施工工艺讲义

11高压喷射注浆法1.1简介高压喷射注浆法是60年代后期创始于日本，它是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度渐渐向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个固结体。1.2适应性及局限性高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。当土中含有较多的大粒径石块、大量植物根茎或有较高的有机质时，以及地下水流速过大和已涌水的工程，应根据现场试验结果确定其适用性。1.3高压喷射注浆法的特征及工程应用范围(一)高压喷射注浆法的特征1.适用范围较广。由于固结体的质量明显提高，它既可用于新建工程也可用于竣工后的托换工程。2.施工简便。只需在土层中钻一个孔径为110mm左右的小孔，便可在土中喷射成直径为较大的固结体，因而在施工时能贴近已有建筑物，成型灵活。23.可控制固结体形状。在施工中可调整旋喷速度和提升速度，增减喷射压力或更换喷嘴孔径改变流量，使固结体形成工程设计所需要的形状。4.可垂直，倾斜和水平喷射。通常在地面上进行垂直喷射注浆，但在隧道，矿山井巷工程地下铁道等建设中，亦可采用倾斜和水平喷射注浆。5.耐久性较好。6.料源广阔。浆液以水泥为主体。在地下水流速快或含有腐蚀性元素，土的含水量大或固结体强度要求高的情况下，则可在水泥中捶人适量的外加剂，以达到速凝，高强，抗冻，耐蚀和浆液不沉淀等效果。(二)高压喷射注浆法的工程应用范围1.增加地基强度。⑴提高地基承载力，整治已有建筑物沉降和不均匀沉降的托换工程;⑵减少建筑物沉降，加固持力层或软弱下卧层;⑶加强盾构法和顶管法的后座，形成反力后座基础。2.挡土围堰及地下工程建设。⑴保护邻近建，构筑物;⑵保护地下工程建设;⑶防止基坑底部隆起。3.增大土的摩擦力和黏聚力。⑴防止小型坍方滑坡;⑵锚固基础。4.减少振动，防止液化。⑴减少设备基础振动;⑵防止砂土地基液化。5.降低土的含水量。⑴整治路基翻浆冒泥;⑵防止地基冻隆。6.防渗帷幕。⑴河堤水池的防漏及坝基防渗;⑵帷幕井筒;⑶防止盾构和地下管道漏水漏气;⑷地下连续墙补缺;⑸防止涌砂冒水。31.4高喷的分类根据固结体的形状和喷射流移动方向一般分为旋转喷射(简称旋喷)，定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)三种型式。1.旋喷旋喷法施工时，喷嘴一面喷射一面旋转并提升，固结体呈圆柱状。主要用于加固地基，提高地基土的抗剪强度，改善土的变形性质，也可组成闭合的帷幕，用于截阻地下水流和治理流砂。2.定喷定喷法施工时，喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方向固定不变，固结体形如板状或壁状。3.摆喷摆喷法施工时喷嘴一面喷射一面提升，喷射的方向呈较小角度来回摇动，固结体形如较厚的墙板状。定喷及摆喷两种方法通常用于基坑防渗，改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程。根据高喷施工的工艺当前可分为：单管法，双管法，三管法和多重管法四种方法。1.单管法单管旋喷注浆法是利用钻机把安装在注浆管(单管)底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20Mpa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经一定时间凝固，便在土中形成圆柱状的固结体。42.双管法使用双通道的双注浆管。当双注浆管钻进到土层的预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出20Mpa左右压力时浆液，从内喷嘴中高速喷出，并用0.7Mpa左右压力把压缩空气，从内喷嘴中高速喷出。在高压浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体的能量显著增大，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，最后在土中形成圆柱状固结体。3.三管法使用分别输送水、气、浆三种介质的三注浆管。在以高压泵等高压发生装置产生20MPa左右的高压水喷射流的周围，环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流，进行高压水喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再另由泥浆泵注入压力为0.2～1.0MPa的浆液填充，喷嘴作旋转和提升动，最后便在土中凝固为直径较大的圆柱状固结体。4.多重管法这种方法首先需要在地面钻—个导孔，然后置人多重管，用逐渐向下运动的旋转超高压力水射流(压力约40MPa)，切削破坏四周的土体，经高压水冲击下来的土和石成为泥浆后，立即用真空泵从多重管中抽出。如此反复地冲和抽，便在地层中形成一个较大的空间。装在喷嘴附近的超声波传感器及时测出空间的直径和形状，最后根据工程要求选用浆液，砂浆，砾石等材料进行填充，于是在地层中形成一个大直径的柱状固结体，在砂性土中最大可达4m。51.5高喷墙的结构形式及适用条件1.5.1结构形式高喷可采用旋喷、摆喷、定喷三种形式，每种形式可采用三管法、双管法和单管法，高喷墙的结构形式可采用以下方式：（1）旋喷套接（2）旋喷摆喷（3）摆喷对接或折接（4）定喷折接61.5.2适用条件（1）定喷和小角度摆喷适用于粉土和砂土地层，大角度摆喷和旋喷适用于1.2所述地层。（2）承受水头较小的或历时较短的高喷墙，可采用摆喷折接或对接、定喷折接形式。（3）在卵（砾）石层中，深度小于20m时，可采用摆喷对接或折接形式，对接摆角不宜小于60度，折接摆角不宜小于30度，深度20-30m时，可采用单排或双排旋喷套接、旋摆搭接形式，深度大于30m时，宜采用两排或者三排旋喷套接形式。1.6施工工艺1.6.1施工工艺流程水泥制浆回浆钻机就位造孔施工测孔斜终孔验收高喷机就位高喷机下喷杆摆（旋）喷灌浆成墙成墙验收泥浆制备回浆处理泥浆回收弃渣弃浆高喷机静压灌浆高喷机71.6.2造孔⑴钻孔施工机具机具可采用回转钻进、冲击钻进、冲击回转钻进、振动、射水钻进等方式成孔，钻孔孔径应大于喷射管外径20mm以上。⑵造孔方法造孔工艺可采用清水钻进或者泥浆固壁的方式，钻进一次成孔。为确定地层情况，先导孔取芯，描述岩芯、绘制地质剖面图。先导孔间距可为30m左右，深度大于高喷墙设计深度0.3m。⑶孔位偏差保证孔位偏差≤5cm。⑷孔斜孔深不超过30m时，保证成孔偏斜率不大于1%。1.6.3高喷灌浆造孔完毕后，即可将高喷机就位，调整摆喷轴线及角度使之与设计值一致，并在地面进行试喷，检查水、气管是否畅通。然后下入喷管，当高压喷管插入预定深度时，按以下步骤进行操作：⑴向孔内注入符合要求的水泥浆、高压水和气。按设计转速原地旋转高压喷管。待泵压和风压升至设计规定值并孔口返浆时，按设计的提升速度提升高压喷杆，进行自下而上的高喷灌浆作业。⑵静压灌浆8当高喷灌浆到设计墙顶高程后，利用回浆或者水泥浆及时回灌，直至浆面不再下沉为止。1.6.4质量检查质量包括施工过程的检查，以及防渗性能的检查，防渗性能的检查手段有开挖、围井、钻孔取芯等。1.7施工中注意的问题（1）单元、分部工程的划分（2）先导孔取芯及描述（3）施工参数的选择（4）验证性试验（5）孔内严重漏浆的处理（6）复喷长度的确定（7）质量检查1.8施工实例西夏水库于2008年8月开工建设，于2009年3月主体工程基本完成。并于3月7日开始蓄水，水库蓄水后渗漏严重，特别是水库东北角的农田及村落，已出现了浸没影响的趋势，当地群众反映强烈。为避免水库坝后地下水位抬升引起次生盐渍化灾害，同时也为了控制水库的渗漏，我单位在5段渗漏较为严重的坝段做高喷处理。91.8.1工程地质情况（1）角砾石层：层厚1-1.6m，密实，主要成分以石英岩、灰岩、白云岩等为主，最大粒径4cm，最小粒径0.5cm，约占70%～80%，充填物以壤土为主。（2）回填压实的壤土（截渗槽）：层厚1-6m，密实，硬塑，砾石含量约占5%～10%左右，最大粒径2cm，最小粒径0.5cm。（3）角砾：杂色，中密-密实，主要成分以石英岩、灰岩、白云岩为主，最大粒径3cm，最小粒径0.5cm。（4）细沙：灰黄色，稍湿，中密，主要成分以石英、长石为主，砂质较纯。1.8.2施工中问题（1）单元、分部工程的划分本工程共划分成5个分部：每一个施工段为1个分部。共计25个单元，1202个高喷灌浆孔。单元的划分直接影响到检查孔数量及质量评定，规范要求的划分标准为每单元不宜大于1000m2。（2）先导孔取芯及描述先导孔顾名思义，在高喷中起到先导的作用，只要目的为了摸清施工区地质条件，为后续施工提供准确的参数选择基础。（3）验证性试验及施工参数的选择10（4）孔内严重漏浆的处理（5）复喷长度的确定（6）质量检查围井：3-5个单元布置一个围井，砂土、粉土层不小于3m2，砾石卵（碎）石地层不小于4.5m2.112防渗墙2.1简介混凝土防渗墙是在松散透水地基或土石坝（堰）坝体中以泥浆固壁连续造孔，在泥浆下浇筑混凝土或回填其它防渗材料筑成的，起防渗作用的地下连续墙。它是20世纪50年代，起源于意大利。水利水电工程防渗墙的厚度一般只有30cm～150㎝，与大坝相比十分单薄。但由于它深埋于地基中，水平荷载主要由墙后地基承担，相当于弹性地基上的薄板，所以降低墙体材料的弹性模量与强度的比值，有利于改善墙体的应力状态。坝基和坝体防渗墙虽然也属于地下连续墙的范畴，但其工作条件与一般起承重、挡土作用的地下连续墙是不同的，故对墙体材料的要求也不同。防渗墙的底部一般要求嵌入基岩或不透水层中一定深度（0.5m～1.0m），其顶部则需要与坝体防渗设施连接。2.2特点与其它防渗型式相比较，混凝土防渗墙有如下特点：(1)墙体的结构尺寸（厚度、深度）、墙体材料的渗透性能和力学性能可根据工程要求和地层条件进行设计和控制。(2)施工方法成熟，检测手段简单直观，工程质量可靠。12(3)几乎可适应于各种地质条件，从松软的淤泥到密实的砂卵石、甚至漂石和岩层中，虽然施工有难易之分，但以目前的技术都可建成防渗墙。(4)用途广泛，既可防水、防渗，又可挡土、承重；既可用于大型深基础工程，也可用于小型的基础工程；既可作为临时建筑物，也可作为永久建筑物。(5)一般说来，混凝土防渗墙施工要借助于大型的施工机械并在泥浆固壁的条件下进行，工艺环节较多；因此，要求有较高的技术能力、管理水平和丰富的施工经验。(6)与其它防渗措施相比，混凝土防渗墙耐久性较好，防渗效率较高。2.3混凝土防渗墙的类型水工混凝土防渗墙的类型可按墙体结构形式、墙体材料、布置方式和成槽方法分类。(1)按墙体结构形式分：可分为桩柱型防渗墙、槽孔型防渗墙和混合型防渗墙三类。槽孔型防渗墙使用更为广泛。(2)按墙体材料分：主要有普通混凝土防渗墙、钢筋混凝土防渗墙、粘土混凝土防渗墙、塑性混凝土防渗墙和灰浆防渗墙。(3)按布置方式分：可分为嵌固式防渗墙、悬挂式防渗墙和组合式防渗墙。13(4)按成槽方法分：主要有钻挖成槽防渗墙、射水成槽防渗墙、链斗成槽防渗墙和锯槽防渗墙。2.4施工2.4.1混凝土防渗墙的施工程序不同型式的防渗墙的施工程序不尽相同。槽孔型混凝土防渗墙的主要施工程序如图。水电及交通准备场地平整加固构筑导墙与施工平台安装挖槽机械一期槽孔建造终孔验收清孔换浆清孔验收拔出接头管或钻凿接头孔二期槽孔施工浇筑混凝土混凝土搅拌运输安设混凝土搅拌运输系统储备水泥砂石下设接头管、钢筋笼、观测仪器、灌浆管、浇筑导管等观测仪器装备准备钢筋笼加工钢筋场平整泥浆回收净化废浆渣土排弃清孔泥浆造孔泥浆制浆安设泥浆系统槽孔型混凝土防渗墙的施工程序14主要程序为：造孔、清孔换浆、终孔与清孔验收、浇筑泥浆下混凝土、全墙质量检查与验收、处理与坝内防渗体的连接。造孔使用冲击式、回转式、钻铣式钻机或液压抓斗、刮斗等。造孔作业累计耗用工时约占防渗墙总工期的60％以上，因此造孔机械的选型是缩短防渗墙总工期的关键之一。同时选用膨润土或优质粘土制成泥浆用以固壁、悬浮和携带岩屑、冷却和润滑钻头。泥浆的质量也直接影响造孔的进度、质量与安全。清孔换浆是将孔内含有大量砂粒与岩屑的泥浆更换成质量合格的泥浆，还要把孔两端已浇混凝土表面附着的岩屑和泥皮刷洗干净，以保证墙体混凝土、相邻两墙段的竖直接缝、墙底与基岩接触带的质量。清孔换浆常