張永利
(大同市十里河水利管理處,山西 大同 037000)
高噴灌漿技術(shù)自20世紀(jì)70年代引進(jìn)我國(guó),在水利行業(yè)中除應(yīng)用于地基加固外,更廣泛地應(yīng)用在水工建筑物的防滲工程中,建成了大量的高噴灌漿防滲墻。高噴防滲墻主要施工方法為:先用樁機(jī)在地層中造孔,然后進(jìn)行高壓噴射注漿,高壓泵形成的高速液流、空壓機(jī)形成的氣流從噴嘴中同軸噴射出來(lái),直接沖擊、切割地層,灌注的水泥漿膠凝顆粒與被破壞的地層土石顆粒發(fā)生完全的強(qiáng)制性摻攪混合,充分?jǐn)D壓、置換,直至凝結(jié)硬化形成有足夠防滲性能的防滲墻。高噴灌漿防滲加固技術(shù)適用于軟弱土層,包括第四紀(jì)沖積層、洪積層、殘積層以及人工填土等。實(shí)踐證明,對(duì)砂類土、黏性土、黃土和淤泥等地層效果較好。根據(jù)地質(zhì)勘探資料顯示,大同市御河河道在60m深度內(nèi)土層為現(xiàn)代人工填土,其下為第四系沖洪積作用沉淀的粉質(zhì)黏土及砂類土,地下水、地表水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性,適于做高噴防滲墻。大同市御河1號(hào)橡膠壩蓄水區(qū)堤基垂直防滲工程采用高噴防滲墻,設(shè)計(jì)墻寬不小于15cm,成墻深度10~15m。
高噴防滲墻屬地下隱蔽工程,過(guò)程質(zhì)量控制尤為重要。在大同市御河1號(hào)橡膠壩蓄水區(qū)堤基垂直防滲墻施工過(guò)程中,為保證工程質(zhì)量,對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了有效控制。
水泥:本工程采用PC.32.5級(jí)水泥。每批水泥必須附有出廠檢驗(yàn)報(bào)告單;每批水泥進(jìn)場(chǎng)后,每 200t檢測(cè)一次,不合格水泥嚴(yán)禁用于施工。
水:為保證漿液質(zhì)量,漿液拌和用1號(hào)泵房水源井地下水,其水質(zhì)應(yīng)符合飲用水要求。
摻和料:黏土塑性指數(shù)不小于14,黏粒(粒徑小于0.005mm)含量不低于25%,含砂量不大于5%,有機(jī)物含量不大于3%。為緩減水泥漿液沉淀速度,可以摻入3%水泥重量的膨潤(rùn)土。水泥、黏土、膨潤(rùn)土的質(zhì)量比控制在 1∶0.42∶0.08 以內(nèi)。
在現(xiàn)場(chǎng)選擇具有代表性的地段按設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行高噴注漿試驗(yàn),以便選定孔距、噴射流量、壓力、旋速及提升速度等工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)束后,通過(guò)鉆孔取樣對(duì)固結(jié)體的均勻性、整體性、強(qiáng)度和滲透性進(jìn)行試驗(yàn),最后確定主要工藝參數(shù)。
施工前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整,保證鉆機(jī)調(diào)平后穩(wěn)固不發(fā)生傾斜、移動(dòng),在施工軸線上按設(shè)計(jì)孔位做好編號(hào),對(duì)孔位進(jìn)行準(zhǔn)確放樣定位,中心允許誤差不大于5cm。施工順序采用分序法,采用隔一打一的方法,以確保施工質(zhì)量。將鉆機(jī)移至測(cè)好的孔位上,使鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)孔位中心。為保證鉆孔垂直,鉆機(jī)就位后,通過(guò)三通管進(jìn)行調(diào)平。啟動(dòng)鉆機(jī),調(diào)節(jié)鉆進(jìn)參數(shù),保證鉆機(jī)平穩(wěn)鉆進(jìn)。
本工程采用水射流成孔,利用2MPa低壓水流將噴射管送至設(shè)計(jì)深度,檢驗(yàn)合格后,方可起鉆移機(jī)進(jìn)行高壓噴射注漿。
在下管過(guò)程中,為防止泥沙堵塞噴嘴,一種方法是邊射漿、邊下管,水壓力一般不超過(guò)2MPa,如壓力過(guò)高,則易將孔壁射塌;另一種方法是對(duì)漿、氣口進(jìn)行保護(hù),如纏上膠布等。噴射管必須下到設(shè)計(jì)孔深成墻底高程25cm以下,否則重新掃孔。
當(dāng)噴管下入到設(shè)計(jì)深度后,應(yīng)先進(jìn)行原地靜噴,即先送漿,待水泥漿返出孔口,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求后,開始提升噴射管,自下而上直至設(shè)計(jì)墻頂高程后,停止?jié){氣供應(yīng),提出噴射管。
高壓注漿設(shè)備的額定壓力和注漿量應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求,并確保管路系統(tǒng)的暢通和密封。
風(fēng)、水、漿均應(yīng)連續(xù)輸送,水泥漿液的高壓噴射作業(yè)不得停噴或中斷。
試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的高壓水泵泵壓保持20±2MPa,空壓機(jī)風(fēng)壓保持0.7MPa,并與泥漿泵壓保持2.0MPa同軸噴射。
水泥漿液應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格過(guò)濾,防止在噴射過(guò)程中堵塞。嚴(yán)格按照制訂的水灰比配制水泥漿,水泥漿液應(yīng)隨配隨用,灰漿攪拌機(jī)同時(shí)不斷攪拌,制備好的漿液不得離析,當(dāng)氣溫在10℃以上時(shí)超過(guò)2h或10℃以下時(shí)超過(guò)5h均應(yīng)按廢漿處理。
定期測(cè)試水灰比和水泥漿液密度,水灰比為0.6∶1~1∶1,漿液比重 1.5~1.65g/cm3,當(dāng)施工中漿液密度超出上述指標(biāo)時(shí),應(yīng)立即停止噴注,并調(diào)整至上述范圍內(nèi)繼續(xù)噴射。
經(jīng)常檢查泥漿(水)泵的壓力、漿液流量、空壓機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量、鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、提升速度及耗漿量。應(yīng)采集冒漿試樣,每種主要地層采集量不少于6組。在含有細(xì)粒地層特別是致密的黏土層中進(jìn)行高壓噴射灌漿時(shí),為進(jìn)入較多的水泥漿,先進(jìn)行水氣噴射,暫不注漿,當(dāng)冒漿密度小于1.2g/cm3時(shí),進(jìn)行二次噴射。
在鉆孔過(guò)程中,如遇到泥漿漏失,應(yīng)降低噴漿壓力、流量,以減少噴漿時(shí)的水泥漏失,若漏失量太大,應(yīng)加大漿液濃度或灌注水泥砂漿、水泥黏土漿進(jìn)行封堵。其中黏土的主要作用是充填、固壁;砂的主要作用是使充填體在噴灌中不易被高壓水破壞,不影響高噴質(zhì)量;少量水泥的作用是加快充填體的凝結(jié)速度,便于快速恢復(fù)鉆孔。
漏漿(孔口不冒漿)是因地層中有較大空隙,應(yīng)在漿液中摻入適量的速凝劑,縮短固結(jié)時(shí)間,使?jié){液在一定土層范圍內(nèi)凝固;在空隙地段增大注漿量,填滿空隙后繼續(xù)高噴。
冒漿量過(guò)大的主要原因是有效噴射范圍與注漿量不適應(yīng),冒漿量超過(guò)進(jìn)漿量的20%。減少冒漿量采取的措施有:提高噴射壓力,適當(dāng)縮小噴嘴孔徑,加快提升和旋轉(zhuǎn)速度。
堵嘴主要原因有兩方面:一是由于水源不干凈。漿管中混入水泥結(jié)塊或小石塊等,導(dǎo)致管路不通;二是由于中途卸管時(shí)操作不當(dāng),水壓降低過(guò)快,致使管內(nèi)產(chǎn)生真空,把孔內(nèi)一些沙子、石子等吸入管內(nèi)造成堵塞。出現(xiàn)以上事故,必須起管檢查,清除故障后重噴的搭接長(zhǎng)度不小于30cm。
遇地下障礙物時(shí),應(yīng)準(zhǔn)確記錄,調(diào)整孔間距,再增補(bǔ)噴漿孔,以確保墻體連續(xù)搭接。
本工程對(duì)高噴防滲墻的成墻質(zhì)量和防滲效果主要采用三種檢測(cè)方法:探坑開挖檢查其外觀、厚度、墻段連接情況等;鉆孔取芯通過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)其強(qiáng)度及彈性模量等;圍井注水試驗(yàn)檢測(cè)其滲透系數(shù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
防滲墻成墻后,在不同地點(diǎn)、不同高程共挖探坑13個(gè),探坑顯示墻體厚度為17.5~36cm,墻體密實(shí)度、搭接情況良好,滿足設(shè)計(jì)要求。
鉆孔取芯檢查待防滲墻噴灌結(jié)束28d后進(jìn)行。在不同部位共取樣13組,送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。試驗(yàn)結(jié)果見表1。
表1 鉆孔取芯檢查試驗(yàn)結(jié)果
本工程劃分5個(gè)分部工程,每個(gè)分部工程布置圍井1個(gè),共布置檢查圍井5個(gè)。圍井注水試驗(yàn)在墻體噴灌結(jié)束28d后進(jìn)行,計(jì)算得墻體的滲透系數(shù)為(1.91~3.3)×10-7cm/s,滿足設(shè)計(jì)要求。
高噴灌漿施工質(zhì)量控制技術(shù)在大同市御河1號(hào)橡膠壩蓄水區(qū)堤基垂直防滲墻工程中的成功應(yīng)用,充分證明防滲墻這種地下隱蔽工程的質(zhì)量必須通過(guò)嚴(yán)格控制施工工序質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn),通過(guò)控制過(guò)程質(zhì)量實(shí)現(xiàn)實(shí)體質(zhì)量。目前高噴防滲墻的質(zhì)量檢查只能通過(guò)圍井、鉆孔取樣破損試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè),具有局限性。隨著科技的發(fā)展,利用遙感、影像等高科技手段進(jìn)行直觀檢查,通過(guò)自動(dòng)記錄儀來(lái)直觀控制高噴灌漿施工質(zhì)量,將會(huì)大大縮短工期,提高工程質(zhì)量。