水利工程中高压旋喷注浆技术的应用

中山市地处珠江三角洲冲积平原,有很厚的海陆交互相沉积的软土层.其具有含水量高、孔隙比大、压缩系数大、承载力低等特性。因此,在软土地基上建造水工建筑物及施工就比较复杂,若在设计或施工中稍有疏忽,就会给施工单位造成不必要的麻烦和经济损失。

工程概况

此工程位于中山市歧江河东河口,下连横门水道,是中山市最大、最重要的水利工程,属大(二)型工程。该枢纽工程包括水闸、船闸、泵站三项工程。其中水闸总净宽为150m,分10孔。因设计要求在施工期间不能断流,而且河道要保证有100㎡以上的过水断面,故采用钢板桩围堰将水闸分三期施工。

工程地质条件

场地地层自上而下分为:

①第一层,素填土:地层厚1.00~4.00m,浅黄色、松散、呈软塑~可塑状;

②第二层,冲积层:地层厚18.60~32.20m,主要由淤泥及淤泥质土组成,灰黑色、含水量大、呈软塑及流塑状;

③第三层,残积层:地层厚1.40~7.40m,由辉长脉岩及花岗片麻岩残积土组成,浅黄色、粘性差、呈硬塑状;

④第四层,强风化带:地层厚1.40~10.90m;

⑤第五层,弱风化带:地层厚3.40~7.30m。

钢板桩圈堰渗洲的原因分析

在此工程中,当水闸二期围堰内基坑抽水至2.m高程(水头差约3m)时,在水闸4号墩南侧出现有少量江水从已建好的水闸底板底部向基坑内渗漏,并有进一步扩大的趋势。项目部于是立即召集相关人员开会,经讨论、分析后,与会人员一致认为,发生基坑渗漏的原因有一下几点:①地质条件差,在水压力的作用下造成软弱土层变形;②由于过水断面缩小,过闸流速增大,对水闸底板的上、下游产生淘刷,造成底板下部土层局部被掏空,因此加速了软弱土层的变形破坏;③在二期钢板桩防渗墙施工过程中,受一期围堰内纵支撑影响,有三根钢板桩未紧密相扣,形成渗漏通道;④由于设计二期防渗钢板桩未与水闸底板有机的结合,造成防渗钢板桩在软弱土层产生不均匀沉降,与水闸底板形成渗漏通道。与会人员同时决定,在4号墩下部的渗漏通道未封堵前,暂停基坑内抽水,同时立即向基坑内注水,减小水头差,防止渗漏进一步扩大。最终达成一致的解决方案,采用高压旋喷注浆技术防渗。

采用旋喷桩处理方案,其特点如下:

①施工所需的机械简单方便;

②施工速度快,无振动、无噪音,对环境影响小;

③用旋喷桩形成的连续墙体,可起到防渗止水和改善土体的水力渗透性,同时提高软弱土层的强度。

高压旋喷注浆技术的加固机理

高压旋喷注浆方法是20世纪60年代末70年代初发展起来的一项土体加固新技术。该工法是将带有特殊喷嘴的注浆管置入预定的处理深度,以20MPa或更高压力的高压喷射流(或辅以0.7MPa压力的环绕气流和2~5MPa压力的固化浆液)强力冲击破坏土体,使部分土体被置换,同时部分土与固化剂搅拌混合,经过一定时间的凝结固化后,在土体中形成有一定强度的固结体。

高压旋喷桩的施工

本次施工采用单管法注浆,主要机械设备见表1。

施工工艺流程

旋喷桩施工工艺流程如图1所示。

施工技术要求

l)旋喷桩的深度:旋喷桩的长度应超过防渗钢板桩底部3m

2)钻孔:桩位偏差不大于10cm,垂直度不大于1%

3)孔距:0.8m

4)高压旋喷注浆,参数见表2

5)注浆材料及制浆

①材料

水泥类型为P.O42.5普通硅酸盐水泥。同一灌浆段必须使用同一种水泥。水泥的细度要求通过80μm方孔筛余量不宜大于5%。灌浆用水泥必须符合质量标准,保持新鲜;受潮结块的水泥不得使用。水泥到库后,妥善保管。现场水泥应经常抽查,不符合要求的水泥不得在灌浆中使用。在水泥的运输、库存、现场堆放、拆包、搅浆、输浆等各个环节均应仔细处理,保证水泥和水泥浆不因种种原因变粗、变质、污染。同时,水泥等固相材料采用重量称量法,并按设计要求和相应的技术规范,经监理人指示或批准在水泥中掺入砂、黏性土、粉煤灰和水玻璃等掺合料和掺入速凝剂、稳定剂以及监理人指示或批准的其它外加剂等。各种外加剂的质量符合《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》SL62–94规定,其最优掺入量应通过室内试验和现场灌浆试验确定,试验成果应报送监理人。

②制浆

制浆材料必须称量,称量误差应小于5%,并严禁将杂物混入搅拌桶。采用集中式制浆,水灰比为0.5∶1。使用普通搅拌机时,应不小于3min;使用高速搅拌机时,宜不小于30s。为保证质量,搅拌中定时测定浆液比重。浆液存放时间:当环境气温10℃以下时,不超过5h;当环境气温10℃以上时,不超过3h;若浆液存放时间超过有效时间时,按废浆处理。

③施工顺序

由于旋喷桩初期强度低,为防止施工时邻近桩体的破坏,在施工顺序上要采取跳打施工的方法,后期施工的旋喷桩要添加速凝剂。

效果

高压旋喷桩施工在此工程中历时11天,经二期围堰基坑内抽水证明,在水闸4号墩底板处已不再存在涌水的现象。基槽开挖后,可以清楚地看到旋喷桩形成的连续墙体,同时与桩周围土体胶结良好,为水闸二期基坑施工提供了安全保障。

(1)高压旋喷灌浆技术具有可靠性,适用性,同时施工控制严格而简便、施工速度快,不失为地基防渗漏处理的有效技术措施。

(2)运用旋喷技术缩短了工期,加快了工程进度,节省了人力,物力等。

启示

高压灌浆技术在该工程中应用取得圆满成功,笔者认为旋喷技术应该具备完整的质量控制与保证措施:

(1)质量控制

管理人员明确分工,昼夜轮流值班,使施工中出现的问题能够及时得到解决,将事故隐患消灭在萌芽状态。根据工程的特点,将采取如下措施,进行质量控制:

①对所用的材料严重按照技术规范定期取样检验,杜绝不合格材料的使用。

②施工过程中的各项参数随时进行抽检,做好施工记录,发现问题及时纠正,对下管深度达不到要求或孔偏者,坚决扫孔重钻。

(2)质量保证措施

①建立健全质量保证体系,明确岗位责任制,把质量管理的每项工作落实到班组长和各施工人员中。

②严格执行“三检”制度,在施工过程中,每一道工序实行施工班组自检,施工现场技术负责人复检,施工单位专职质检员终检的三级质量检查体系,对不合格工序坚持予以返工。

③认真做好施工资料整理工作,及时、准确提交施工记录及各种验收表格,发现质量问题立即采取措施纠正,确保工程质量。

高压旋喷注浆技术的适用范围很广,经过长期的研究和工程实践,不仅在成桩机理和设计的理论方面逐步完善和成熟,而且利用这项技术解决和处理了许多工程问题。它不仅可以对软基进行加固处理,同时还可以进行深基坑周边的截水帷幕施工、围堰防渗处理和地下工程的开挖支护挡水、水库坝基与大堤的防渗帷幕墙施工以及建筑物的基础补强等等,而且处理的深度也较大,可以达到50~60m,具有良好的应用前景。

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