高压旋喷技术在南水北调穿渠埋涵工程中的应用
2009-10-21 00:00
| 文摘：叙述了高压旋喷技术应用背景，介绍了旋喷桩参数选择、施工技术要点、质量保证及安全措施，通过挡水验证了应用效果。 关键词：高压旋喷 南水北调 穿渠埋涵 应用 1概述 1.1工程概况 穿黄河工程是南水北调东线从东平湖至黄河以北输水干渠的一段输水工程，是南水北调东线关键控制性项目。按一、二期结合过水100m3/s建设，Ⅰ等工程，主要建筑物为1级，次要建筑物为3级。工程主要由出湖闸、南干渠、埋管进口检修闸、滩地埋管、穿黄隧洞、出口闸及连接段、穿引黄渠埋涵及连接明渠等建筑物组成。 穿引黄渠埋涵及连接明渠工程长580m，其中：穿引黄渠埋涵360m、消力池30m，为两孔有压箱型结构，埋涵单孔净断面尺寸为5×5m、消力池为5×7.33m，采用现浇钢筋砼结构；消力池与明渠相接的扭面段长50m，断面由矩形渐变为梯形，底板采用现浇钢筋砼结构，两侧为浆砌石扭面挡墙；明渠段长140m，底宽16m，边坡1:3，梯形断面，采用预制砼板护砌。 1.2与灌区干渠交叉 南水北调穿引黄渠埋涵在位山闸后110m处与位山灌区东、西干渠交叉，涵洞施工与2009年引黄济津（入冀）同时进行。位山灌区西渠引水期间，施工东渠埋涵，为保证调水、施工两不误，需修做临时导流工程，满足西渠引黄济津（入冀）、东渠灌溉引水需要，同时防止高水头下水流渗透对基坑降、排水造成的影响。 1.3应用背景 在保证西渠引黄济津（入冀）最大河道断面的条件下，为满足东渠埋涵施工需要，在西渠河道内修做了月牙型临时导流围堰。2009年引黄济津（入冀）持续时间6个月左右，为防止西渠引水渗入东渠，减少东渠埋涵降水、施工难度，缩窄临时导流围堰断面、增加西渠过流宽度，采用高压旋喷桩对临时导流围堰进行加固、防渗。临时导流围堰主要为砂土、砂壤土，渠道底部为黄河冲积土层，土质条件适合做旋喷处理。东、西渠分水墙下部有帷幕灌浆，与旋喷桩结合形成一道防渗止水帷幕，阻挡西渠水流渗入东渠。 2导流标准 2.1导流方式 为加快施工进度，保证施工安全，满足引黄济津（入冀）引水需要，设计变更后先进行东渠埋涵施工。拆除设计开挖边线范围内的分水墙，修筑纵向围堰。利用新修纵向围堰和未拆除的分水墙形成一期整体纵向围堰，保证西渠引水、东渠埋涵施工同时进行。在生产桥下游180m处设立分水口，宽度与东渠相同，利用分水口调节东、西渠引水流量。为防止东渠闸门漏水进入基坑，东渠开挖时，先进行清基，将部分可用于回填的开挖土方临时堆放在基坑两侧，自然形成挡水围堰，利用潜水泵将东渠闸后部分渗水、漏水排入西渠。 2.2土围堰 围堰长103.2m，顶宽6.5m，边坡1:1，顶高程41.5m（与分水墙平齐），底高程37.8m。 2.3旋喷桩 东渠埋涵地基处理有60m挤密碎石桩，位于东渠及东、西渠分水墙下。为使挤密碎石桩一次施工完毕，根据开挖坡度、临时围堰稳定计算，高压旋喷桩中心距围堰外肩2.5m，沿围堰轴线布置。桩径1m，间距1m，桩深17m，桩顶高程41.5m，与位于开挖基面以下24-26m高程的粘土层相接。为防止西渠引黄济津（入冀）水流对围堰长时间的冲刷，提高防渗、抗冲效果，在围堰迎水面相邻旋喷桩之间，用桩径0.3m、桩深6m的浅层旋喷桩进行加固。 3旋喷桩施工技术 3.1施工方案 根据西渠河道宽度，考虑到2009年引黄济津（入冀）的需要，在满足东渠施工的前提下，尽可能提供西渠较宽的河道，保持西渠较好的引水状态。高压旋喷桩施工完成后，将桩外侧渠底37.8m高程以上的土方挖除，利用旋喷桩和桩内侧土围堰阻挡西渠引水进入东渠，加大西渠引水断面，同时形成垂直渗水帷幕。 高压旋喷桩设计：土围堰布设单排深层旋喷桩，迎水侧再用浅层旋喷桩加固。当钻机钻到设计标高后，用旋喷台车把安有水平喷嘴的注浆管下到孔底，利用高压设备使喷嘴以34Mpa的压力把浆液喷射出去，冲击切割土体，并与土体搅拌混合，形成圆柱形桩体，达到加固、防渗的目的。 [Page] 3.2施工工艺 3.2.1工艺流程 测量放线定位-引孔钻机就位-开孔检查-钻进成孔-清孔移钻-启动空压机送风-浆液配制泵送-插入高喷管-高喷作业-观察高喷参数-回灌-孔内保持满浆-转入下一孔位。 3.2.2施工顺序 打试验桩2-3根，根据施工工艺及旋喷效果确定施工参数。进行旋喷桩施工时，钻孔、灌浆采用打一跳一法，先1、3、5……，后2、4、6……，交叉进行。靠近分水墙与砌石结合处，旋喷桩中心距离分水墙0.4m，连续布置2颗桩，利用高压将水泥浆喷射到分水墙处，使旋喷桩与砌石较好地结合，防止渗水。 3.2.3施工参数选择 旋喷桩施工主要有旋喷压力、旋喷速度、提升速度、浆液配比、喷射流量等技术参数，对照地质条件、加固要求，从有利于提高成桩效果和桩体质量的角度出发，综合考虑西渠引水等各种因素的影响，在保证安全可靠、经济合理、技术可行的前提下通过试验确定。 钻孔直径和深度：引孔直径127mm，终孔深度17m。 桩位与设计孔位的偏差≯50mm；桩身垂直度偏差≯10%；桩径容许偏差≤50mm。 浆液和水泥材料：高喷灌浆采用42.5普通硅酸盐水泥，不加外加剂，浆液水灰比为1.5:1，采用搅拌机拌制，拌和时间不少于30s，连续均匀制浆。 浆压34Mpa，气压0.6Mpa；浆流量70L/min，气流量1.5L/min；提升速度10cm/min，转速9r/min。 3.2.4质量控制 现场定位放样，钻机安设在设计孔位上，就位后用水平尺掌握机台水平，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，倾斜度小于1.5%。高喷台车对准孔口后，先在地面进行浆、气试喷，检查各项工艺、参数，符合设计要求后将喷射管下至设计深度，由上而下进行喷射作业。浆液拌制经两道过滤网过滤，防止喷嘴发生堵塞。及时检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋喷提升速度等，待压力和流量参数达到设计要求、孔口返出浆液时，按既定的提升速度进行喷射灌浆；高喷灌浆保持全孔连续一次作业，拆卸或安装注浆管动作要快。为增加桩的端承力，在桩底部旋转喷浆不提升，增加此部位的搅拌效果，扩大桩体直径，形成桩底盘。桩顶以下、渠底以上4m范围内承受的荷载较大，复喷提钻时适当降低提升速度，增加桩体的密实度。深层喷射时，先喷射后旋转、提升，防止注浆管扭断。出现压力下降、上升、冒浆异常、不返浆等情况时，查明原因后及时处理。供浆正常情况下，孔口回浆密度变小、不能满足设计要求时，加大进浆密度或进浆量。高喷灌浆结束后，充分利用孔口回浆，直至浆面不下降为止。及时拔出注浆管，彻底清洗注浆管、注浆泵和浆液搅拌机，管内不残存水泥浆，以防管路堵塞。 3.2.5质量保证措施 [Page] 严把工序管理关，对钻机、高压泵、配料操作等关键工序，配备熟练的技术工人操作，定岗、定责，严格奖惩制度。设备安装平稳对正，开孔前检查桩位和开孔角度，施工时控制好旋喷桩的标高，详细记录地层变化、颗粒大小、硬度等。为防止泥浆或废浆液到处溢流、保持现场干燥，钻空前沿旋喷桩轴线开挖宽1m、深0.3m的泥浆槽。采用膨润土泥浆护壁，保持孔壁完整、不坍孔，确保高喷管顺利下至孔底。高喷管下井前在井口试验检查，防止喷嘴堵塞。高喷管下至距孔底0.5m时，先启动浆泵送浆，同时旋转下放，下至孔底后，启动高压泵和空压机，各项参数达到正常后提升。严把水泥质量关，严格按照配比配制浆液，经常测定浆液比重，及时统计各孔的材料用量，旋喷过程中防止水泥沉淀。旋喷作业中，注意观察气、浆压力和流量，发现异常，立即停止提升，查明原因，及时处理。分节拆卸高喷管时，动作要快，尽量缩短停机时间。因故停机时，将喷管下放至超过原喷深度0.5m处，重新开机作业时可避免断桩。采用两序施工，掌握间隔时间，防止串孔。及时回灌，保持孔内浆液饱满，连续施工时可采用冒浆回灌。 3.3安全措施 施工时，对高压泥浆全面检查、清洗，防止泵体残渣、铁屑存在。密封圈完整、无泄漏，安全阀中的安全销进行试压检验，确保能在额定量、高压力时断销卸压。压力表定期检查，保证正常使用。高压胶管在允许的压力范围内使用，屈弯大于规定的弯曲半径，密切注意孔内管路情况，防止孔内堵塞，高压管爆裂伤人。旋喷注浆在高压下进行，过滤后的浆液颗粒小于喷嘴直径。高压泵设有安全装置，超过允许泵压后自动停止。长时间中断旋喷时，要及时用清水冲洗输浆系统。操作人员熟悉注浆全过程，掌握钻机旋喷注浆性能，规范操作。 4影响因素及处理措施 4.1点位对中 采用孔内旋喷，钻杆悬空段长、容易歪斜，达不到旋喷桩平面布置的精度，旋喷钻杆置入钻头时，钻杆接头容易被拍松、拍断，造成旋喷漏浆事故，影响施工质量和进度。根据现场实际情况，左右、前后移动台车，保持台车水平和钻杆竖直，保证旋喷点位准确。 4.2土质影响 高压旋喷是利用高压流喷射成桩，参数设置与土质种类、密实度密切相关，不同土质决定参数的选择、管数的使用。对试验桩进行开挖检查，实测实量，随时调整参数，动态管理。通过试验选择合理的参数和控制措施，可保证成桩质量。 5档案资料整理 现场设立专职资料员，负责资料的收集、整理、编目、归档和保管，与施工人员一道做好施工日志。档案资料是对工程质量监控的记录，也是出现质量问题后分析查找原因的重要依据。资料收集、整理做到填写齐全、标识无误、交圈闭合，资料管理做到整理及时、完整真实、分类有序，合理存放。 6结语 高压旋喷桩施工时，部分土体被置换，经过旋喷注浆，周围土体由松散到固结，有利于周围土体加固，强度提高。加强施工现场管理，严格按照规范、工序操作，合理选定技术参数，是保证高压旋喷桩顺利实施和成桩质量的关键。2009年10月1日位山灌区西渠引黄济津（入冀）开闸放水，固结开挖、挡水显示，连续旋喷桩体与原分水墙下的帷幕灌浆连接在一起，形成一道止水帷幕，达到了预期的目的，起到了加固、防渗效果，综合效益较好。 参考文献： [1] 中华人民共和国冶金工业部标准.高压旋喷注浆技术规程[M].西安：西安交通大学出版社，1993. [2] 黄能方,谢上冬.高压旋喷地基处理施工工艺.工程质量,2002.09. [3] 武新波.浅谈高压旋喷桩施工工艺.科学之友,2007.08. [4] 何文华.小议高压旋喷桩的施工工艺及控制措施.中小企业管理与科技,2009.01. [5] 龚丕仁,付光强.高压旋喷桩质量控制的探讨.西部探矿工程,2009.09. |
| 原作者： 崔庆瑞 汤怀义 张继荣 赵文明 李成俊 |
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