高压摆喷灌浆技术在牟汶河截潜工程中的应用

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高压摆喷灌浆技术在牟汶河截潜工程中的应用

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-18 2710


摘 要: 介绍高压摆喷灌浆技术的施工原理及其在河道截潜防渗工程中的应用,可为类似工程提供借鉴

关键词: 三管法;高压摆喷;高喷板墙;牟汶河截潜

1 概述  高压喷射灌浆技术是20世纪60年代后期日本在化学灌浆的基础上首创的,自20世纪70年代引进我国,80年代在水利工程中获得推广应用,90年代国际承包商在二滩工程和小浪底工程完成的高喷防渗幕墙,设备精良、技术先进、工期短、质量好,带动了我国高喷技术的发展。 高压喷射灌浆是利用能量较大的水气同轴喷射切割掺搅地层,同时将凝结材料,如水泥浆,灌注掺搅地层,形成要求性状的凝结体,高喷灌浆分为旋喷、摆喷和定喷三种形式。它施工简便、施工范围广,有很大的发展空间。

2 工程概况

牟汶河截潜工程是向山东泰山纸业有限公司提供工业用水的中型水利工程,位于莱芜市莱城区沈家岭村南牟汶河上,上游流域面积980km2,截潜板墙全长460m,板墙深度7.0~8.6m,厚度30cm,成墙面积3650m2,拦截潜流1020万m3,工程于1997年2月开工,1997年5月竣工,年可向山东泰山纸业有限公司提供水量2100万m3。工程位置处地层比较简单,从上到下大致可分为3层:(1)上部为中粗砂层,棕黄色,局部含少量粉粒,湿~饱和,松散~稍密,主要为石英、长石质,一般颗粒直径3~1mm。厚度3.2~4.6m。 (2)中部为砂砾层,褐黄、白色,湿~饱和,自上而下由松散渐变为稍密,含石英质砾石,土质不均匀,厚度2.3~3.0 m。(3)下部为第三系粘土岩(E),黑褐色夹灰褐色,泥质结构,薄层状构造。

3 施工工艺

3.1 施工设备

主要施工设备为:造孔系统、高压水系统、压缩空气系统、制浆供浆系统、提升喷射系统和检测系统。

3.2 施工布置

高喷墙的结构形式采用摆喷折接,高喷灌浆共布置307个灌浆孔,孔距1.5m,摆喷角度30°,采用三管法(水、气、浆分别由3条并列的管道输送)设备施灌制作折线形防渗板墙。高喷灌浆下界线为入基岩面以下1.5 m,上与主河床相平,为减少串孔、塌孔及保护板墙有效连接,分Ⅰ、Ⅱ序孔进行施工,Ⅰ序孔从轴线向内侧摆喷,Ⅱ序孔从轴线向外侧摆喷。

3.3 施工方法及工艺

造孔采用3台XT-100型钻机进行回转钻进,用当地粘土制浆进行钻孔护壁,采用三管法高喷灌浆设备GS500-4型高压喷射灌浆机1台进行摆喷,在孔造好后下高喷管,高压喷射以水、气、浆为介质,高压喷头使用一对水平喷嘴喷出35~40 MPa的高压水(周围用压缩空气保护水柱)射流切割破坏被灌地层,出浆口垂直于高压水嘴,在高喷管的底部灌入比重大于1.60g/cm3以上的水泥浆充填被高压水切开的空间,并使地层中的泥、砂等细小颗粒排出地表,从而形成高喷板

墙,主要施工流程如下:

水 + 水泥→ 制浆 ← 回浆

↓ ↗

定孔位 → 造孔→ 测孔斜率 → 下喷射管 → 提升 → 成孔

↑ ↑ ↑

送高压水 送压缩气 回填灌浆

图1 高压喷射灌浆工艺流程

3.4 施工参数

施工所采用的高喷参数,按设计要求在正式施工前做了一个五边形试验围井,围井边长1.2m,面积4.8m2,孔深6.5~8.1m,其中中粗砂层厚4.2m,砂砾石层厚2.8m,基岩平均埋深7.5m。试验中对不同地层的提升速度、摆动角度及水、气、浆等各项技术参数进行测试,凝固14d后,进行注水试验,然后全部挖开检查,发现板墙喷射均匀,连接牢固。砂砾石层摆角形成墙体厚度30cm以上,双面有效喷嘴喷射长度为2.5~2.8m,墙体强度大于5.0MPa,墙体渗透系数小于A×10-6cm/s。全部满足设计要求。高喷施工参数见表1。

施工技术参数指标 表1

技术参数

基岩风化层

砂砾层

中粗砂层

气 压力(MPa)

0.6~0.8

0.6~0.8

0.6~0.8

流量(m3/min)

0.8~1.2

0.8~1.2

0.8~1.2

水 压力(MPa)

35

35

35

流量(L/min)

70

70

70

浆 压力(MPa)

0.5

0.4

0.2

流量(L/min)

80

80

80

水泥浆比重

水灰比1:1,比重1.60g/cm3

喷浆摆角

30°

30°

30°

喷机提升速度( cm/min)

6

8

10~15

3.5 施工方法

3.5.1灌浆钻孔施工

钻机安放平稳,孔位偏差小于50mm,均用水平尺校正机台水平和钻机立轴垂直度。通过回转钻进、泥浆护壁成孔。失浆严重时,注入稠泥浆或粘土进行堵漏处理。钻进过程中使用测斜仪对钻孔进行测斜,当发现钻孔倾斜时,及时采取补救措施,以确保成孔倾斜度小于1%。钻孔结束后及时向孔内注入稠泥浆,防止塌孔。地质人员跟班对岩芯进行分层描述。

3.5.2高压摆喷施工

为保证先期形成的板墙与后期形成的板墙有效连结,采用间隔性Ⅰ序孔、Ⅱ序孔施工方法,即先施工完Ⅰ序孔,然后再施工Ⅱ序孔;高喷机就位后,先在地面进行试摆和试喷,定好喷射方向,待各项参数达到要求后再下喷射管至孔底,先按规定参数进行原位喷射,待浆液返出孔口、情况正常后方可开始提升喷射;喷射界线为下至强风化粘土岩1.5 m以下;在砂卵石层中容易出现塌孔现象致使高喷管下不到预定深度,这时,移开高喷机,用钻机进行扫孔,用浓粘土浆或直接倒入粘土进行护壁,然后才能进行高喷操作;喷射过程中,出现故障而停喷时,待故障排除后,将喷管下至停喷前深度0.2 m以下重新喷射,确保板墙连接良好;部分砂砾卵石层孔段出现漏浆而无冒浆时,就停止提升,并加大水泥浆液浓度,直至孔口有冒浆后才开始重新提升。当发生邻孔串浆时(主要发生在Ⅰ序孔),将串浆孔堵死,灌浆孔依照正常施喷要求进行;单孔喷灌结束后,采用0.7∶1的纯水泥浆进行回填补灌,反复进行,直至浆面不再下沉为止;在喷灌过程中,随时监测进浆比重,回浆比重、流量,水、气、浆的压力和流量,摆喷角度,提升速度等施工参数,并详细记录。

4 使用效果

高喷防渗板墙完工后经开挖检验和围井抽水试验,板墙折接完好,成墙厚度≥30cm,渗透系数 K≤5×10-6cm/s,完全达到设计要求。该工程建成8年来,经过枯水季节缺水和汛期行洪考验,其截潜效果相当好,经济效益十分显著。

5 结论与体会

高压摆喷

HDPE土工膜是以(中)高密度聚乙烯树脂为原料生产的一种防水阻隔型材料。(密度为0.94g/cm3或以上的土工膜)。HDPE土工膜全称“高密度聚乙烯膜”,具有优良的耐环境应力开裂性能,抗低温、抗老化、耐腐蚀性能,以及较大的使用温度范围(-60--+60)和较长的使用寿命 (50年)。HDPE土工膜全称“高密度聚乙烯土工膜”,具有优良的耐环境应力开裂性能,抗低温、抗老化、耐腐蚀性能,以及较大的使用温度范围(-60--+60)和较长的使用寿命50年,广泛使用在生活垃圾填埋场防渗,固废填埋防渗,污水处理厂防渗,人工湖防渗,尾矿处理等防渗工程。

灌浆防渗在牟汶河截潜工程中取得成功,总结可得出以下几点体会:

(1)高喷灌浆属于地下隐蔽工程,对施工参数必须严格控制才能保证施工质量。其中,高喷管的提升速度、高压水的压力、水泥浆液的比重、回浆量等是高喷施工控制的关键。

(2)控制好高喷管的提升速度及充分利用回浆是节约水泥消耗量的关键,在砾石层、卵石层中,由于地层的渗透性强,高喷管的提升速度不能太快,一般为7~12cm/s,在没有回浆的地段要停止提升直到有回浆出现。

(3)钻孔是影响高喷灌浆施工进度的关键,尤其是在砂卵石层中钻孔,进尺较慢,钻孔护壁难度较大,容易出现塌孔。可考虑使用冲击回转钻进方法提高造孔速度,采用泥粉或纯粘土浓浆进行钻孔护壁。

(4)大量的工程实践证明高压喷射灌浆是处理砂卵石层渗漏的最有效方法,施工速度较快,具有较好的可灌性、可控性,施工质量可靠,比较经济,值得在砂卵石层防渗工程中大力推广。

作者简介: 徐景起(1974-),男,大学,工程师,主要从事水利工程建设和管理工作。

作者单位: 徐景起 (山东省莱芜市雪野水库管理处,山东,莱芜,271115 )

高肇太 (山东省莱芜市雪野水库管理处,山东,莱芜,271115 )

孙丽霞 (山东省莱芜市雪野水库管理处,山东,莱芜,271115 )

许玲 (山东省莱芜市雪野水库管理处,山东,莱芜,271115 )


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