单管高压喷射灌浆方法在大盈江河流治理工程应用中的初步探索

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　　摘要：本文主要根据大盈江河流治理工程的概况，提出了单管高压喷射灌浆方法，并对施工工艺、技术要求及各项参数指标的选用、检验情况及施工中存在的问题及改进措施进行了分析。最后谈了自己的几点体会。
　　关键词：单管高压喷射灌浆；施工工艺；参数指标；检验试验
　　一 工程概况
　　大盈江，在梁河县境内长26公里，有28条文流汇入，汇入径流面积562．8平方公里。大盈梁河坝区段长16．8公里，平均比降为3．2％o，共有19条大小支流汇入，这些支流泥石流发育，且多为稀性泥石流，一遇暴雨，造成洪灾，严重威胁着梁河坝区沿江两岸农田及城镇居民生命财产安全。
　　以往本地传统的河流治理方法中，对堤岸防护治理的方法是用中8的钢筋将30～50kZ的石块串成一束，俗称串石，沿堤岸放入水中，保堤岸不受洪灾的冲刷，以达到防洪护堤的作用，多年来，对大盈江河流治理起到了一定的作用，这种方优点是简单易行，且所用材料可以就地取用，但是，在多年的实践中，这种方法应用在受江水冲蚀淘刷严重的地段，每年洪灾过后，均会有不同程度的毁坏，堤岸被冲之变形，需要在枯季时进行串石的加固，使堤岸的稳定和安全受到很大影响，对此，为了更好地稳固堤岸，提高河道的防洪能力，由德宏州水利水电勘察设计院提出用单管高压喷射灌浆方法对大盈江堤岸基础进行处理。
　　堤岸防护工程是整个梁河县大盈江河流治理工程中的重要部分，主要是针对堤岸受江水冲蚀淘刷极严重的地段，单管高压喷射灌浆设计由德宏州水利水电勘察设计院提出，但由于单管高压喷射灌浆方法在河流治工程中应用较少，多用于房屋建筑地基，港口码头护岸，机场沧道，矿山巷道及竖井工程，交通桥梁涵洞基础等。所以，在正式实施前，首先在拟定治理工程范围内选定一场地作试验，试验的目的是通过试验明确单管喷射灌浆方法在梁河县大盈江河流治理堤防护岸基础加固处理的可行性和适宜性。该方法的优点是：①适用范围较广；②施工简便；③固结体形状可以控制；④既可以垂直喷射亦可以倾斜和水平喷射；⑤有较好的耐久性；⑥料源广•阔，价格低廉；⑦浆液集中，流失量较少；⑧设备简单，管理方便；⑨安全生产；⑩无公害。(单管旋喷法施工工艺流程见图一)
　　
　　
　　(a)钻机就位钻孔；(b)钻孔至设计标高；(c)旋喷开始；
　　(d)边旋喷边提升；(e)旋喷结束成性；
　　1一钻孔机械；2一超高压脉冲泵；3一高压胶管
　　本次试验的任务是：
　　1、按850mm、750mm的不同孔距布设旋喷孔，形成围井以确定其成孔直径能否满足不低于900mm的基本要求．
　　2、通过试验验证900mm孔间距的合同性。同时选定合理的喷射压力、流量、提升速度、喷嘴大小、转速、水泥耗量、水灰比等施工参数。使成桩凝结体的各项指标达到设计要求。
　　3、通过成桩扣在桩身竖向施工检查孔取芯，以检查桩身的完整性、连续性。并对不同层位的高压旋喷凝结体进行抗压、抗剪、抗折、弹模、泊松比等室内试验。要求单轴抗压强度不低于11.0MPa；抗剪断强度(门不低于0．63。
　　4、围井形成后应满足开挖要求，使桩体成墙效果直观明了，其桩与桩之间搭接厚度不小于400mm。
　　5、通过试验，确定成桩水泥类型的选择。
　　试验的具体要求：
　　1、分别按850mm、750mm高压喷射桩间距进行两个围井布设，编号为1#、2#围井，每个围井边桩16棵、封底桩间距800mm。(见图二、三)．
　　2、本次高压喷射试验以成柱效果为主，要求成桩直径不低于900mm．
　　 3、试验后，成桩之间搭接厚度不小于400mm。
　　
　　
　　梁河县大盈洪高压旋喷试验2#围井旋喷桩(孔)平面布置图(单位mm)
　　本次工程位于梁河县大盈江上河西大桥下游右岸沙沟凹地段，有便道与县城梁河县相通，交通便利，施工队于2001年11月1日进场，至2001年12月3日完成全部试验工作．完成高压喷射围井2个，高压喷射桩的65棵，进尺322．5m，耗水泥80T，检查取芯进尺28m，取不同层位的高喷凝结体7组，送省水电设计研究院进行室内强度试验．
　　二 单管高压喷射灌浆方法简介
　　所谓单管高压喷射灌浆方法，就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后，用高压设名，使浆液成为高压浆液流从喷嘴中喷射出出来，冲击破坏土体。当能量大，速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土粒使从土体剥落下来，一部分细小的土粒随着浆液旰出地表，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌搅合，瘩按一定的浆土比便和质量大小有规律的重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。该方法对地基的加固作用有：
　　 1、高压喷射流切割破坏土体作用
　　喷射动压以、脉冲形式冲击土体，经水流的冲击力，空穴现象、水楔效应、挤压力、气流搅动等破坏作用，使土体结构破坏出现空间。
　　2、混合搅拌作用
　　钻杆在旋转和提升的过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒与喷嘴移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。
　　3、置换作用
　　高压射流在切割土体的同时，把一部分切割下的土体排出灌浆孔，土粒排出后所剩下的体积由灌入的水泥补充进去．
　　 4、充填渗透固结作用
　　高压浆液充填冲开的和原有土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。如在大砾石中，喷射流因砾石的体大量重，不能将其切割和使其重新排列，喷射流只能通过空隙，使空隙被浆液充填．又由于喷射压力可使浆液向四周挤压，其加固的机理类似渗透灌浆．
　　 5、压密作用
　　高压喷射流在切割破坏土体的过程中，在破坏带边缘政治家剩余压力，这种压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩边缘部分的抗压强度高于中心部分。
　　
　　三施工工艺、技术要求及各项参数指标的选用
　　 (一)施工工艺
　　根据试验目的、任务、结合场地的实际情况，单桩成桩采用如下工艺进行施工：
　　
　　
　　施工选用设备：HT―150B旋喷钻机二台、BWT30／So高压注浆泵一台套，1. 0m3制浆机一套。
　　材料选用德宏州盈江县．芒桑水泥厂生产的32．5MPa普通硅酸盐水泥，水泥进场时，对水泥性能进行了试验，保证使用材料的合格。
　　 (二)技术要求
　　1、旋喷前要检查高压设备和管路系统，注浆管及喷内不得有任何杂物。注浆要接头的密封圈必须良好。
　　2、旋喷机移至孔位时，孔位偏差不得大于50mm，保证天车、立轴和孔位三点一线，并在施工中，随时对孔位、立轴、钻机水平进行校正，以保证钻孔垂直度，使成孔后的偏斜率不大于1．5％．
　　3、一般钻孔、成孔与插管两道工序合二为一，即钻孔完毕，插管作业即完成。若遇较大块石及卵石时，采用钻机带钻具下套管成孔后。再换上喷头及喷射管插入预定孔深，并起拔套管，插管过程中为防止泥砂堵塞喷嘴，采用边钻边插管的方法。
　　4、选用搅拌机的性能和搅拌能力保证浆液拌制均匀，与浆液类型和需浆量相适应。水泥浆自制备至用完不能超过1R。
　　5、储浆桶满足连续供给高喷泵浆液的需要，灌浆过程中，严格进行二级浆液过滤，防止喷嘴在喷射作业堵塞。
　　6、喷射灌浆完毕后，将注浆―管提至地面，对整个注浆系统进行清洗．并用清水在地面喷射，以便把泵体、管内的浆液全面排出，清洗压力为10MPa．

　　7、移动钻机至新的孔位上，并人工回填因浆液析水后而在顶部出现的凹陷，深度一般为0．15～4．25m。
　　8、喷射过程中，值班记录人员，要进行详细的钻孔参数，喷射作业参数的记录。
　　 (三)各项参数指标的选用
　　按照试验要求，根据梁河县大盈江的实际情况及拟定工程区的地层，结合以往护岸高压喷射灌浆的经验，试验时按以下参数进行搭配实施：
　　1、泵压：25-30MPa；．
　　2、泵量：50～60L／min；
　　3、喷射转速：15--,20r／rain；
　　4、喷嘴直径：φ2．2mm、φ2．0mm；
　　5、提升速度：10―15cm／min；
　　6、水灰比：1：25：1、1：1；
　　四、检验情况
　　(一)围井开挖情况
　　在围井形成两天，凝结体终凝后，对1#、2#围井进行开挖。结果：两个围井旋喷桩均连接成墙，可以正常开挖，进行直观分析。见开挖效果照片1、
　　
　　
　　1#围井上部卵砾石含量较多(图五，照片1)，成桩良好，孔距850mm、750mm均塔接，且搭接厚度均在400mm以上。
　　2#围井见图6照片2，成桩良好，孔距850mm、750mm均塔接，且塔接厚度均在400mm以上。
　　两个开挖围井，通过现场锤击试，桩体凝结体强度较高，可满足设计凝结体强度的要求。
　　 (二)试验过程参数控制与成桩桩的关系比较
　　各桩喷射参数与开挖情况检查见表一(4。1、4-2、4-3、4-4)。
　　
　　
　　 1#围井(表4-l、4-2)，凝结体强度高―较高，成桩直径在950～1050mm之间。
　　2#围井(表4-3、4-4)，凝结体强度高―较高，成桩直径在950-1100mm，之间。
　　(三)检查孔取芯试验
　　围井开挖结束后，分别在1#围井取样三组，2#围井取样四组，样品组号为1-1-1、1-1-12、1-1-8，2-1-3；2-1-9、-2-1-11、2-1-14。取样过程中采用金钢石钻具进行施工，钻速均匀，岩芯完整，样品强度直观较高。钻孔中返水正常，并在孔内进行注水试验，水量无消耗，说明旋喷凝结体胶结密实，防渗效果好。
　　样品送往省水电设研究院进行室内强度试验，受切割试样的限制，卵石层的样品无法切块，且强度高于砂层、粗砂层、砂砾层，故对所取样品进行分类试验，且样品以中、低强度试样为为。即：
　　砂砾及粗砂样品：1-1-8、1-1-12、2-1-9、2-1-3
　　粉细砂样品：2-1-11 、2-1-14
　　淤泥质土样品：1-1-1
　　其试验成果强度指标见下表：（表二）
　　
　　
　　由上表可见，在试验区的主要地层砾砂、粗砂、粉细砂及卵石层中，主要强度指标均远大于设计要求值，即单轴抗压强度大于11．0Mpa，抗剪断强度(f)大于0.63。
　　五、施工孔间距，各项参数的确定
　　通过上一章表明，试验中的两个围井，其孔间距850mm、750mm的成桩，之间的搭接均良好，开挖检查表明，桩之间的搭接厚度均大于400mm，其单桩直径平均为950～1000mm之间，对设计提出的成桩直径不低于900mm的要求，完全可以满足，且由此验证桩间距为900mm的合理性，建议在生产性高压喷射灌浆过程中选用桩间距900mm。其强度指标推荐为：单轴抗压强度不小于11．0MPa，抗剪断强度(f)不小于0．63。
　　高喷作业参数确定如下：
　　1、泵压：26-30MPa；
　　2、泵量：50--60L／min；
　　3、喷射转速：15-20r／rain；
　　4、喷嘴直径：φ2．2mm；
　　5、提升速度：10-15cm／min；
　　6、水灰比：1：25：1。
　　材料选用盈江甚芒桑水泥厂生产的32．5Mpa普通硅酸盐水泥，完全可以满足要求。
　　 六、存在的问题及改进措施
　　 (一)由于高压喷射灌浆方法用于河流治理工程还很少，施工中，对各种喷射作业参数控制尤为重要，要不断进行经验积累。
　　 (二)在遇有块石、漂石的地层中成孔，工效低，应采取相应措施。
　　(三)由于该方法中高压泵的动力是90KW的调速电动机，对于电力紧张的地方，受到一定限制，建议对高压泵的动力作一定的改进，使之适应性更广。
　　 (四) 目前，正在大盈江梁河段河流治理工程中大力推广高压喷射灌浆方法，有待于在实践中，积累经验，进一步优化。
　　七、几点体会
　　鉴于本次试验对其结果的检查验证，主要以开挖围井作直观上的检查及钻孔取样作物理力勃试验进行评价，从效果看是成功的，说明单管高压喷射灌浆方法，用于梁河县大盈江河流治理工程，是可行、适宜的。
　　试验是一面探索、一面进行，原始数据的准确尤为重要，在设计人员、施工人员的共同努力和密切配合下，使本次试验得以圆满成功，并印证了高压喷射灌浆方法在诃流治理工程的应用，效果是好的。
　　对堤岸基础的治理，完全可以应用单管高压喷射灌浆法，特别是冲蚀淘刷极严重的地段．
　　单管高压喷射灌浆方法，所用设备简单、操作性好，工效高，便于计算机监控管理。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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