106m,层厚约7～8m。砂卵石层粒径一般为10～150mm,局部存在60cm甚至100cm的漂石;③Ⅲ地段。黄土状壤土、壤土相对较薄,砂卵石顶部高程位于渠道正常水位之上,分布高程为98～107m,层厚约8～9m。砂卵石层粒径一般为10～150mm,局部存在50cm甚至80cm的漂石。(2)高压摆喷灌浆孔采用高压摆喷灌浆三管法形成截渗墙,成墙采用单排两序法,先一序孔再二序孔。高压摆喷灌浆孔布置于左、右岸护堤堤轴线上,每个地段高压摆喷灌浆孔孔距各取2种方案(表2),孔底高程为95.00m,若仍为透水层,则应钻至相对不透水层1.5m。各地段灌浆试验参数见表3。(3)目的在辉县一标段左右岸形成截渗墙,要求截渗墙渗透系数不大于1×10-4cm/s。3高压喷射测试3.1配套辅助设备采用SG-150、GJ-200、XY-2G型钻机14台,GHJ、CYP50型高喷台车4台,YV6/8型空气压缩机、S-GBG-100型高压灌浆泵、3D2-SZ型高压水泵、BWB150型中低压泥浆泵、QS25-32-4潜水泵、立式搅拌机等各4台,以及相关的配套辅助设备。3.2工艺和流程(1)孔的形成钻孔孔径为110mm。粘土层采用合金钻头或复合片钻头干法钻进;卵石层采用金刚石及复合片钻头钻进,采用粘土浆护壁。(2)水泥浆加入量的确定水泥浆水灰比选1∶1。施工前,测定水泥浆比重,实测出搅拌筒直径和有效深度,计算每筒的理论用水量、水泥用量,将每筒用水量理论位置用油漆标记在筒内壁上。依次加入水、水泥,搅拌时间不得低于4min。水泥浆放入储浆筒前要过滤筛,并及时将水泥硬块剔出。在储浆筒内设置搅拌装置以确保水泥浆在使用前不离析、不沉淀。(3)孔口冒浆喷射法将高喷台车精确就位,待喷射管下至设计深度后,先检测浆液各项指标合格后,将各项工艺参数调整到拟定参数要求,启动高压水泵、空压机、搅拌机、泥浆泵等配套设备进行喷射,待孔口返浆后按拟定要求速度开始提升,先送高压水,接着再送水泥浆和压缩空气(一般情况下压缩空气可迟送30s)。之后原地静喷1～3min,待达到预定的喷射压力和喷浆量,且孔口冒浆后,再按预定的提升、摆动次数、摆角,自下而上进行喷射作业,直至设计高度方可停送水、气、浆,提出喷射管。喷射过程中必须时刻注意检查浆液的流量、压力、气、摆角和摆动次数及提升速度等参数是否符合要求,并随时做好记录。(4)给你灌溉待喷射管提到设计高程喷射灌浆结束,然后向孔内不断灌入符合质量要求的水泥浆,直到浆液不再下沉。(5)废水处理舍弃的浆液应排放至指定点。3.3单孔注浆量单孔水泥用量、单位用灰量不同地段分序施工单位喷射长度、单孔注浆时间、单孔注浆量单孔水泥用量、单位用灰量的统计结果见表4。三个地段共完成灌浆孔126个,总进尺1671.4m,水泥用量726.5t。3.4高压喷射注浆及加强是治理重喷管时控制关键(1)缩孔卡钻。改进钻具及钻探方法,卡钻时用倒链或打倒锤将钻具拔出。(2)机械故障。定期维修和保养,更换易损件。经常检查各种管、路,发现漏气和堵塞后及时疏通和更换。压力表设置保护装置以防失灵,若失灵应立即更换。(3)注浆管堵塞。下喷射管前用水冲洗管路,并用胶布密封喷头;拆卸喷射管时应先停高压水,再停气,最后停浆,并尽量缩短时间;浆液应过筛;注浆管堵塞时将其提起,用高压水冲开。(5)串浆。对摆喷安全无影响时可将被串孔堵住并继续灌浆。若串孔未灌浆,则重新扫串孔再灌浆。(6)孔口不返浆或返浆量减小。孔口不回浆应停止提升喷浆管、加大灌浆量,观察相邻钻孔或边坡是否漏浆。(7)因故中断。应及时恢复灌浆,并从喷射高度以下0.5m处开始喷射灌浆;若中断时间较长或喷射管下不到指定位置应扫孔,再下到指定位置重新喷射。(8)孤石处理。成孔时遇到大的孤石,当高压摆喷灌浆不能形成搭接成连续墙时,可在孤石的两侧增加灌浆孔,然后通过灌浆再形成连续墙。4隔离壁的质量分析4.1水泥凝结体搭接2010年10月29～31日对三个试验地段的截渗墙做了开挖检查,开挖长度约8m,开挖深度3～7m。开挖后发现因地层不同其截渗墙亦有差异:①壤土层部分。截渗体形状明显,各序灌浆孔水泥与壤土层之间混合均匀且粘接紧密,搅拌均匀(图1(a));相邻二序孔之间搭接紧密,无分叉、错开等异常现象;②壤土层与卵石层接触部分。截渗体形状明显(图1(b)),壤土层与卵石层分层处充填水泥结石体较多,壤土层中水泥混合好于卵石层且胶结紧密,无空隙;③卵石层部分。卵石较大处的截渗体形状较明显(图1(c)),水泥多穿插于层面等薄弱处,胶结后的水泥结石体分布较乱,但水泥与卵石之间胶结紧密;卵石相对较小处的截渗体形状也较明显(图1(d)),水泥结石体多沿薄弱处充填,泥质充填较多处水泥结石体较少,因而卵石之间胶结不紧密且松散;④搭接最薄处厚度。最薄处凝结体厚度30～50mm。开挖结果表明,高压摆喷灌浆形成的截渗墙较为明显,水泥结石体与地层胶结较好,整体性较好,相邻孔之间搭接较好,未见空隙等缺陷。4.2检查孔的本构模型2010年10月15～30日,分别在各试验地段布置了6个检查孔共计18个检查孔做了42段注水试验,见表5。由表可看出,壤土层中不同灌浆孔距形成的截渗墙的渗透系数合格率达100%,卵石层中仅灌浆孔距1.0m时形成的截渗墙的渗透系数合格率达100%,1.2、1.5m时则不合格。5施工参数建议值b.a.通过高压摆喷灌浆试验,证明沿渠道左右岸土堤轴线布