高压旋喷技术在穿黄导流围堰工程中的应用

2010-04-10 11:05蒋学武崔庆瑞
海河水利 2010年3期
关键词:分水围堰导流

蒋学武,崔庆瑞

(1.南水北调东线穿黄工程北区建管局,山东 聊城 252000;2.聊城市黄河河务局,山东 聊城 252000)

1 概述

1.1 工程概况

穿引黄渠埋涵及连接明渠工程长580 m。其中,穿引黄渠埋涵360 m、消力池30 m,为两孔有压箱型结构,埋涵单孔净断面尺寸为5 m×5 m、消力池为5 m×7.33 m,采用现浇钢筋混凝土结构;消力池与明渠相接的扭面段长50 m,断面由矩形渐变为梯形,底板采用现浇钢筋混凝土结构,两侧为浆砌石扭面挡墙;明渠段长 140 m,底宽 16 m,边坡 1∶3,梯形断面,采用预制混凝土板护砌。

1.2 与灌区干渠交叉

南水北调穿引黄渠埋涵在位山闸后110 m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,在西渠河道内修建月牙形临时导流围堰。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 导流方式和旋喷桩布置

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。首先,拆除设计开挖边线范围内的分水墙,修筑纵向围堰。其次,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。最后,在生产桥下游180 m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。围堰长103.2 m,顶宽 6.5 m,边坡 1∶1,顶高程 41.5 m(与分水墙平齐),底高程 37.8 m。

2.2 旋喷桩布置

东渠埋涵地基处拟设60 m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2.5 m,沿围堰轴线布置。桩径1 m,间距 1m,桩深 17 m,桩顶高程 41.5m,与位于开挖基面以下24~26 m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0.3 m、桩深6 m的浅层旋喷桩进行加固。

3 旋喷桩施工方案和质量控制

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。

高压旋喷桩施工方案如下: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34 MPa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。

3.2 施工工艺和参数选择

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127 mm,终孔深度17 m。

桩位与设计孔位的偏差≯50 mm;桩身垂直度偏差≯10%;桩径容许偏差≤50 mm。

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 34 MPa,气压 0.6 MPa;浆流量 70 L/min,气流量 1.5 L/min;提升速度 10 cm/min,转速 9 r/min。

3.3 施工质量控制和保证措施

3.3.1 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。

3.3.2 保证措施

严把工序管理关,对钻机、高压泵、配料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并详细记录地层变化、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1 m、深0.3 m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0.5 m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,发现异常现象立即停止提升,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0.5 m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。

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,防止孔内堵塞和高压管爆裂伤人。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 施工应注意问题及处理措施

(1)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,可以左右、前后移动台车,保持台车水平和钻杆竖直,以保证旋喷点位准确。

(2)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,实行动态管理。通过试验选择合理的参数和控制措施,可保证成桩质量。

5 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。实践证明,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。

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