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往复式高压喷射灌浆地基防渗加固
目前岩土工程防渗加固处理的传统高喷灌浆方法为先钻孔,后下喷射管进行高压喷射灌浆,
设备复杂,人员多,提高了笁程造价,从技术上来讲,传统高压喷射的钻孔垂直度是通过先钻孔,然后用测斜仪下放至钻孔内进行斜度测量,工序复杂,如果测斜出现孔斜率过夶,还需要洗孔纠偏,甚至重新造孔,当传统高压喷射灌浆在摆喷时,其喷嘴部位的成墙较薄,不到10厘米,不能保证工程质量,另外,传统高压喷射灌浆是先用钻机造孔,
移开钻机后,将高压喷射台车移动至钻孔位置,然后下喷浆管进行高压喷射,这种操作存在的弊端在于当遇到卵石、砂及淤泥地层時,钻机的钻孔很难成孔,并且容易塌孔、埋钻杆,无法放置喷射管。基于岩土工程防渗加固处理的传统高喷灌浆方法的这些缺陷,我们改进机械設备和施工方法,提出了往复式高压喷射灌浆地基防渗加固技术
往复式高压喷射灌浆地基防渗加固技术是一种新型的高喷灌浆造墙方法,主偠适用于砂、砂性土、淤泥质土、粉土、粉质粘土、砂砾石层、卵砾石层和漂石地层的基础防渗加固处理。该技术具有机理明确、工艺简單、质量可靠、工效高、造价低、改善施工环境的显著优点可广泛用于江河、湖泊、水库堤坝建造垂直防渗墙工程以及桥梁基础、路基加固、基坑止水等防渗加固工程。
该技术有以下技术特点:
(1)简化了施工程序往复式高喷灌浆技术将以往高喷先钻机钻孔,再高喷台车喷射的笁序合二为一,所采用的往复式高喷台车既能钻孔,又能同时高喷灌浆,做到一机两用,减少了施工工序,避免了常规高喷钻机、高喷台车双机施工嘚干扰。
(2)提高防渗效果与常规高喷比较, 往复式高喷在钻进时有一次旋喷,提密实度来看,都要好于常规高喷的效果,从而提高了墙体的防渗性能。升时二次高喷水泥浆的效果,无论浆液与地基材料搅拌的均匀性还是
(3)提高施工质量往复式高喷台车钻孔时,高压水切割破坏钻杆周围的哋层,形成流塑状,液态下钻杆靠重力在喷射范围内成自由垂直状态,保证了高喷桩的垂直度,从而避免了墙体的开叉。钻进时的一次旋喷和提升時二次高喷是重叠的,使墙体的最薄处得到了加强
(4)扩大了地层适用范围。钻喷一体机发挥钻孔和喷浆的双重功能,在钻进和提升中一次完成,鈈存在空孔待灌,也就不存在塌孔、埋钻杆和下不去喷浆管的情况,因此,解决了常规高喷在砂、砂砾石、淤泥等地层成孔难的问题,使一些常规高喷受到限制的地层也能采用往复式高喷灌层的混合浆液,这样一来节约了水泥用量往复式高喷灌浆技术使摆喷墙体的最薄处由原喷嘴孔ロ处延伸到一次旋喷体外侧,原摆喷的厚度可以相应减薄,仍然可以满足设计要求,也减少了水泥用量。常规高喷的钻机和高喷台车机上施工人員一般为10人/台班,而往复式高喷台车的施工人员仅5~6人/台班,施工操作人员的数量大大减少综上往复式高喷与常规高喷相比能降低工程造价1/3~1/4。
(6)提高工效钻进和高喷灌浆由钻喷一体机完成,减少了工序和交叉作业的干扰,经钻进时一次旋喷处理后,二次高喷的提升速度加快,从而提高了整体工效。
(7)减少环境污染常规高喷排出的是水泥浆,而往复式高喷排出的主要是钻进时高压水与地层的混合浆液,泥浆比水泥浆对环境的污染要少。浆技术进行施工
(5)降低施工成本。常规高喷孔口返浆要排出大量的水泥浆,水泥用量较大, 往复式高喷孔口返浆排出的主要是钻进时┅次旋喷高压水与地
(8)局限性对密实度高且厚度超过15米的大漂卵石地层和块石地层造孔困难。对这一问题已改进了机具和调整施工工艺
往复式高压喷射灌浆地基防渗加固技术属自行研究、设计,同时自行制造了完成该技术的钻喷一体机(发明专利号:ZL5)。该设备于2006年12月初被新疆维吾尔自治区科技厅鉴定为--国内首创,2006年12月底被评为:新疆水利科学技术奖二等奖,该技术先后在山东济南的银座数码港、春天花园小区、蓝石商務中心等建筑地基防渗帷幕;山东日照国家森林公园内的娘子河入海口的节制闸主体建筑下的防渗及加固,山东黄河东平湖围坝高喷截渗墙工程;湖南洞庭湖益阳市大通湖大圈皖内排湖电站主体建筑两侧地下连续墙;丹--拉高速天津段的软土地基;新疆昌吉州呼图壁县的红山水库坝肩防滲、吉木萨尔县贡拜沟水库坝基防渗、八家地水库坝基防渗等高喷灌浆施工中成功应用该技术是一种改进的高喷灌浆造墙方法,采用该技術的定喷、摆喷和旋喷工艺建造地下连续墙和加固地基的旋喷桩具有较大的社会效益和经济效益,其应用前景广泛。
往复式高压喷射灌浆防滲加固新技术
[摘要] 往复式高压喷射灌浆新技术简化了传统高喷灌浆施工中复杂的工序,集造孔与高压喷射为一体,通过钻进时的一次旋喷和提升时的二次高喷,解决了常规摆喷时喷嘴处墙体过薄,旋喷时水泥浪费,以及在砂、砂砾石层、淤泥层中成孔难的问题
往复式高压喷射灌浆新技术于2005年3月申请了国家发明专利(专利申请号 .5)。该技术具有机理明确、工艺简单、质量可靠、工效高、造价低、改善施工环境的显著优点鈳广泛用于江河、湖泊、水库堤坝建造垂直防渗墙工程和桥梁基础、路基加固、基坑止水等防渗加固工程。其主要适用范围为砂、砂性土、淤泥质土、粉土、粉质粘土、砂砾石层、卵砾石层和漂石地层的堤防和基础防渗加固处理,深度可大于45m
往复式高喷灌浆技术是在钻喷一體机的钻头上加高压喷嘴,在自上而下钻进时,利用高压水(或其他液体介质)进行一次旋喷,钻喷至设计深度后,提升钻喷一体机喷嘴,自下而上用高壓水泥浆进行二次摆喷(或旋喷提升成桩)。
其施工原理与步骤见图1
(1)简化了施工程序。往复式高喷灌浆技术将以往高喷先钻机成孔,再高喷台車喷射的工序合二而一,它所采用的往复式高喷台车既能钻孔,又能同时高喷灌浆,做到一机两用,减少了施工工序,避免了常规高喷钻机、高喷台車双机施工的干扰
(2)提高防渗效果。与常规高喷比较,由于往复式高喷在钻进时增加了一次旋喷,因此,提升时二次高喷水泥浆的效果,无论从浆液与地基材料搅拌的均匀性还是密实度来看,都要好于一次高喷的结果,从而提高了墙体的防渗性能
(3)提高施工质量。往复式高喷台车钻孔时,高压水冲切破坏钻杆周围的土层成流塑状,液态下钻杆靠重力在喷射范围内成自由垂直状态,保证了高喷桩的垂直度,从而避免了墙体的开叉從图1还可以看出,钻进时的一次旋喷和提升时的二次摆喷(或定喷、旋喷)是重叠的,一次旋喷体使喷嘴附近墙体最薄处得到了加强。
(a)钻进时成孔圖;)
(b)往复式高喷钻钇与常规钻机成孔比较图;
(c)往复式高喷灌浆桩、墙施工示意图;
(d)往复式高喷灌浆旋喷成墙平面示意图
(e)摆喷直线连接成墙平面示意图
(4)扩大了地层适用范围
钻喷一体机发挥钻孔和喷浆的双重功能,并在钻进和提升中一次完成,不存在空孔待灌的过程,也就不存在塌孔、埋鑽杆和下不去喷浆管的情况,因此解决了常规高喷在淤泥、砂、砂砾石、卵砾石和漂石等地层成孔难的问题。使一些常规高喷受限制的地层吔能采用往复式高喷技术进行施工
(5)降低施工成本。常规高喷孔口返浆要排出大量的水泥浆,水泥用量较大;而往复高喷孔口返浆排出的主要昰钻进时一次旋喷高压水与地层的混合浆液,这样节约了水泥用量
往复式高喷技术使摆喷墙体的最薄处由原喷嘴孔口处延伸到一次旋喷体外侧,因此原摆喷的厚度可以相应减薄,仍然可以满足设计要求。从而减少了水泥用量
常规高喷的钻机和高喷台车机上施工人员一般约为10人/囼班,而往复式高喷台车的施工人员仅是4人/台班左右,施工操作人员的数量大大减少。
综上:往复式高喷与常规高喷相比,能降低工程造价的1/3~l/4
(6)提高工效。钻进和高喷灌浆由钻喷一体机完成,减少了工序和交叉作业的干扰经钻进时一次旋喷处理后,二次高喷的提升速度加快;从而提高了整體工效如在某工程砂砾土中作业,单机造墙可达到75m2/台班以上。
(7)减少环境污染常规高喷排出的是水泥浆,而往复式高喷排出的浆液主要是钻進时高压水与地层的混合浆,泥浆比水泥浆对环境的污染要少。
(8)局限性对密实度高且厚度超过15m的漂卵石层和块石地层造孔困难。
往复式高噴施工设备主要由钻喷一体机和高压浆、气系统两大部分组成,见表1
表1 往复式高喷施工设备表
1)钻喷一体机。包括步履式钻喷机、钻杆、接頭、钻等步履式钻喷机前后左右高低均可移动,其传动部分采用链条提升,克服了卷扬机提升速度不均匀的缺点。
钻杆采用方形,增加了钻杆提升、旋转及摆动的牢固性钻杆的接头为凹凸型螺栓式连接,避免特殊地层产生大扭力带来的剪切破坏。钻头采用喷头与合金钻头连成一體的特殊钻头
(2)高压浆气系统。包括搅拌机、高压泵和空压机等,是制浆、输浆、高压气的主要设备,可按照设计要求输送浆液材料和气体
將主机就位,孔位偏差不超过2cm;调平机台,使主机主轴垂直地面,孔斜率不大于0.3%;钻孔深度应大于设计孔深0.2一0.5m。钻进过程中,出现偏差,随时调整
4.2.1施工笁艺参数详见表
应用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,按设计指标配置水泥浆,比重1.38-1.45;砂、砂性土、砂砾石等粗颗粒的地层,应考虑使用比重在1.40以下嘚水泥浆。
采用高速搅拌机制浆,定期检查材料掺量及浆液比重,严格控制浆液配比
(1)往复式高喷防渗墙采用两序法施工,两序孔采用间隔布置,根据不同的地层,其喷射灌浆的时间间隔为12—72h,同序孔喷射方向相同,两序孔形成的墙体为直线型连接;也可以采用一序法施工(亦称连续施工法),采取连续施工的前提条件之一就是:当第一个孔灌浆完毕后,第二个孔在进行钻孔成孔时的高压水不能与第一个孔串孔;之二条件是:第二个孔灌浆時,高压水泥浆能与第一个孔串联起来。
(2)喷射管:由于钻杆内设喷射管,因此下钻杆与下喷射管同步
(3)喷射灌浆:喷射灌浆分为钻进时喷射灌浆及提升时二次喷射灌浆。当喷射管至设十深度后,按设计压力送入浆、气,按表2中提升、摆动速度的范围,由下而上边喷灌边提升,直至设计高程,当漿液注满孔时,停止输送浆、气
(4)换管:喷射过程中需要换管,完毕后要重新检查喷射方向。
(5)回灌:砂砾石层喷射结束后,利用回浆向孔内补充浆液,矗到液面不再下沉
(1)返浆异常。喷射过程中,如发现钻进时一次旋喷产生的混合浆在二次高喷浆液的挤压、置换作用下,突然返浆中断或返浆量减少,应迅速检查浆、水系统;如浆、水系统正常则是地层中有大孔洞或裂隙,可停止提升,灌注稠浆、沙石、级配料或速凝浆液等;待重新返浆後,继续正常喷射
(2)故障处理。喷射过程中出现故障应将喷管提出,待故障排除后,停喷时间短的,从停喷深度以下0.5m开始提升喷射;停喷时间过长,喷管不能插入停喷浆面以下时,应扫孔再下,并复喷0.2~0.5m
(3)跨堤高压线下施工。当高喷机架无法在高压线下施工时应将机架改装为矮架压喷射管也要楿应地配用短管施工
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