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水电站施工围堰高压喷射灌浆防渗技术(1)

发布时间:2011-03-14 | 发布人:中国防水企业网 | 点击次数:5873次

摘要:高压喷射灌浆是80年代在堤坝涵闸的防渗工程中发展起来的一项技术,随着施工技术的进步,该技术在水电站的施工围堰的防渗中应用也越来越普遍。高压喷射灌浆用于水电站围堰防渗,关键在于施工设备、施工参数的选择。

  关键词:围堰;高压喷射灌浆;喷射参数

  1前言

  水电站施工围堰是基坑开挖挡水的重要临时设施,对于大型水电站的施工围堰一般要进行防渗处理,以减少抽水量,并保持施工工作面的稳定。近几年随着水电站工程的展开,特别是在几个大型水电站应用的推动下,高压喷射灌浆作为水电站围堰防渗技术已日趋成熟。

  高压喷射灌浆技术,开始阶段只用于粉细砂地层,随着理论技术水平的提高、设备条件的改进、工艺方法的不断完善,这项技术已拓宽至极弱软淤泥及淤泥质地层加固和含大颗粒极不均匀砾卵漂石地层的防渗加固工程。它具有较好的防渗性能,施工简便、灵活,机具震动小,噪音低,拆除易,特别适用于水电站土石围堰这样的临时工程。

  2高压喷射灌浆机理

  高压喷射灌浆的机理是置换灌浆,即利用置于钻孔中的喷射管,通过高压水(浆)、气同轴喷射,在提升过程中,高压水(浆)、气射流使土体被冲切,经高压水(浆)、气的搅拌作用成为泥浆,同时由下而上灌注纯水泥浆或水泥砂浆,使泥浆被升扬置换到地面,形成渗透系数小,具有一定强度的凝结体,达到堰(坝)体防渗和提高地基承载力的作用。

  灌注浆液只在射流作用范围内扩散充填,有着较好的可灌性和可控性。高喷灌浆凝结体是多种因素综合作用的结果,工作条件和地层因素起主导作用。从理论和工程实践分析,高喷灌浆的作用机理主要有以下几个方面:

  2.1冲切掺搅作用

  当喷射流能量直接对土体产生冲切作用,造成土体结构破坏,并使浆液与被冲切下来的土体颗粒混合。

  2.2升扬置换作用

  射流在冲切过程中沿孔壁产生的升扬置换作用是指实行水气、浆气喷射时,压缩空气除了起保护射流束的作用外,能量释放过程产生的气泡能携带被冲切下来的土体颗粒沿孔隙内上升扬到孔口。这样,土体部分颗粒被升扬置换出地面。同时浆液灌入地层,使地层组成成分产生变化。

  2.3充填挤压作用

  射流束末端,能量衰减,虽不能冲切土体,但对土体产生挤压力,同时喷射结束后,静压灌浆作用仍在进行,对周围土体和浆液不断产生挤压作用,促使凝结体与周围土体结合更为紧密。

  2.4渗透凝结作用

  喷射灌浆过程中除在冲切范围内形成凝结体外,还可以向冲切范围外的土体产生浆液渗透作用,形成渗透凝结层,其厚度与地层的级配及渗透性有关。

  2.5位移袱裹作用

  试验表明,在射流冲切掺搅过程中,若遇大颗粒如卵漂石等,则随着自下而上的冲切掺搅,在冲击震动力作用下,大颗粒将产生位移,被浆液袱裹;浆液也可沿着大颗粒间孔隙周围直接产生袱裹凝结作用,亦即该法可用于卵漂石地层及堆石体的原理。

  3施工设备

  高压喷射灌浆有多种方法,目前在施工围堰防渗中多采用单管法、双管法和三管法。近年,高压泥浆泵性能的提高,新三管法得到了广泛的应用。

  所谓新三管法是以水、气、浆为介质喷射的工法,是在原三管法的基础上改低压注浆为高压射浆,形成双介质高压喷射的施工方法。新三管法的工艺特点是首先用高压水切割冲击原始地层,然后再用高压射浆对地层进行二次切割。同时由于浆嘴、水嘴间间距较大,水对浆的稀释作用大大减小。新三管法与原三管法相比,不仅增大了喷射半径,也提高了凝结体的结石率及强度。

  高压喷射灌浆施工设备是由多种设备联合组装的成套设备。主要设备见表1。

 

  3.1钻孔设备

  高压喷射灌浆中主要采用三种类型的钻机:地质回转钻机、改进型工程钻机、套管跟进钻机。

  由于国产回转钻机来源广,操作简单,在处理深度不大,地质条件不特别复杂的工程中回转钻机被广泛采用。根据我们的经验,钻机应不小于300型,并针对地质情况采用合金钻头、钢粒钻头、金刚石钻头。

  一般高压喷射灌浆施工深度不超过100m,且大部分地层属于松软地层或卵漂石地层,造孔直径不超过150mm,因此绝大多数国产地质钻机即可满足施工要求。在处理大粒径地层时,普通钻机效率低,较适用的钻孔方法是采用潜孔锤跟管钻进,它的功效比普通钻机可提高十几倍。

  3.2高压水泵

  高压水泵是产生高压水射流的装置。高压水射流切割掺搅地层,要求水喷嘴有较高的出口流速,因此这就要求选择压力尽可能高的高压泵。目前多采用3D2/S型高压柱塞泵,其额定排出压力为50或70MPa,流量75L燉min或50L燉min。

  3.3空压机

  空压机产生的压缩空气,用来在水射流周围形成环形气幕起保护水射流的作用,减缓水射流的压力衰减程度,以增加水射流的冲切能量,还能起到掺搅及升扬置换作用。工程中一般采用YV型活塞式普通空压机,其排气压力7~8kg燉cm2,空气排量3或6m3燉min。随着孔深的增加,对升扬置换能力的要求越来越高,1.5MPa空压机也已开始在工程中应用。如在三峡二期围堰试验工程中就采用了南京压缩机厂产的LW/6燉15型空压机。

  3.4搅浆机

  常用的搅浆机有强制式和水冲式两种类型,强制式搅浆机有卧式和立式两种。常