高压喷射灌浆技术的作用机理及其在水利工程中的应用
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wnb Lv.11
2006年02月04日 21:45:49
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高压喷射灌浆技术的作用机理及其在水利工程中的应用 候娅静 聂志坚 (新疆小海子水利建筑安装工程有限公司) [摘 要] 首先介绍了高压喷射灌浆技术作用的机理,由于地基土质较差,承载力较低,渗透性较强,对水工建筑物来说,影响建筑物的稳定性。本文讨论了高压喷射灌浆的机理及在运用中的工艺参数的确定及防渗效果。 [关键词] 高压喷射机理;防渗;效果 1、前言 多年来为解决江、河、湖、堤、坝等水工建筑物防渗问题,寻求一种经济且技术先进可靠的防渗方法。在水利工程施工当中,基础防渗处理是水利工程施工中尤为重要的环节,当基础土质较差,渗透性较强时,在水流的作用下对基础的危害很大。现结合这项技术在巴楚县小海子水库进水口工程、小海子水库除险加固工程、伽师县布哈拉枢纽水毁加固工程、以及巴楚县民生渠渠首水毁工程中的应用,在应用过程中,采用沈阳建科仪器研究所研制的电子填土密实度检测仪进行现场检测。明显看出密实度和承载力均远大于原土体,从而提高和保证工程质量。本文重点介绍高压喷射灌浆机理及其施工工艺。

高压喷射灌浆技术的作用机理及其在水利工程中的应用

候娅静 聂志坚
(新疆小海子水利建筑安装工程有限公司)
[摘 要] 首先介绍了高压喷射灌浆技术作用的机理,由于地基土质较差,承载力较低,渗透性较强,对水工建筑物来说,影响建筑物的稳定性。本文讨论了高压喷射灌浆的机理及在运用中的工艺参数的确定及防渗效果。
[关键词] 高压喷射机理;防渗;效果

1、前言
多年来为解决江、河、湖、堤、坝等水工建筑物防渗问题,寻求一种经济且技术先进可靠的防渗方法。在水利工程施工当中,基础防渗处理是水利工程施工中尤为重要的环节,当基础土质较差,渗透性较强时,在水流的作用下对基础的危害很大。现结合这项技术在巴楚县小海子水库进水口工程、小海子水库除险加固工程、伽师县布哈拉枢纽水毁加固工程、以及巴楚县民生渠渠首水毁工程中的应用,在应用过程中,采用沈阳建科仪器研究所研制的电子填土密实度检测仪进行现场检测。明显看出密实度和承载力均远大于原土体,从而提高和保证工程质量。本文重点介绍高压喷射灌浆机理及其施工工艺。
2、工艺原理
2.1冲切掺搅作用
高喷技术主要是借助于高压射流,通过冲击切割和强烈扰动,使浆液在射流作用范围内扩散、充填周围土层,并与土石粒掺混搅合,硬化后形成凝结体,从而改变原地层结构和组成,借以达到防渗或提高承载力的目的。
高喷凝结体是多种因素综合作用的结果,高压射流对地层结构的影响范围,取决于比能值E的大小,其表达式为:
E=(PQ)/(100V)
E——每米旋喷柱耗用的能量MJ/m;
P——喷射灌浆压力Map;
Q——射流浆量L/min;
V——提升速度cm/min
E值大,旋喷柱的直径大,一般选用50~70cm直径较好,但最终应通过现场高喷试验确定。
2.2升扬、转换作用
高喷施工时,水、气、浆由喷嘴中喷出,压缩空气除能对水或浆液构成外包气层,使水或浆液射流能透入地层较远距离并维持较大压力破碎地层结构外,还可产生升扬作用,浆经射流冲击切削后的土石碎屑和地层中细粒,由孔壁和喷射杆的环状间隙中升扬带出孔外,空余部位由浆液替代,同时也起到了转换作用。
2.3挤压、渗透作用
高喷射流强度随射流距离的增加而较快地衰减至射流束末端,虽能再冲切地层,但对地层仍产生挤压作用。同时,喷射结束后,静压灌浆持续进行,这对周围土体产生渗透作用,这样不仅可以促使凝结体与周围土体结合更加密实,还在凝结体外侧产生明显的渗透凝结层,具有较强的防渗性能。
高喷灌泵技术有单管法、双管法、三管法。小海子水库进水口工程、小海子水库除险加固工程和布哈拉枢纽水毁加固工程、巴楚县民生渠渠首工程中都采用的是三管法施工。用水管、气管、浆管同轴布设组成喷射杆,杆底部设置有喷嘴,气、水喷嘴在上,浆液喷嘴在下,高喷时,随着喷射杆的旋转和提升,先是高压水和气的射流冲击扰动地层土体,呈翻滚松散状态,随后以低压注入浓浆掺混搅拌,硬化后形成凝结体。工艺参数主要有:水压38~40Mpa;气压0.6~0.8Mpa;浆压0.3~0.5Mpa,施工设备价廉,易购,高喷质量可满足设计要求,工效高,造价低,能充分利用原地土体,就地取材,机械化程度高。
2.4位移握裹作用
地层中较小的块石,由于喷射能量大,辅以升扬、转换作用,最终浆液可填满块石四周的空隙并将其握裹,遇到大的块石或在块石集中区,应降低提升速度,提高比能值。在强大的冲击震动力作用下,块石将会产生位移、松动,浆液沿块石四周空隙或块石间孔隙渗入。在高压喷射挤压余压渗透等综合作用下,产生握裹凝结作用,形成连续密实的凝结体。
3、凝结体的性能
水工建筑物地基防渗采用高喷施工时,则要求凝结体具有良好的防渗性和稳定性,而对于其抗压强度要求不高。凝结体的防渗性能主要取决于地层组成成分和颗粒级配、施工方法、施工工艺以及浆液材料等。高喷形成的凝结体并不很规则,但与地层结合紧密,由于高喷凝结体周围除了浆皮层外,一般还存在渗透凝结层,有着良好的复合防渗作用,从而进一步提高了凝体的防渗性能。
4、高喷凝结体的结构布置形式
为保证高喷防渗墙的连续性,则必须要使各孔的凝结体在有效范围内牢固可靠连接上,为此如何选用结构布置形式和孔与孔的距离则很重要。
高喷形成的凝结体的形状与喷射的形式有关,喷射形式一般有旋喷、摆喷和定喷三种。喷射时若边提升边旋转,则凝结体的形状为圆柱体(又称旋喷柱)若边提升边摆动,则形成的凝结体的形状为哑铃状,若只提升和定向喷射则可形成板状(又称定喷板)。
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2006年02月04日 21:46:26
2楼
我国常用的旋喷施工布置形式有几种,近多年来,在新疆的南疆地区常用的结构布置形式有:
a、 定喷折线式:
b、 摆喷对接式:
c、 柱摆式:
在防渗工程中,孔距的选择至关重要,它不仅关系到凝结体能否可靠地连接,而且也影响工程的进度、造价。孔距应根据地层的地质条件,对防渗性能的要求、高喷灌浆的施工方法和工艺、结构形式、孔深及其它因素综合考虑而定。
5、高喷材料
高喷材料多采用水泥浆,水泥为42.5或52.5普通硅酸盐水泥。三管法施工时,多用纯水泥浆,由于三管法施工,先是高压气、水喷射,而后是压力灌浆,灌浆易被先喷入的水稀释,所以使用的水灰比不应大于1:1的浓浆。
6、机械设备的组成
6.1三管法所用主要设备:
7、三管法旋喷所用劳力组织
8、工艺和施工要点
8.1钻孔
8.1.1泥浆固壁回转(或冲击)钻进。造孔过程中做好充填堵漏,使孔内泥浆保持正常循环,返出孔外,直至终孔。
8.1.2跟管钻进。边钻进边跟入套管,直至终孔。
钻进时应注意保证钻机垂直,偏斜率宜≤1%。
8.2下入喷射杆
8.2.1泥浆固壁的钻孔可以将喷射杆直接下入孔内,直至孔底。
8.2.2跟管钻进的钻孔,有两种情况:
a、拔管前在套管内注入密度大的塑性泥浆,注满后,起拔套管,边起拔边注入,使浆面长期保持与孔口齐平,直至套管全部拔出,而后再将喷射杆下入孔内直至孔底。
b、也可先在套管内下入管壁匀均的PVC塑管,直到套管底部,起护壁作用,而后将套管全部拔出,再将喷射杆下入到管底部。
8.2.3高喷施工
施工中所用技术参数因使用高喷的方法不同而不同。所用的灌浆压力不同,提升速度也有差异。对各类地层而言,若使用同一种施工方法则水压、气压、浆压的变化不大,唯有提升速度变化较大,是影响高喷质量的主要因素。一般情况下,确定提升速度应注意下列几个问题:
a、因地层而异,在砂层中提升速度可稍快,砂卵(砾)石层中应放慢些,含有大粒径(40cm以上)块石或块石比较集中的地层应更慢。
b、因分序而异。先序孔提升速度可稍慢,后序孔相对来讲可稍快。
c、高喷施工中发现孔内返浆量减少时宜放慢提升速度。
9、施工工艺
9.1墙体位置的确定
根据设计要求平整好场地,要求场地内地下无障碍物,对某些作业地基软,不平整,有可能引起整机翻倒引起的事故的地段,一定要采取防范措施,在平整场地上对墙体中心线进行测量定位。
9.2喷墙管理
应控制好掘进速度和灌浆压力、提升速度,送气量的大小应使浆液成沸腾状为宜。灌浆阶段浆液不能发生离析和不允许发生断浆现象,保证墙体均匀,无夹心层,若发生管道堵塞或因故短暂停机,应迅速抢修。
质量检测方法:在小海子水库进水口工程和伽师布哈拉枢纽工程中采用挖深探坑数米,用电子填土密实度检测仪对周围土体进行现场测试。检测结果土体密实度和承载力均大于原土体,施工过程中要有专人负责记录,记录要求详实准确。
10、经济和社会效益
在堤坝防渗工程中,与常规砼防渗墙相比,可不同程度地降低工程造价,具有开挖量小,施工方便,占地少,对临近建筑物影响小等特点。
此项技术很大程度地提高了江、河、湖、库、渠的堤坝防渗抗灾能力,减轻防洪压力,对保障人民生命财产安全以及社会经济发展将起到积极的作用,其社会效益是十分明显的。
11、工程实例
11.1巴楚县小海子水库进水口防冲隔墙
在巴楚县小海子水库进水口防冲隔墙施工中,所采用的方喷灌方法为三管法定向喷射成墙施工。防冲隔墙长为68m,该工程地层为细砂土,采用凝结体的结构布置形式为柱摆式,成墙深度为13m,墙厚平均为:15cm。孔距2m,喷射中心有直径20-30cm的圆柱体。工艺参数为:
喷嘴直径:2-2.3mm;(外¢5)
高压水:10Mpa,流量40L/min;
气 压:0.7 Mpa,气量6m3/min;
浆 压:0.3 Mpa,流量80m3/min;
提升速度:15cm/min;
三重管回转7转/分;
经检测符合设计要求,现运行情况良好。
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wnb
2006年02月04日 21:46:47
3楼

11.2伽师县布哈拉枢纽水毁工程
在伽师县布哈拉枢纽水毁工程中,也是采用三管法施工。该工程消力池严重冲刷损坏,工程土质为流砂,在消力池隔墙后采用双孔沉井工艺,在沉井与沉井之间采用了定喷墙连接围封,边坡也采用高喷防冲墙,第二年就经受了一场特大洪水,现运行良好。
11.3民生渠渠首工程
民生渠渠首工程是一个多次被水冲毁的工程,工程土质为砂性土。99年对该工程的消力池等部位采用了高喷施工,先浇灌砼灌注桩,柱中心距为2.2m,柱径0.8m,在柱与柱之间采用定喷墙连接。此方法对建筑物的基础在防冲、防渗及稳固基础起到了很好的效果。
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2006年02月04日 21:47:08
4楼
高喷防渗墙技术在抚东堤加固工程中的应用

摘要:介绍抚东大堤除险加固工程中高压喷射灌浆防渗墙技术的施工工艺、质量控制措施、主要技术参数、异常情况处理、质量检验。
关键词:高压喷射灌浆;抚东大堤除险加固;应用
1工程概况
江西省鄱阳湖区二期防洪工程抚东大堤除险加固工程位于江西省进贤县西南部、抚河下游东岸,与抚西大堤、中洲联圩隔河相望,圩堤南起柴埠口,经焦石、李家渡、温家圳、梁家渡、北止架桥乡谭家村北;堤线全长51.68km,圩堤保护耕地12.53x104亩,保护人口15.78x104人,圩区内还有浙赣铁路复线、316和320国道、温家圳国家粮库等重要设施。
圩堤加固前,局部堤段堤基渗漏严重,历年汛期堤内均发生翻砂涌水等严重险情,直接威胁到大堤安全。针对堤基渗漏险情,根据地形、地质条件、水头等情况;对地质条件复杂、压浸拆迁占地大的堤段,则采用高压喷射灌浆防渗墙的垂直防渗处理方案,其中桩号27+970~28+560堤段,堤基上部粘土缺失,堤身填土直接座落在砾砂层上,砾砂层在堤内地表出露,堤基砾砂层厚9.3m,下伏基岩为第三系粉砂岩。此堤段高压喷射灌浆防渗墙处理长度590m,本工程由江西省水利规划设计院设计,江西省南昌市水利建筑公司施工承建。设计时根据桩号27+970~28+560堤段无滩地的实际情况,高压喷射灌浆孔轴线布置距堤顶外边线内侧2.0m,钻孔孔距2.0m,防渗墙顶部伸入堤身壤土层不小于1.0m,底部插入基岩深度不小于1.0m。???????????????????????????????
2高压喷射灌浆防渗墙施工工艺
??? 高压喷射灌浆采用三重管喷射工艺。分两序施工,两序喷灌间隔时间为7d,经过对部分开挖连接墙段的观察和分析,当第1序墙体的强度不够而切割时,由于墙体固有的不均匀和第2序喷射时穿透能力以及灌填饱和程度的限制,将附近第1序墙体冲散而第2序灌填不饱满等原因形成防渗的弱点,甚至空洞,当第1序墙体有足够的强度(1序喷灌7d后),在进行2序喷灌连接时,这样连接防渗效果好。
高压喷射灌浆的施工机具由高压发生装置、钻机、特种钻杆和高压管路四部分组成。主要包括:钻机、高压泵、空气压缩机、注浆管、喷嘴、流量计、输浆机、制浆机。
施工时在本工程设计桩号内,先确定施工轴线,将整个堤段分为两段,同时进行施工,按单排孔布置,并按设计的孔距将孔位先定好,施工艺流程见附图所示,步骤说明如下:
(1)进行场地平整,挖好排浆沟,做好钻机定位,要求安放水平,钻杆保持垂直,且确保钻孔倾斜率不超过0.3%。
(2)钻孔定位后,利用特种钻杆在设计孔位钻孔利用原浆固壁止设计高程,设计孔位与实施孔位的偏差应小于5cm。
(3)下三重管喷射,在地面上进行水、气试喷后下管止设计深度,调整喷射轴线方向呈折线型(折线的轴线与高喷灌浆钻孔的轴线的夹角为15°)。
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wnb
2006年02月04日 21:47:32
5楼
(4) 高压喷射灌浆前的准备,主要确保水泥浆充分搅拌和控制好浆液比重、水灰比等。
(5)高压喷射灌浆:严格按施工技术要求来操作,用施工技术参数来控制灌浆质量。
(6)拔套管,高压喷射灌浆结束后,拔出套管。
(7)回灌,喷射完毕后,由于水泥浆固结收缩,出现孔口下沉,对已喷孔进行静压灌浆,直到浆面不下沉为止。
(8)再进行下一孔的施工。
施工前进行室内配方和现场试验,室内试验确定浆液的配比和喷射注浆后固结体的强度,现场试验确定施工工艺参数、注浆固结体强度和墙体抗渗指标等。施工钻孔过程中,要注意到各层的地质变化情况,及时调整高喷灌浆施工技术参数。
3防渗墙墙体质量控制
3.1使用的材料的技术参数
本工程的高压喷射注浆的主要材料是水泥,设计要求采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥,水泥强度等级不低于32.5,灌浆所用的水泥应保持新鲜无受潮结块,其细度为0.080mm方孔筛余量不大于5%,水泥出库使用前应对其质量作鉴定,合格后方可使用。搅拌水泥浆所水,应符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-89的规定。水泥浆由制浆机搅拌而成,水灰比1.0~1.5,搅拌时间不小于2min,超过4h的水泥浆作为废料处理,不得用于高喷灌浆。
3.2主要施工技术参数
高压喷射灌浆施工参数的确定是防渗墙成墙质量的重要环节,严格按照规范操作和高喷灌浆施工技术参数进行施工,是确保施工施工的关键,施工主要技术参数由室内配方和现场试验决定,本工程施工主要技术参数如下:
(1)高喷灌浆的孔距为2.0m, 高喷灌浆的成墙厚度不小于10cm;
(2)防渗墙钻孔为垂直孔,其偏斜应小于0.3%;
(3)高喷灌浆孔位与设计孔位偏差应小于5cm;
(4) 高喷灌浆的形式为摆喷,摆角15°;
(5)提升速度:提升速度的快慢直接影响浆液用量,提升速度过快,则墙后不稳定、易产生空洞,且切割半径不符合要求,会造成防渗墙 搭接处产生薄弱环节。提升速度太慢,则冒浆量过大,造成水泥浪费,因此需根据灌浆试验确定不同土层的提升速度。本工程基岩层的提升速度为8cm/min,砾砂层的提升速度为6cm/min,壤土层的提升速度为12cm/min。
(6)高喷灌浆的水压为25~35MPa,流量为80L/min;空气压力为?0.5~0.7MPa,风量为1.1~2.0m3/min;水泥浆压力为0.8~10Mpa, 流量为80L/min。
(7)注浆水泥浆比重控制在1.6~1.7g/cm3, 回浆比重控制在1.2g/cm3。
3.3工程中异常情况的处理
本工程地质情况复杂,钻进过程中,孔口不返浆;堤身孔隙较多,且有集中漏浆通道,一般采用以下措施:
(1)对局部土层有孔隙不冒浆的处理。(a)停止提升,浆液正常送入,摆喷正常进行;(b)若3~5s仍不返浆,关闭气,高压水,提升三重管,浆液继续送入孔内,并往孔内灌砂;(C)当灌砂无效时,采取提升2~10cm即停止,在该处喷射2~3s, 继续提升2~10cm,以此周而复始直至孔口冒浆。
(2)堤坡轻微漏浆处理,其原因是存在裂缝或鼠洞等,与灌浆孔直接连通,筑堤时施工接头处碾压不实或有裂隙连通、未压实、有散水平土层,在灌浆压力作用下,浆液集中穿透土体冒浆,在堤内侧坡漏浆,可做阻浆盖解决,也可在漏浆出口处压砂做反滤层,使其清水渗出,从而封堵漏浆。并采用浓浆灌—停—灌的间歇性灌浆处理。或在灌浆液中掺入水玻璃,掺入量为0.5%~3%,加速浆液凝固,从而封堵渗漏通道。
(3)凡经特殊处理的渗漏段,待孔口返浆后均应将喷射管下至原不返浆的最下位置,再进行正常喷射(复灌)。确保防渗墙墙体质量。
4防渗墙质量检验
本工程的高喷防渗墙设计质量要求:
[J]>50??? ([J]为墙体允许渗透坡降);
抗压强度:?? R28=5Mpa;
墙体渗透系数:? K≤10-6cm/s。
本工程在施工过程中由江西省南昌市质量监督站对钻孔孔距、孔深、制浆稠度、灌浆三压等施工工艺进行了随机抽检,测得指标能满足设计要求。
为了检测高喷防渗墙的防渗性能,由抚东大堤项目部会同江西省建洪监理公司驻现场总监理工程师随机选定一处布置围井,围井注水试验K=1.2x10-7cm/s, 满足设计K≤10-6cm/s。的要求。其成墙厚度在10cm以上符合设计要求。
另外钻孔取芯7孔,送检试样14件,抗压强度R28最大60.80 Mpa,最小13.1Mpa,平均31.5Mpa,符合设计要求。其抗压强度变幅较大,分析原因与土层有关。芯样的室内渗透试验:龄期14天送检试样最大渗透系数7.52x10-7cm/s,龄期21天送检试样最大渗透系数2.52x10-7cm/s,符合设计K≤10-6cm/s。的规定,并与围井成果吻和。
5结语
1高喷灌浆具有施工速度快、固结体强度大、水泥灌浆不会造成环境和地下水污染,且耐久性较好,施工噪音较小等优点。
2为确保高喷防渗墙施工质量,必须根据不同土层,合理确定高喷施工参数,针对性的采用不同的施工工艺,才能保证高喷施工质量,使墙体均匀,连续性好,连接可靠。在这方面还有待于进一步积累经验,总结提高。以便于高压喷射灌浆技术推广应用。
(3)因高压喷射灌浆防渗墙属隐蔽工程,目前尚没有成本经济、全面可靠的质量检测方法,其防渗效果有待通过洪水考验。
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wenki2000
2006年02月06日 10:19:06
6楼
是好东西,谢谢楼主上传,欢迎提供更多的资料。
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qhych570715
2006年12月30日 15:27:19
7楼
高压喷射灌浆技术作为房屋建筑和水利工程地基处理的新型工法,已广泛在工程实践应用,其作用机理值得研究探讨,谢谢楼主给我们提供有价值的资料。
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sqljw
2007年05月02日 14:45:48
8楼
压喷射灌浆技术作为房屋建筑和水利工程地基处理的新型工法,已广泛在工程实践应用,其作用机理值得研究探讨,谢谢楼主给我们提供有价值的资料。
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lpp829755
2008年03月19日 17:46:44
9楼
真的不错啊,本人正要用到,谢谢啦
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cxs2005666
2009年02月09日 10:21:07
10楼
是好东西,谢谢楼主上传,欢迎提供更多的资料。
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oufang
2009年02月11日 22:25:33
11楼
请教下,我现在正在做一个工程,是粘土心墙坝加固的,坝高大约是50m左右,采用三管旋喷,在加固到坝高30多米左右,大坝产生一条纵向裂缝,缝宽约3cm,高喷的水压才35MPa,这是什么原因产生的,该怎么处理?
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