高喷施工技术及质量、安全保证措施

高喷施工技术及质量、安全保证措施张建平2013.10第2版(2015)主要广泛应用于水工建筑物的防渗工程。一、高喷的由来高压旋喷桩施工技术是利用射流作用切割、掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或复合浆形成凝结体，借以达到加固地基和防渗止水的目的。（1）高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动压以脉冲形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。（2）混合搅拌作用。钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着与喷咀移动方向相反的方向（即阻力小的方向）移动位置，与浆液搅拌混合形成新的结构。（3）升扬置换作用。高速水射流(3管法)或水泥浆(2管法)切割土体的同时，由于通入压缩气体而把一部分切下的土粒排出地上，土粒排出后所留空隙由水泥浆液补充，形成墙体。（4）充填、渗透固结作用。高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土粒的空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成固结体。（5）压密作用。高压喷射流在切割破碎土层过程中，在破碎部位边缘还有剩余压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。二、高喷的成桩机理一些薄弱地层的远处可看到喷泉现象，就是高压喷射流冲击的效果反映（1）受土层、土的粒度、土的密度、硬化剂粘性、硬化剂硬化时间影响小，可广泛应用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉质粘土、（亚粘土）、粉土（亚砂土）、砂土及人工填土中的素填土甚至碎石土等多种土层。（2）可作为既有建筑和新建建筑的地基加固之用，也可作为基础防渗之用；可作为施工中的临时措施（如深基坑侧壁挡土或挡水、防水帷幕等），也可作为永久建筑物的地基加固、防渗处理。（3）当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性、地下水流速过大和已涌水的地基工程时，宜通过试验确定其适用性。对含有较多漂石、块石的地层，宜通过试验确定其适用性。三、高喷适用范围当地层结构为密实（老）粘土、漂（卵）石粒径超过120mm、含量超过30%，就比较难切割，应采用旋喷的形式。三、高喷适用范围（特殊地层）在卵砾石粒径过大（粒径＞120mm的卵石、碎石、砾石）的土层中进行高压旋（摆）喷时，无法切割这些卵砾颗粒或者使其移动和重新排列并与浆液进行搅拌；喷射流只能通过其空隙、充满周围的空隙，但水泥浆液存在流失问题(尤其在动水情况下)，且水泥浆固结后，会收缩；还存在空隙，尤其是在卵石问隙较大的时候，更达不到防渗效果要求。四、高喷的三种形式实际上单纯的定喷是很少见的。即使设计为定喷，施工时实际操作也会有一定的摆角而为摆喷。Ⅰ序孔墙体最厚处约70cm，Ⅱ序孔墙体最厚处约40cm；Ⅰ、Ⅱ序孔最薄处在13~14.5cm之间Ⅱ序孔墙体喷射长度为65cm五、高喷施工5.1应用规范：返浆一般不回收。5.2施工程序5.3高喷设备高喷设备高喷设备高喷设备高喷设备高压线下桩机改型高喷设备——喷管的细部结构(A)高喷设备——喷管的细部结构(B)5.4施工方法（1）造孔a.造孔设备（钻机）。常采用液压回转式钻机配直径φ150mm的合金钻头造孔，泥浆固壁。b.适用于在粘土层、砂层及砂卵石层中钻进的XY-2型液压回转式钻机。c.造孔质量控制点——垂直度当钻机就位后，钻杆对准设计孔位，用罗盘仪或水平尺校准机身水平，垫稳、垫平机座和机架，开孔时严格将孔位偏差控制在5mm以内。为保证钻孔偏斜率不大于1/100的精度要求，一般使用较长的钻具（2m以上），并视钻进情况随时用KXP-1型测斜仪检测孔斜*，以便及时纠偏。造孔过程中，遇孔内异常现象如掉钻、卡钻、失浆等，及时采取相应的措施处理，并做好记录。各孔以设计孔深为施工参考值，以钻入基岩内(或不透水层)为实际终孔深度。造孔结束后，经检测孔斜合格者，注入高固相固壁泥浆*，以防塌孔而影响喷浆管顺利下入孔内，对孔斜不合格者采取纠偏处理直至合格为止。d.采取合理可行的防斜、纠偏措施：选用较大型的钻机：XY-2型，一般使用较长的钻具(2m以上)，调平钻机：钻机必须放置平稳特别是初始钻进（钻进10～20cm）时，须反复用水平尺、铅锤吊线等调平钻机。合理的钻进速度：在碎石土及粉土层中钻机时，钻进效率较高，平均可达2m/min的钻机速度；钻机至平台以下6m~8m层段，局部遇到大粒径块石，钻机速度下降，钻进速度约为0.3m/min，由此断定，钻孔时因根据不同地层地质条件，给予适当的给进压力，不能盲目追求进尺。钻机必须放置平稳。初始钻进（钻进10～20cm）时，须反复用水平尺调平钻机。（2）水泥浆制备a.首先将水加入桶中，再将P·O32.5的普硅水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌1.0～2.0分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，通过第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。b.水泥浆制备质量控制点——浆液密度高喷灌浆浆液的水灰比可为1.5:1～0.6:1(即密度约1.5g/cm3～1.7g/cm3).经验表明：地下防渗体须用水泥约≥500kg/m（达到水利概算定额的卵石地层需要的水泥用量,灌浆量水泥用量）。婆梅氏比重计泥浆比重计c.水泥浆制备质量控制点——浆液密度（3）高喷台车就位、地面调试、定向、插管a.钻机钻孔后，拔出钻杆。b.（二重管法、三重管法）高喷台车就位、多次调平；c.就位后，连接好地面上的水、气、浆管，调准喷射方向和摆动角度，然后开机试喷，以检验系统和各项指标是否满足要求。d.再插入旋喷管(φ89mm的三重喷射管)。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力（0.5～1.0MPa）边下管边射水或为防止下管时泥浆倒灌堵塞喷嘴，下管前用胶布将其包住，然后缓慢插入孔内，直至达到孔底。（4）开喷a.喷浆管下沉到达设计深度后，旋转（或摆动）不停，高压清水泵（或高压浆液）的压力增到施工设计值（35～40MPa）、泥浆泵(三管法灌浆正常工作压力为0.1～0.3MPa)、空压机和钻机进行旋转（或摆动），并用仪表控制压力、流量和风量(气压力控制在0.5～0.8MPa)，坐底喷浆30s后，分别达到预定数值时开始提升，边喷浆，边旋转（或摆动），同时严格按照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆。直至达到预期的加固高程后停止。依靠压力切割土层b.高压清水泵压力、送浆泵压力流量、空压机压力流量、提升速度等参数的控制：项目三管法备注水压力(MPa)35～40流量(L/min)≧75喷嘴孔径（mm)Φ1.7～Φ2空气压力(MPa)0.6～0.8流量(m3/min)0.8～1.2浆液压力(MPa)0.2～1.0浆液密度1.5～1.7g/cm3流量(L/min)60～80喷嘴孔径（mm)6-10孔距（m)1.3～1.5摆喷，孔径Φ130mm浆液比重(g/cm3)≧1.5旋转速度(r/min)6～10摆速6～10单程次/min提升速度(m/min)0.06～0.16注浆管外径Φ75～Φ905.5喷射的质量控制点①调准喷射方向和摆动角度：摆喷施工下喷射管前，应进行地面试喷并调准喷射方向和摆动角度。②地面上校准喷射方向③喷射方向和摆动角度误差过大严重影响成桩质量：④喷射压力压力过小，射流切割地层的能力减弱，切割掺搅地层的长度、范围就达不到设定值。以致于高喷墙不能有效搭接连成一体，和厚度有所欠缺。⑤喷射压力和方向、摆动角度对成桩质量的影响（效果图）：六、二管法与三管法工艺比较工艺方法高压清水高压水泥浆切割半径水泥浆用量其它三管法35~38MPa0.2-1MPa(不算高压)二管法因为喷射出的是水泥浆，其切割力要比喷射水流的切割力有力(动能大)，所以采用二管法，切割半径大水泥浆用量取决于水泥浆的流量、提升速度等；二管法采用的水泥浆流量大，浆液密度可稍低。二管法由于不再往地层内喷射水，所以加到地层内的水泥浆液不会被稀释，所以有利于水泥浆液的留存、凝固，不易被流动的地下水冲走。成本：二管法的水泥浆要多层次过滤、吸铁，喷嘴磨耗快等，工具成本大过三管法2管法35~38MPa七、每m水泥用量的计算和控制：①每m水泥用量=每m浆液用量(L/m)/（(1/γc)+水灰比）γc：水泥的比重（普硅水泥取3.1g/cm3）②每m浆液用量(L/m)=流量(L/min)×t(min)。③t(min)：与提升速度υ(cm/min)有关。①对喷浆t(min)时间内、提升h（cm)之间所消耗的水泥浆液进行实测。理论计算：实测：八、关键部件检查喷头：不合格的喷头、喷嘴、气嘴禁止使用(喷嘴磨损→压力下降→切割力下降)九、高喷围封不成功事例：十、质量检查和验收建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）十一、技术交底因地层的种类和密实度、地下水、地层颗粒的化学特性等因素的影响，在一定程度上影响灌浆效果。为了在复杂的众多影响因素下，取得较为理想的高喷效果，施工过程中根据出现的问题因地制宜，采取必要的施工措施保证施工质量。（1）制浆材料的称量误差不大于5%；（2）水泥浆搅拌时间，使用普通搅拌机应不少于90s；水泥浆自制备到用完的时间不应超过4h；（3）灌浆泵和输送管路上安装压力表，使用压力宜为压力表最大标值所谓1/3~1/4，压力表定期检查；（4）喷射前，要进行地面试喷，检查机械、管路运行情况，调准喷射方向和摆角；（5）下入喷射管时，要采取措施（如用胶带包封）防止喷嘴堵塞；（6）中途停顿后恢复施工，对中断孔段要进行复喷，复喷长度不小于0.5m；（7）高喷过程中出现突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常时，要查明原因，及时处理；（8）冒浆量过大将会影响到灌浆的质量及废浆较多，造成冒浆量过大的原因一般有喷射范围与灌浆不相适应，注浆量过大超过高喷固结所需的浆量所致。减少冒浆量的措施有三种：①提高喷射压力；②适当缩小喷嘴孔径；③加块提升和旋转速度；（9）在进浆正常时，如孔口回浆密度变小、回浆量增大，要降低气压并加大进浆液密度或进浆量；（10）准确记录高喷的各项参数，浆液材料用量、异常现象及处理情况。十二、安全控制高喷防渗板墙施工的设备中高压设备较多，因此，安全优为重要：（1）认真贯彻“安全第一、预防为主”的施工指导方针，建立安全保证体系。制定安全管理制度、安全检查制度及确定安全责任目标，明确了各人员的安全职责。（2）认真履行三级安全教育制度，对进场的配合人员进行安全教育及安全技术交底工作。施工人员进入施工现场，必须佩戴好安全帽。参与高空作业人员必须系好安全带。（3）注浆高压设备安全操作要求点：①施工现场的电器设备、机械设备要经常进行检查，严禁机电设备带“病”作业。使用前对高压泵必须认真地全面检查和彻底清洗，清除泵体内的残渣和铁屑，检查各密封部位，确保无泄漏现象；②对安全阀中的安全销要进行试压检查，确保在达到规定最高压力时，能断销卸压；绝不能轻易安装未经试压检验的自制安全销。③必须有专人司泵，保证在旋喷时能根据需要压力正确进行变挡。④灌浆泵和输送管路上安装压力表，使用压力宜为压力表最大标值所谓1/3~1/4，压力表定期检查；（4）旋喷注浆管安全操作要求点：①使用前必须检查螺纹完好程度，洗净管内积污。如管子弯曲应予校直；②钻杆接头丝扣应正常齿合，橡胶密封良好，接管时必须加尼龙纸，并扣紧。③喷射前，要进行地面试喷，检查机械、管路运行情况，调准喷射方向和摆角；④高喷过程中出现突降或骤增、孔口回浆密度或回浆量异常时，要查明原因及时处理；（4）钻机、空压机、泥浆泵、搅拌机的设备必须按照安全操作规程进行操作，严禁违章操作。（5）注意防患接头断开、软管破裂，将会导致浆液、高压水流飞散、软管甩出伤人等安全事故。（6）准确记录高喷的各项参数，异常现象及处理情况。（7）喷射浆自喷嘴喷出时，具有很高的能量，因此作业人员与喷嘴之间的距离不应小于60cm。（8）吊、放喷射管路时，严禁管下站人。（9）安全用电。不得将电缆浸泡在水和泥浆中，防止漏电伤人。十三、高喷工艺性试验1、试验目的通过灌浆试验，选择合理的高压喷射灌浆施工工艺参数和灌浆材料，了解防渗效果。根据设计要求验证灌浆孔深、孔距是否合理，确定灌浆压力等数据。2、设计指标摆喷固结体设计有效厚度不小于20cm。渗透系数不大