小浪底高壓旋噴灌漿技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例簡(jiǎn)述

1、小浪底高壓旋噴灌漿技術(shù)及應(yīng)用實(shí)例簡(jiǎn)述摘要:小浪底高壓旋噴灌漿工程選用國際上先進(jìn)的施工設(shè)備 和施工工藝，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定施工參數(shù),在先進(jìn)施工設(shè)備的保證下, 通過控制施工工藝來保證施工質(zhì)量.在小浪底工程中，用高壓旋噴灌 漿技術(shù)構(gòu)筑上游圍堰防滲墻、對(duì)左岸河床心墻區(qū)砂卵石地基加固、進(jìn) 行主壩混凝土防滲墻“老虎嘴”封堵和原1號(hào)槽孔修補(bǔ)，均取得了很 好效果.關(guān)鍵詞：高壓旋噴灌漿；圍井試驗(yàn)；防滲墻；地基加固；地 下工程補(bǔ)救；小浪底水利樞紐工程高壓旋噴灌漿技術(shù)是使?jié){液在很高的壓力下通過注漿管，從 噴嘴高壓射出，注入地基，在射流的沖擊、切削、攪拌作用下，漿液 與原地基混為一體，對(duì)地基產(chǎn)生擠壓、滲透作用，使旋噴樁

2、及其周圍 土體的密實(shí)度和承載能力得到提高其主要應(yīng)用有:構(gòu)筑防滲墻體; 加固地基，提高地基承載力；用于地下構(gòu)筑物的修補(bǔ).經(jīng)過近年來的不斷開發(fā)和應(yīng)用，高壓旋噴灌漿技術(shù)在各個(gè)方 而都得到很快發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，適應(yīng)地層由開始限于中細(xì)砂、 壤土、淤泥等細(xì)顆粒地層，逐漸擴(kuò)大到包括強(qiáng)透水的砂卵石、卵漂石 和堆石渣層、球狀體層等在內(nèi)的整個(gè)第四系覆蓋層，施工設(shè)備、施工 工藝不斷更新，漿液壓力、流量不斷增大，提升速度逐漸加快，噴漿 設(shè)備更趨向于高壓力、大流量的二重管、三重管.二重管法是在壓縮 空氣保護(hù)下，高壓漿液直接噴射到地層中；三重管法是在壓縮空氣保 護(hù)下，由高壓水開路，同時(shí)注入低壓漿液進(jìn)行旋噴.由于高壓

3、旋噴灌 漿技術(shù)對(duì)地基防滲與加固處理具有不需明挖、施工場(chǎng)地小等特點(diǎn)，因 此，目前仍處在迅猛發(fā)展階段.1旋噴灌漿設(shè)備小浪底高壓旋噴灌漿工程由意大利仕紀(jì)公司分包施工，主要 設(shè)備包插高壓旋噴機(jī)、履帶自行式鉆機(jī)和供漿設(shè)備等.履帶自行式高壓旋噴機(jī)型號(hào)為SIRI02SC,本身具有一定的 鉆進(jìn)功能，機(jī)架高46m旋噴鉆桿為雙重管，內(nèi)徑30 mm,為高壓漿 液通道，外徑90 mm,內(nèi)、外徑之間有12個(gè)小孔為壓縮空氣通道.每節(jié)長(zhǎng)3 m,裝卸方便， 密封性好.旋噴機(jī)配有鉆灌參數(shù)自動(dòng)記錄儀，型號(hào)為L(zhǎng)UT2CL88,全 過程自動(dòng)記錄孔深、漿壓、氣壓、轉(zhuǎn)速、提升速度等參數(shù)，同時(shí)顯示 于熒光屏上，便于參數(shù)的監(jiān)測(cè)和隨時(shí)調(diào)整.履

4、帶自行式鉆機(jī)為 Casagrande鉆機(jī)C8型,自行定位,操作方便，性能穩(wěn)定,帶有偏心 鉆頭，可跟管鉆進(jìn)，對(duì)地層適應(yīng)性強(qiáng).攪拌機(jī)有2臺(tái)，分別用于攪拌 膨潤(rùn)土漿液和水泥漿液，攪拌能力分別為12 m3/h和24 m3/h. 2 臺(tái)高壓泵型號(hào)分別為HT400和7T-450. 7T-450型高壓泵最大輸漿 壓力可達(dá)100 MPa,最大輸出流量可達(dá)453 L / min,高壓泵通過高壓 管路與旋噴機(jī)連接.2現(xiàn)場(chǎng)圍井試驗(yàn)2. 1試驗(yàn)布置及參數(shù)圍井試驗(yàn)的目的是選定合適的施工參數(shù)和漿液配比及驗(yàn)證 防滲墻滲透系數(shù).試驗(yàn)區(qū)位于旋噴灌漿防滲墻軸線下游側(cè)5 m的一塊 平整場(chǎng)地上，與旋噴灌漿防滲墻地層一致，上部012

5、m為砂卵石填 筑層，下部1232 m為原河床覆蓋層.圍井由25個(gè)旋噴樁組成，其 中16個(gè)間距1 m、深32 m的樁組成一個(gè)正方形圍井，中間有9個(gè)同 樣深度的旋噴樁封底，即僅對(duì)這9個(gè)樁底部2 m進(jìn)行旋噴.其布置如 圖1所示.根據(jù)工程類比和室內(nèi)試驗(yàn)，采用了摻加5% （水泥用量）膨 潤(rùn)土的穩(wěn)定漿液，其水、水泥與膨潤(rùn)土的配比為850 : 450 : 22,密 度1. 35g/cm3,馬氏粘度3540s.施工參數(shù)：旋噴漿液壓力大于 40 MPa,空氣壓力為1. 5 MPa； 2個(gè)噴嘴，直徑為3 mm,轉(zhuǎn)速12r / min,漿液流量225 L / min；提升速度：I , II序孔原地層為17cm /

6、min,回填料區(qū)為26 cm / min, III序孔均為26cm / min2. 2滲透試驗(yàn)2. 2. 1試驗(yàn)方法根據(jù)有關(guān)手冊(cè)的規(guī)定，試驗(yàn)方法分為定水頭法和變水頭 法.定水頭法是指由套管隔離出試驗(yàn)段，維持孔內(nèi)水位不變，待流量 穩(wěn)定后，讀取時(shí)間和流量，按公式（1）計(jì)算滲透系數(shù)；變水頭法只 能在圍井內(nèi)使用，待圍井內(nèi)注水達(dá)到飽和后，停止注水，記錄水位下 降過程，按公式（2）計(jì)算滲透系數(shù).式中：K為滲透系數(shù)，m/s； q為穩(wěn)定滲透流量，m3 / s； F為影 響參數(shù)；He為穩(wěn)定水頭，m； A為所測(cè)斷而而積，m2； L為所測(cè)段長(zhǎng), m； D為所測(cè)斷面直徑，m； Tl, T2為時(shí)間，s； Hl, H2為

7、在時(shí)間Tl, T2時(shí)的水頭,m.2. 2. 2試驗(yàn)結(jié)果圍井旋噴樁完成后，在圍井內(nèi)做了 8次滲透試驗(yàn)，其中6 次是定水頭試驗(yàn)，一次是變水頭試驗(yàn)，一次是開挖后井內(nèi)注水試驗(yàn)； 圍井外共做3次，試驗(yàn)全部為定水頭試驗(yàn)，其中有一次未成功.圍井外測(cè)得2組滲透系數(shù)平均值為2. 805X103cm/s, 此數(shù)值與地質(zhì)部門提供的滲透性為36200 m/d （相當(dāng)于4. 16X10 一223X10-3cm/s） 致，說明這種方法是合適的.圍井內(nèi)定 水頭滲透試驗(yàn)結(jié)果最大值為1. 41X10-5 cm/s,最小值為1. 17 X 10 6 cm / s,平均值為9. 62 X 10 6 cm / s,變水頭試驗(yàn)結(jié)果為

8、3. 705X10-6 cm/s,圍井內(nèi)注水法測(cè)得的結(jié)果為5. 925X107 cm /s.即滲透系數(shù)比原地層降低了三個(gè)數(shù)量級(jí).2. 2. 3開挖檢查在滲透試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)圍井內(nèi)部和外部的一側(cè)進(jìn)行開挖檢 為勘探孔，每個(gè)孔必須作基巖鑒定，對(duì)于II, III序孔根據(jù)I序孔確定 的基巖面確定孔深，但終孔時(shí)也需取樣鑒定.鉆孔偏斜率控制標(biāo)準(zhǔn)為 小于1%.鉆孔完成后即進(jìn)行測(cè)斜，盡快提交資料.工程師根據(jù)孔序、 孔深和孔斜情況按表1中的數(shù)據(jù)調(diào)整提升速度，對(duì)于偏斜率大于1% 的孔，采用降低提升速度來增加樁徑或增加附加樁的方法解決.旋噴灌漿防滲墻的施工，減少了基坑滲水量，降低了大壩心 墻區(qū)施工難度，說明防滲墻有較好

9、的連續(xù)性和防滲性.3. 2左岸河床地基加固在主壩左岸坡腳處，橫貫心墻區(qū)有一近似垂直長(zhǎng)約140 m 的巖坎直插入河床，相鄰覆蓋層屬第四系河流沖積物形成的砂卵石 層，粒徑最大140 mm,礫石成分以硅質(zhì)、鈣質(zhì)為主，并夾有厚約6 m 的粉細(xì)砂層，局部還有類似坡積物塊石地層出現(xiàn).此區(qū)域覆蓋層沉積 條件較差，密度低，不能滿足心墻區(qū)的承載要求.經(jīng)過多種方案比較, 采用高壓旋噴灌漿對(duì)此區(qū)域基礎(chǔ)進(jìn)行加固.帷幕防滲軸線上、下游兩 側(cè)邊坡陡直，布置旋噴樁間距為1. 5 mXl. 5 m,其他區(qū)域樁間距 為25 mX2. 5 m,并按1 ： 1的坡度降低旋噴樁高程，最小旋噴樁 高度為5 m,形成坡角為45°

10、;的地基加固區(qū).為檢測(cè)旋噴加固地基的效果，由黃河水利委員會(huì)勘測(cè)設(shè)計(jì)院 物探總隊(duì)采用“附加質(zhì)量法”及彈性波速法，對(duì)地基物理力學(xué)參數(shù)進(jìn) 行原位測(cè)試.在旋噴地基加固區(qū)均勻布置檢測(cè)點(diǎn)位12處，其中4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)和9號(hào)點(diǎn)布置于旋噴樁樁位處，其余各點(diǎn)均布置于4個(gè)旋 噴樁的中心處.1號(hào)至5號(hào)點(diǎn)位分別作了噴漿前后兩次檢測(cè)，其余各 點(diǎn)僅作噴漿后一次檢測(cè).檢測(cè)結(jié)果表明：在噴漿前各點(diǎn)位的物性參數(shù)相近，地基承載力在342359 kPa之間，平均值在347. 6kPa； 原位密度在2. 2462. 292g / cm3之間，平均值為2. 256 g/cm3； 在旋噴灌漿加固后，樁間和樁位上各點(diǎn)物性參數(shù)均有不同程度的提

11、 高對(duì)于樁位點(diǎn)，地基承載力平均值為3 052 kPa,比加固前提高7. 77 倍；原位密度平均值為2. 456g/cm3,比加固前提高8. 87%；對(duì)于 樁間點(diǎn)，地基承載力平均值為933kPa,比加固前提高1. 68倍；原 位密度平均值為2. 365g/cm3,比加固前提高4. 83%3. 3地下工程的補(bǔ)救3. 3. 1 “老虎嘴”處理在混凝土防滲墻軸線靠近左岸處有一垂直高約20 m凹向岸 坡約6 m的反坡，俗稱“老虎嘴”，如全部挖除突出的巖石（約80 m2, 承包商所提雙輪銃工作效率為0. 04 m2/h）,需要長(zhǎng)時(shí)間開挖且影 響相鄰槽孔的施工,將使處于大壩關(guān)鍵線路上混凝土防滲墻的施工工 期

12、施后，且增加較多投資.經(jīng)多方案比較，采用對(duì)突出巖石保持原狀 基本不開挖，在防滲墻軸線及上、下游側(cè)增加3排旋噴灌漿樁，形成 厚約3 m的旋噴防滲墻，有效地堵住“老虎嘴”.在防滲墻底部帷幕 灌漿完成后，對(duì)此段旋噴灌漿防滲墻打檢查孔壓水試驗(yàn)，透水率滿足 技術(shù)規(guī)范要求，表明此種方案是合適、有效的.3. 3. 2防滲墻原1號(hào)槽修補(bǔ)混凝土防滲墻分兩期施工，第一期原1號(hào)槽孔在澆筑混凝土 過程中，比設(shè)計(jì)高程欠澆約11 m,在處理原1號(hào)槽孔施工質(zhì)量問題 的過程中，多次發(fā)生塌孔，原地層己發(fā)生擾動(dòng).如果對(duì)混凝土的缺陷 部位（寬2. 8m、深約Um）,采用支護(hù)邊坡明挖補(bǔ)澆混凝土，由于 受地下水的影響，很可能發(fā)生塌方，給施工造成困難.受圍井試驗(yàn)的 啟發(fā)，在缺陷部位的周圍布置高壓旋噴樁，將缺陷部位包在旋噴樁中 間.在旋噴灌漿施工完成后，對(duì)槽孔缺陷部位開挖至原防滲墻頂部高 程，形成了一寬2. 8m、厚1. 2m、深約10 m的槽孔，直接澆筑缺 陷部位混凝土采用這種處理方案，旋噴樁對(duì)地層起加固和防滲作用， 且無地下水影響，大大降低了施工難度，加快了施工速度.4結(jié)語a. 高壓旋噴灌漿在小浪底工程中應(yīng)用于構(gòu)筑防滲墻、地基 加固、地下工程補(bǔ)救上都取得了較好的效果.旋噴灌漿工作需要的場(chǎng) 地小，尤其是在工期緊、施工干擾大的情況下，顯示出旋噴灌漿工作 不需開挖的優(yōu)勢(shì)，大大降低了